锡膏

工艺

SMT贴片加工工艺制程中,可分为锡膏工艺制程、红胶工艺制程和红胶加锡膏工艺制程,其中锡膏工艺制程是最为常用的工艺方式。本文主要为大家介绍锡膏工艺制程的知识。

锡膏工艺制程

一、锡膏印刷

(一)、锡膏的保存使用

1、锡膏保存

锡膏在购买回来之后,需在半个小时之内将锡膏放入冰箱进行存储,存储的温度控制在0-10℃,湿度控制在30-60%RH。仓库人员必须每日上午和下午需对冰箱温度作一次检测,将实际温度作好记录。

冷藏温度太低,易形成冰渣,而且回温时间变长,浪费时间;如果温度过高会造成锡膏中锡粉与助焊剂反应速度加快,或者造成助焊剂挥发,影响锡膏性能。

锡膏在0-10℃的条件下,从生产日期算起,保存期限为6个月,超过规定的时间需进行报废处理。

2、锡膏使用

(1)锡膏回温

锡膏存储时,一般放在温度为0-10℃的冰箱里冷藏,在取出来时需要进行回温。锡膏回温的时间为4个小时,使锡膏的温度与室温相同。如果不进行回温,温度低的锡膏在打开盖子时,容易与空气中的湿气发生冷凝产生水分,容易在过炉时产生锡珠。

注意事项:

A、锡膏需自然条件下回温,不可使用加热手段进行回温,易破坏锡膏中的助焊剂成分。

B、锡膏已进行回温,但未来24小时不打算使用应进行冷藏处理。

C、锡膏最多只能回温三次,超过三次,应交给工程师处理。

D、锡膏回温时间不能超过24小时。

E、锡膏回温时,不能打开锡膏瓶盖。

(2)锡膏搅拌

锡膏回温完成之后,需要进行充分搅拌。锡膏在存储时合金粉末和助焊剂会进行分离,合金粉末沉淀在底部,溶剂会漂浮在表面,通过充分搅拌可以改善印刷的效果。

A、人工搅拌的时间为5分钟,人工搅拌应采用塑料或圆形工具进行搅拌,防止破坏合金粉末锡球的形状。

B、机器搅拌的时间需根据机器的转速来决定,1000 转/分的机器,搅拌1分钟,500 转/分的机器,搅拌 2-3 分,实际操作时可适当的延长搅拌时间。

判断锡膏的黏度是否合适,可用刮勺挑起一些锡膏,高出容器罐三、四英寸,让锡膏自行往下滴,如果开始时应该像稠的糖浆一样滑落而下,然后分段断裂落下到容器罐内,则表明粘度合适。

(3)锡膏添加

首次添加锡膏时,将一瓶锡膏的2/3量放置于SMT钢网上,后续的添加应遵循“少量多次”的原则,因为锡膏在SMT钢网上暴露的时间过长,容易使助焊剂成分挥发,影响锡膏性能。

后续添加锡膏时,新旧锡膏的添加比例为1:1,钢网上滚动高度保持在15mm-20mm。高度低于15mm时,需要对其添加,且不能超过20mm。锡膏太少不易在刮刀移动时形成良好的滚动,滚动不好,锡膏的触变特性就表现不出来,直接影响锡膏填充到开口中,造成锡膏填充不充分,造成少锡、塌边、边缘不齐等印刷不良;锡膏过多,在刮刀压力未及的地方,PCB与钢网接触不紧密的开口处,造成渗漏。

注意事项:

A、锡膏在钢网上放置不用的时间应该小于30分钟,比如在机器有故障以及停机待料的时候,把锡浆重新刮到锡膏瓶中。如果停机时间大于30分钟,则必须清洁刮刀和钢网,因为残留的变质锡膏在再次生产中是不可用的。

B、每印刷4个小时,需使用钢网擦拭纸擦拭钢网,防止钢网口堵塞。

C、当天钢网上未使用完的锡膏应使用独立的瓶子进行回收,不能与新锡膏混合,以免污染新锡膏。

D、锡膏开封后未用完的锡膏,应盖上内盖。内盖一直推到紧贴锡膏表面,挤出里面的空气,再拧紧外盖。但必需在24小时内使用完。

E、隔天使用的锡膏,应优先使用,并与新锡膏以1:2的比例搅拌混合使用。

(二)锡膏印刷

目前,锡膏印刷机可分为半自动锡膏印刷机和全自动锡膏印刷机。

半自动锡膏印刷机:操作简便,印刷效率高,但印刷的精度不高,脱模性能较差,一般适用于0603(英制)以上元件、引脚间距大于1.27mm的PCB板印刷。

全自动锡膏印刷机:印刷精度高,脱模效果好,稳定,适合密间距的元件印刷,但维护成本高,印刷速度较慢,换线速度慢。

锡膏印刷时通过驱动刮刀以一定的角度、速度进行移动,迫使锡膏在钢网上向前滚动,产生对锡膏注入钢网口所需的压力,锡膏的粘性摩擦力使锡膏在刮板与钢网交接(模板开口)处产生切变,切变力使锡膏的粘性下降,从而顺利地注入钢网口。

锡膏印刷

1、印刷量

焊性良好的有铅锡膏,其钢网开口(Aperture)一般要比PCB的焊盘要小一点,一来可节省用膏,二来也可达到减少外溢短路的问题。但无铅锡膏的焊性较差,钢网开口与焊盘的比率为1:1,甚至超过焊盘到达扩印(Overprint)的地步才行。事实上无铅锡膏愈合时的内聚力很大,很容易就会把外缘部份拉回到中央来。再者输送轨道上待印的PCB,到达定位上升触及钢网底面之际,其待印板底部的支撑一定要够强才行。也就是说在刮刀动态施压中板子不可出现下沉之变形,以减少诸多后患的发生。

2、刮刀的速度、压力、角度的设置

(1)刮刀高低压力调整:一般要求在印刷时钢网开口区域无残留锡膏为准,如印刷压力过大,易造成钢网挠曲及产生印刷不良,降低钢网使用寿命。

(2)刮刀角度调整: 刮刀角度一般保持在45度至60度为宜 

(3)刮刀印刷速度调整:刮刀印刷速度一般设定为7.5~11.5mm/Sec,一般可自行根据印刷效果进行调节。

3、锡膏印刷环境

锡膏印刷时,环境的温度要求控制在22-28℃,湿度在30%-60%之间。温度低于22℃,粘度高成型佳,不利于脱模和印刷;温度大于28℃,有利于印刷和脱模,但成型不佳容易发生流塌造成短路发生。湿度过大,锡膏容易吸收空气中的水分,过炉时易产生锡珠;过于干燥,助焊剂挥发过快,影响锡膏的焊接性能。

二、锡膏印刷质量检测

在锡膏印刷工序的后面,可以增加锡膏测厚仪对锡膏的印刷质量进行检测。锡膏检测仪通过激光以一定的倾斜角对PCB板进行照射,然后通过三角函数的关系来检测出锡膏的厚度、面积、体积,以此来判断锡膏印刷的质量,对控制锡膏印刷的质量,提升整个产品的焊接质量起到非常重要的作用。

三、贴装

在进行元器件的贴装时需要注意一些问题,锡膏具有一定的粘性但粘性不大,在贴片时偏移过大,容易导致物料被打飞;贴片时的力度也应设置合理,贴片力度过大,容易破坏贴片焊盘上锡膏的形状,造成塌落,最终影响过炉时的焊接效果。

四、回流温度曲线设置

不同的锡膏的回流温度曲线会有很大的不同,有铅锡膏的熔点比常规的无铅锡膏的熔点低,因此,无铅工艺在设置回流温度曲线时,最高峰值的温度要比有铅工艺的高30-40℃左右。下面是以无铅锡膏为例子的回流温度曲线。

回流温度曲线

无铅锡膏在回流焊的温度曲线中,一般分为预热区、保温区、回流区、冷却区,每个区的温度及升温速度不一样,都会对整体的焊接效果产生非常大的影响。

1、预热区

在预热区,焊膏内的部分挥发性熔剂被蒸发,并降低对元器件之热冲击。从室温升温至140℃,升温速率控制在1-2℃/秒之间,时间为60-90秒,占整个加热通道的25~33%。

温度偏差的影响:

若升温速度太快,则可能会引起锡膏的流移性及成份恶化,低沸点的溶剂快速挥发或者水气迅速沸腾,而发生飞溅造成锡球及桥连等现象,同时会使元器件承受过大的热应力而受损。

2、保温区

此时锡膏中的有机溶剂继续挥发,活性物质被温度激活开始发挥作用,开始清除PCB焊盘和引脚上的氧化物质,并使PCB在到达焊接区前各部分温度均匀。

从150℃至180℃,升温速率小于2℃/秒,时间要控制在90-120秒之间,尤其不要超过120秒,占整个加热通道的28~45%。

温度偏差的影响:

时间过长会影响可焊性,可能会导致出现焊接不良(如虚焊等)增多,或者可能会出现焊剂过多的堆积在焊点表面而造成焊点暗淡。时间过短,则会了造成被焊件的氧化物未能有效的清除,影响浸润效果,易造成上锡不良。

3、回流区

锡膏中的金属颗粒熔化,浸润焊盘并进行爬锡,在液态表面张力作用下形成焊点表面。

≥183℃以上的焊接时间控制30-80秒,最好不应少于30秒,而且峰值温度应不低于240-250℃,

温度偏差的影响:

熔融时间过短或温度过低而导致焊接不良或上锡不饱满,时间过长或温度过高容易损坏元器件,PCB易发生翘曲。

4、冷却区

离开回流区后,基板进入冷却速度也十分重要,焊点强度会随冷却速率增加。降温速率<4℃,冷却终止温度最好不高于75℃。

温度偏差的影响:

若冷却速率太快,则可能会因承受过大的热应力而造成元器件受损,焊点有裂纹等不良现象;若冷却速率太慢,由可能会形成较大的晶粒结构,使焊点强度变差或元件移位。

在进行温度曲线的设置时,应使用样板进行过炉,使用炉温测试仪进行反复的测试才能得出比较合理的温度曲线。理想的回流温度曲线还受很多因素的影响,比如线路板的层数、线路板与元器件材质的热学性质、线路板上元器件分布密度等因素;因此,可跟据实际生产情况对炉温曲线进行优化,以获得最佳焊接效果。

五、锡膏工艺与其他工艺制程的区别

1、红胶主要起固定作用,不会导电,锡膏也是起固定作用,但会有导电作用,所以锡膏常在焊接时候使用。

2、红胶需要经过波峰焊才能进行焊接,锡膏一般在回流焊中焊接。

3、红胶过波峰焊时温度要比锡膏过波峰焊温度低。

4、红胶具有固化不可逆的特点,再次的熔化需要非常高的温度,锡膏的熔点是温度的。

5、红胶加锡膏的工艺制程只有在双面制程,为防止另一面PCB板在第二次过炉时掉件才会使用。

锡膏工艺制程是目前主流的工艺方式,具有焊接效果好、稳定的特点,红胶工艺焊接缺陷多,在SMT贴片厂中已逐渐被淘汰。


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