印刷是遵循流體動力學的一個過程。原則上,它是一個十分簡單的過程。
鋼網,一個關鍵的因素,應該得到相當大的注意力。如果嚴格地遵循基本的設計與制造規則,則可以避免許多印刷問題。我注意到無數的例證,許多公司在印刷機和檢查設備上花了大筆的錢,但還是繼續有嚴重的印刷問題。有許多的設計規則人們把它看作標準慣例。不幸的是,許多人不知道這些基本規則的存在。
今年晚些時候,IPC將發行IPC-7525 - 一套由工業專家小組創建的模板設計指南。該文件將消除一些圍繞在模板設計與制造周圍的"巫術",這將是我們工業的巨大受益。 框架支持和保護模板,典型地是用鋁制造,通過鎢惰性氣體(TIG, tungsten inert gas)把管焊接起來,或通過鑄造??蚣艿某叽缤ǔQ定于使用的方法。鑄造適合于較小的框架,但當框架越來越大時,使用TIG焊接管較為有效。模板安裝在框架上是通過膠和聚酯或不銹鋼網,它把模板拉緊,保持張力,避免翹曲或扭曲。
主框,設計用來固定無框模板。這個概念源自于高混合的運作,使用大量的模板,其儲存成為問題。它也消除了框架成本。使用者將模板裝到框架內,通過框架上的張緊機構來拉緊。隨著時間的過去,我相信這種方法會有困難來保證適當的模板張力。除非處理模板很小心,否則損壞的危險性是很高的。 模板的制造是通過三種方法?;瘜W腐蝕(chemical etching)和激光切割(laser cutting)移去材料(減的方法),而電鑄(electroforming)則以化學的方法增加材料(加的方法)。
化學腐蝕是原始的、現在還最普遍的制造方法。一種可感光成像的抗蝕劑層壓在金屬箔的兩面,然后一個含有開孔圖象的兩面感光工具小心地與金屬箔一起定位。抗腐蝕劑被顯影,將要移去的區域暴露。感光工具結合使用一種補償橫向蝕刻的蝕刻因子。然后將金屬箔放入一個化學蝕刻箱,通過移去被暴露的材料產生開孔。這個方法對引腳間距為0.65mm或更大的元件是可接受的。
激光切割涉及的步驟比化學蝕刻要少。一種可編程的激光機用來切割開孔,自然會產生錐形或梯形的孔壁(化學蝕刻也可以產生這種效果,如果希望的話)。在某些情況下,這將改善錫膏的釋放。典型的,靠板面的開孔大于靠刮刀面的開孔。通常激光切割用于密腳元件,但也可用于整塊板。混合技術的模板結合使用化學蝕刻和激光切割?;瘜W蝕刻用于開較大的孔,而激光切割用于開密腳孔。
電鑄也使用一種可感光成像的抗蝕劑,抗蝕劑放在陰極金屬心上。抗蝕劑比所希望的模板厚度大。當抗蝕劑被顯影時,抗蝕劑柱在希望開孔的位置形成。鎳被電鍍在陰極金屬心上,直到達到所希望的模板厚度。電鍍之后,將抗蝕劑柱移去,模板從金屬心上取下。這個方法主要用于錫膏釋放成問題和要求非常好的準確性和精度的應用。 兩個附加的工序,拋光和鍍鎳,是用來進一步提高表面光潔度,消除表面不規則。這個改善了錫膏釋放,因此提高模板性能。我非常推崇拋光。
材料的體積(錫膏與膠劑)主要由開孔尺寸和金屬箔厚度來控制。材料釋放受各種因素影響。就模板而言,涉及模板的最關鍵因素包括,縱橫比、面積比、孔壁的表面光潔度和幾何形狀。 縱橫比是開孔的寬度除以模板的厚度(W/T)。面積比是焊盤面積除以開孔側壁面積。測試表明縱橫比應該大于1.5,而面積比應該大于0.66,以保證充分的材料釋放。我自己的試驗多次證實了這些推薦值。 稍微地減小所有開孔可避免錫膏印在阻焊層上,產生錫球。IPC-7525按元件類型提供了詳細的推薦。一般,每個方向都減少0.1mm足以防止由于錫膏過印所產生的錫球。
插入安裝的元件可以使用錫膏入孔(paste-in-hole)的印刷工藝來回流焊接。當引腳為圓形和孔徑比引腳直徑大0.15~0.20mm的時候,這個方法最有效。方形引腳比圓形引腳更困難,而粗的引腳是很困難的,因為它要求非常多的錫膏量。更詳細的信息可以在IPC-7525中找到。 階梯形模板用來改變錫膏的量。逐級下降的模板典型地用于密腳應用中,這樣在密腳的焊盤上得到減小的模板厚度。逐級增加的模板很少見,但它可以增加局部區域的錫膏量(例如,當錫膏入孔印刷用于插入安裝的元件時)。
印刷缺陷可分為六個類別: 定位對齊(registration)。這涉及模板與材料附著區域的對準定位 - 或是焊盤(錫膏)或是焊盤之間的跨距(膠劑)。最大允許定位誤差對錫膏應用應該為焊盤長或寬度的15%,對膠劑應用為開孔長或寬度的15%。 塌落(slump)。這是與材料有關的缺陷,或是由于膠或錫膏的粘度太低,或是由于過熱暴露。塌落數量對錫膏應該限制在焊盤長或寬度的15%,對膠劑為開孔長或寬度的15%。 厚度(thickness)。最后的印刷厚度不應該變化超出所希望印刷厚度的±20%。材料少可能產生焊錫不足或開路,在膠劑情況會丟失元件。
材料多可能造成錫點太飽滿或錫橋,對膠劑情況會污染錫點或開路。 挖空(scoop)。這是刮刀壓力過大、刮刀刀片太軟或開孔太大的結果。這個缺陷可能引起錫點的錫量不足,或膠點的膠量不足,無法將元件固定。挖空的量應該限制在最大變化不超過從最高到最低的20%。 圓頂(dome)。通常是刮刀刀片高度調整不當或刮刀壓力不足的結果,它會增加材料的量,可能引起錫橋、污染或焊點開路。這個變化量應該限制在印刷厚度的20%。 斜度(slope)。由于過大的刮刀壓力可能發生這個情況。錫膏中較普遍,可能產生焊錫不足。
變化量不應該超過最高到最低點的20%。 錫膏印刷已經發展到一個妥協時期,因為它變得越來越難滿足每個引腳形狀的需要。這個困局可以通過良好的模板涉及與制造技術得到控制。與你的模板供應商密切合作,遵循IPC-7525中的指引。