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印刷問(wèn)答 2022-08-22 16:00 418
一、前言
所謂的Reflow,在表面貼裝工藝(SMT)中,是指錠形或棒形的焊錫合金,經(jīng)過(guò)熔融并再制造成形為錫粉(即圓球形的微小錫球),然后搭配有機輔料(助焊劑)調配成為錫膏;又經(jīng)印刷、踩腳、貼片、與再次回熔并固化成為金屬焊點(diǎn)之過(guò)程,謂之Reflow Soldering(回流焊接)。此詞之中文譯名頗多,如再流焊、回流焊、回焊(日文譯名)熔焊、回焊等;筆者感覺(jué)這只是將松散的錫膏再次回熔,并凝聚愈合而成為焊點(diǎn),故早先筆者曾意譯而稱(chēng)之為“熔焊”。但為了與已流行的術(shù)語(yǔ)不至相差太遠,及考慮字面并無(wú)迂回或巡回之含意,但卻有再次回到熔融狀態(tài)而完成焊接的內涵,故應稱(chēng)之為回流焊或回焊。
圖1左圖SMT現場(chǎng)安裝之錫膏印刷機,為了避免鋼板表面之錫膏吸水與風(fēng)干的煩惱起見(jiàn),全機臺均保持蓋牢密封的狀態(tài)。右為開(kāi)蓋后所見(jiàn)鋼板、刮刀及無(wú)鉛錫膏刮印等外貌。
SMT無(wú)鉛回流焊的整體工程與有鉛回流焊差異不大,仍然是:鋼板印刷錫膏、器件安置(含片狀被動(dòng)組件之高速貼片,與異形零件大形組件之自動(dòng)安放)、熱風(fēng)回焊、清潔與品檢測試等。不同者是無(wú)鉛錫膏熔點(diǎn)上升、焊性變差、空洞立碑增多、容易爆板、濕敏封件更易受害等煩惱,必須改變觀(guān)念重新面對。事實(shí)上根據多年量產(chǎn)經(jīng)驗可知,影響回焊質(zhì)量最大的原因只有:錫膏本身、印刷參數以及回焊爐質(zhì)量與回焊曲線(xiàn)選定等四大關(guān)鍵。掌握良好者八成問(wèn)題應可消弭之于無(wú)形。
二、錫膏的制造與質(zhì)量
2.1錫膏組成與空洞
錫膏是由重量比* * -90%的焊料合金所做成的微小圓球(稱(chēng)為錫粉Powder),與10-12%有機輔料
圖2錫稿回焊影響其錫性與焊點(diǎn)強度方面的因素很多,此處歸納為五大方向,根據多年現場(chǎng)經(jīng)驗可知,以錫膏與印刷及回焊曲線(xiàn)(Profile)等三項占焊接品質(zhì)之比重高達七八成以上,以下本文將專(zhuān)注于此三大內容之介紹,至于機器操作部分將不再著(zhù)墨。
(即通稱(chēng)之Flux助焊劑)所組成;由于前者比重很大(7.* -* .* )而后者的比重很輕(約在1-1.* ),故其體積比約為1:1。SAC無(wú)鉛焊料之比重較低(約7.* ),且因沾錫 較差而需較多的助焊劑,因而體積比更接近1:1。故知錫粉完成愈合形成焊點(diǎn)之回焊后,其濃縮后的體積將不足印膏的一半。一旦外表先行冷卻固化,深藏在內的有機物勢必無(wú)法逃出,只好被裂解吹脹成為氣體。此即錫膏回焊之各種焊點(diǎn)中,氣洞或空洞(Voiding)無(wú)所不在的主要成因,其數量與大小均遠超過(guò)波焊。
圖* 無(wú)鉛錫膏中之錫粉(Powder指微小球體)約占重量比* * -90%,必須正圓正球形才能方便印刷中的滑動(dòng)。由于硬度較軟容易被壓傷,故攪拌時(shí)要小心。左二圖即為無(wú)鉛錫粉之放大圖。右圖為錫膏中大小錫粉搭配成型的印著(zhù)畫(huà)面。
現行無(wú)鉛錫膏以日系SAC* 0* 為主(歐系SAC* * 07,或美系SAC* 0* 等次之),日系尚另有SZB* * ,及SCN等。至于A(yíng)IM公司的著(zhù)名錫膏CASTIN(Sn2.* Ag0.* Cu0.* Sb)之四元合金在亞太地區則很少見(jiàn)到。
2.2錫粉制造與質(zhì)量
將原始焊錫合金在氮氣環(huán)境中先行熔成液態(tài),繼以離心力容器將之甩出來(lái)成為小球狀的錫粉;或采氮氣強力噴霧法,在氮氣高塔中冷卻及下降而成為另一種錫粉。---待續
圖* 錫粉是從熔融液錫所成形而調制,左圖為氮氣塔中利用強力氮氣噴成粉體之情形,右為液錫在離心力設備上甩出成粉的另一種制程。
之后分別用篩子篩選出各種直徑的小球,然后再按尺寸大小采重量比例去與助焊劑調配與混合,即成為回焊用的錫膏。
對于錫粉的基本要求比起助焊劑來(lái)較為簡(jiǎn)單,其質(zhì)量重點(diǎn)只要求外形一定要正圓球形,以符合印刷作業(yè)中向前滾動(dòng)的條件。其次是直徑尺寸應大小匹配互補,以減少印刷后貼件或踩腳時(shí)的坍塌(Slump)。第三項質(zhì)量是外表所生成的氧化物不可太厚,否則
在助焊劑未能徹底清除下,熔融愈合中將會(huì )被主體排擠出去而成為不良的錫球。不過(guò)一旦外表完全無(wú)氧化物時(shí),也較有機會(huì )發(fā)生“冷熔”(Cold Welding)現象進(jìn)而容易堵死鋼板開(kāi)口。通常要求開(kāi)口之寬度以并迭* -7顆主要錫球為原則。
2.* 助焊劑之成份及品質(zhì)
助焊劑(Flux)之成份非常復雜,已成為影響錫膏乃至于回焊質(zhì)量之最關(guān)鍵部份,且更成為品牌好壞的主要區別所在。其主要成份有樹(shù)脂(Resin)、活化劑(Activator)、溶劑(Solvent)、增黏劑(Tackifier即搖變劑)、流變添加劑(Rheological Additives)亦稱(chēng)抗垂流劑(Thixotropic Agent,或稱(chēng)搖變劑或觸變劑或流變劑等)、表面潤濕劑(Surfactant)、腐蝕抑制劑等,現簡(jiǎn)要說(shuō)明于后:
樹(shù)脂——也就是整體助焊劑的基質(zhì),一向以水白式松香(Rosin或稱(chēng)松脂)為主,常溫中* 0-90%為固體形式的松脂酸(Abietic Acid),高溫中將熔融成為液體并展現活性 (常溫中不具活性),可用以去除焊料或待焊底材等某些表面輕微的氧化物。
活化劑——以二元式固體有機酸為主(指含兩個(gè)羧酸根COOH者),例如草酸、己二酸;其次是固態(tài)的鹵化鹽類(lèi)〔例如二甲胺鹽酸(CH* )2NHHCL〕等,在高溫中亦可熔化成液態(tài)而得與各類(lèi)氧化物進(jìn)行反應,可將之去除并得以改善沾錫性。
各種活化劑去銹(去除氧化物)的原理,其一可說(shuō)明為有機酸或鹵酸與各種金屬氧化物在熱能的協(xié)助下,進(jìn)行多次化學(xué)反應,使之轉變?yōu)榭扇苄越饘冫u化鹽類(lèi)而得以移除:
圖7此圖說(shuō)明印妥之錫膏在預熱中,會(huì )引發(fā)錫粉表面甚至銅墊的氧化,但到達峰溫時(shí),在助焊劑迅速發(fā)揮威力下可對各種氧化物進(jìn)行化學(xué)反應并使之溶解,進(jìn)而出現錫粉的熔融愈合。在此等反應進(jìn)行的同時(shí)也將出現金屬鹽類(lèi)與多量的氣體,以致冷卻后的焊點(diǎn)中免不了會(huì )出現空洞
其二為氧化還原反應,以甲酸(蟻酸)將金屬氧化物予以還原,并再經(jīng)后續之熱裂解反應,最具代表性:
MO+2HCOOH→M(COOH)2+H2O
M(COOH)2→M+COn+H2
溶劑——以分子量較大的某些高級醇類(lèi),或醚類(lèi)酮類(lèi)等較常被采用,可用以溶解某些固態(tài)的有機物;例如M-Pyrols即為著(zhù)名的溶劑化學(xué)品。
抗垂流劑——此劑可在錫膏運動(dòng)或搖動(dòng)(觸動(dòng))中,出現較易流 動(dòng)現象;但在靜置時(shí)卻又會(huì )堅持抗剪力,而具有不輕易移動(dòng) 特性的化學(xué)品。如此將可使錫膏在刮刀推行印刷時(shí)容易滾動(dòng),一旦印著(zhù)定位后的錫膏,則又可強力協(xié)助其保持固定不動(dòng)的狀態(tài)。此類(lèi)添加劑以篦麻油衍生物為主,可增加錫膏的黏度及黏著(zhù)力(Tack Force)。
2.* 錫膏等級與配制
按照J-STD-00* 錫膏規范(表2A與2B,見(jiàn)次頁(yè)),依比例選出表列各種直徑的錫粉,然后搭配助焊劑,于特殊“雙行星軌道”之混攪機中進(jìn)行輕柔攪拌(Double Planetary Mixing)中,在不傷及錫粉下可使均勻混合成為錫膏。此種“雙行星”攪拌方式,是利用兩具雙拌槳,從同一軸心對容器內的膏體進(jìn)行慢速旋轉攪拌。該四槳葉是以其厚度方向從膏體的外緣連續劃過(guò),逐漸逼使內外膏料產(chǎn)生高效率的混合,只要劃過(guò)* 圈后,大部膏料均已完成彼此混合;旋轉* * 圈后,任何一槳均已與全部成員完成接觸,是一種很溫柔但卻高效的攪拌機。
錫膏在印刷刮刀之水平推行中不但要容易滾動(dòng),而且穿過(guò)鋼板開(kāi)口著(zhù)落在PCB焊墊上還要黏牢,要求印后十小時(shí)以?xún)?,或于零件踩腳時(shí),均不可發(fā)生坍塌的情形。故知其商品之難度頗高,質(zhì)量亦非常講究。
錫膏是一種高單價(jià)的物料(以SAC* 0* 錫膏而言,每公斤即在N.T.2000元以上),一旦發(fā)現吸水則只有報廢一途以減少后患。國際規范J-STD-00* 在其表2A與2B中,已將六種型式(Type)錫膏中的錫粉,按不同直徑在重量百分比方面加以規定,以減少在印刷與踩腳時(shí)的坍塌,并在熱風(fēng)回焊中容易愈合成為良好的焊點(diǎn)。下列者即為各型錫膏中錫粉組成之百分比,其中最常用者為T(mén)ype* (主要錫粉直徑為* * -* * μm),其次是用于密距窄墊的Type* (錫粉直徑以* 0μm為主),其它Type在組裝業(yè)界較少使用(其它Type* or * 系用于覆晶Flip Chip之封裝)。
2.* 錫膏現場(chǎng)作業(yè)性品質(zhì)
事實(shí)上錫膏質(zhì)量之待檢項目甚多,不同規范亦有不同的要求,一般在作業(yè)質(zhì)量與后續可靠度方面,平均即有1* -20項之多。供貨商也并非在每次出貨時(shí)都要每項必做。至于使用者則只需就其生產(chǎn)作業(yè)的必要性,且在無(wú)需精密昂貴儀器的條件下,以簡(jiǎn)易的手法檢測其關(guān)鍵項目即可。以下五種質(zhì)量項目即按此種觀(guān)點(diǎn)而選列,可供使用者現場(chǎng)參考。
(1)愈合性(凝聚性或熔合性)試驗
Solder Ball Test(IPC-TM-* * 0之2.* .* * ),是在陽(yáng)極處理過(guò)的鋁板上,加印一個(gè)小圓餅形的錫膏(直徑* .* mm厚度2mm),然后小心平置于小型錫池上,無(wú)鉛錫池之溫度設定為2* * -2* * ℃。此時(shí)錫膏中的錫粉開(kāi)始受熱愈合成為一個(gè)圓頂型的焊餅,錫膏中已熔化的助焊劑則被不斷擠出而向外擴張。放置* 秒鐘后即小心水平取下并放平,直到冷卻后才以10-20倍放大鏡去做檢查。此試驗是在檢查錫粉愈合的能力如何?其中若已部份生銹而無(wú)法愈合之下,將隨Flux向外擴散成為衛星狀的小碎球。
圖9此為錫膏規范中測試愈合性(Coalescence)的允收與拒收畫(huà)面,其金屬載板為陽(yáng)極處理過(guò)的鋁板,只做為傳熱的工具。良好的錫膏熔合后其錫粉會(huì )集中成球,其中氧化較嚴重錫粉,在無(wú)法熔合下,將被排擠出來(lái)隨著(zhù)助焊劑的擴散而向外流失,左二圖即為流失者太多而遭到拒收的畫(huà)面。
本試驗選用Al2O* 皮膜的鋁板,是刻意將其當成傳熱載體而不使產(chǎn)生沾錫反應(即出現IMC),純粹只在了解錫粉本身愈合能力的好壞而已。也可在完成錫膏印刷并于室溫中放置2* 小時(shí)后,再進(jìn)行愈合試驗,以觀(guān)察其抗濕及抗氧化的能力如何。前頁(yè)之四圖即為J-STD-00* 在* .7節中所列之有鉛錫膏允收規格之圖標畫(huà)面。
至于無(wú)鉛錫膏愈合能力的允收情形則目前尚無(wú)規格,預計J-STD-00* A于200* 下半年內發(fā)布后即可有所依循。下列之五圖即為無(wú)鉛膏在氧化鋁板與銅板上另于回焊中所做愈合試驗的比較。
圖10上圖為錫膏在鋁板上受熱而愈合的畫(huà)面,下三圖錫膏在基材板銅面上的熔合情形。由于錫與銅之間會(huì )出現焊接反應并生成Cn* Sn* 的IMC,故其愈合后的外觀(guān)與鋁銅板上不同。
(2)散錫性試驗Spreading Test
焊錫性(Solderability)是說(shuō)明金屬表面可否進(jìn)行焊接反應,并就其反應能力的好壞,以科學(xué)數據加以表達的質(zhì)量。從沾錫天平(Wetting Balance)而言,即可用以測出引腳的沾錫時(shí)間(愈短愈好)與沾錫力量(愈大愈好)。然而此種精密試驗,不但專(zhuān)業(yè)設備昂貴且相當耗時(shí),而所得數據對生產(chǎn)現場(chǎng)的實(shí)用價(jià)值卻不大。一般的焊錫性在波焊而言,講究是通孔的上錫填錫能力;就SMT回焊而言,則專(zhuān)注于錫膏愈合后向外的散錫 性,以下將介紹簡(jiǎn)易做法的散錫性試驗。
圖11此為無(wú)鉛與有鉛兩種錫膏,在窄銅面上散錫性的比較。相同條件下無(wú)鉛錫膏的焊錫性就相形見(jiàn)拙了。
有鉛焊料(* * /* 7)之表面張力(Surface Tension)為0.* 0* N/m;但SAC* 0* 之表面張力卻增為0.* * 7N/m,比起前者要超出20%之多。表面張力加大即表內聚力(Cohesive Force)增加,而向外擴展的附著(zhù)力(Adhesive Force)卻減小。于是無(wú)鉛錫膏在散錫性方面當然就比起有鉛錫膏差了一截,若能在助焊劑的活化性能方面有所提升時(shí),也許無(wú)鉛膏還可展現較好的焊錫性。
日商對此做法是利用1.* mm厚的雙面板,做出* 2mil(* 00μm)寬的多條并行線(xiàn)路,之后加全面印綠漆而留出線(xiàn)路中間2cm長(cháng)的裸銅區(或另加做不同的表面處理以方便評比)。于是在此可焊區的中央印刷上直徑9* 0μm厚度1* 0μm(* mil)的無(wú)鉛錫膏,然后利用生產(chǎn)線(xiàn)的回焊曲線(xiàn)進(jìn)行試焊,并觀(guān)其向兩側散錫的能力。只需簡(jiǎn)單的量測已散錫的長(cháng)短,即可知曉其可焊皮膜或錫膏品牌,在“散錫”(Spreadability)方面的質(zhì)量好壞了。
圖12此為日本工業(yè)規范對錫膏在散錫性方面的試驗方法,可針對錫膏品牌或可焊性表面處理進(jìn)行散錫性的評比,孰優(yōu)孰劣立見(jiàn)分曉。
(* )黏度試驗Viscosity Test與黏度指數(Thixotropy)
每批進(jìn)料錫膏之保證書(shū)中,雖已明列其黏度數據,但為確保其出貨中的質(zhì)量起見(jiàn),亦應在入庫前按J-STD-00* 之* .* 節與IPC-TM-* * 0之2.* .* * .* 節,抽檢其黏度值。其做法是將已回溫(* -* 小時(shí))的錫膏,開(kāi)蓋后先用攪拌刀從其刀口方向輕攪1-2分鐘,再整罐置于專(zhuān)業(yè)黏度儀(例如Malcom之PCU201型)之測座上,并將感測頭(Sensor)伸入膏體中,續以10 rpm的慢轉速度,在2* ℃下取20分鐘后的量測數據做為紀錄即可。
圖1* 左為業(yè)界所廣用Malcom牌之錫膏粘度計PCL-2201,右為其試驗平臺之特寫(xiě)。
至于黏著(zhù)指數(或稱(chēng)抗垂流指數Thixotropy)之質(zhì)量項目,事實(shí)上美式錫膏規范J-STD-00* 并未列入,至于其新A版中是否已納入則目前尚不得知。日本工業(yè)標準JIS-Z-* 2* * 則已實(shí)行多年,其做法是先求出上述10rpm在20分鐘后的黏度值后,再分別另行測出* rpm的* 分鐘數據,及* 0rpm的* 分鐘數據。然后將此兩種數據分別求取對數值(Log),此等讀值應落在0.* * -0.* * 之間。所謂的Thixotropy也就是控制Slump的能力如何的指標,可令讀者較易體會(huì )其與抗坍塌性或抗垂流性之間的關(guān)系。也就是說(shuō)印刷后較長(cháng)時(shí)間的置放中(例如10小時(shí)),觀(guān)察是否出現坍塌現象的質(zhì)量。
圖1* 此為了解粘著(zhù)指數所刻意印刷之錫膏,可做為現場(chǎng)對比之用。希望其數據能落在0.* 與0.* 之間,即最為理想最適合生產(chǎn)用途。
(* )黏著(zhù)力(Tack Force)
按IPC-TM-* * 0之2.* .* * 法,在室溫環(huán)境(2* ℃,* 0%RH)中,于玻璃板面印著(zhù)四個(gè)均等圓盤(pán)形的錫膏(直徑* .* mm厚度0.2mm),再利用精密拉力計所加裝之平頭不銹鋼探棒(直徑* .1mm),對準所印之錫膏以2.0mm/s的降速壓進(jìn)錫膏中,并施以重力* 0g進(jìn)行0.2秒的壓著(zhù),然后另以10mm/s的升起速度將探棒緩緩拉起。此時(shí)可按下圖紀錄其向上拉脫時(shí)的最大力量,如此共做* 次再求取其平均值,即為其紀錄用的黏著(zhù)強度或黏著(zhù)力之數據(KN/m2)。
(* )印刷能力(Printability)
是指對密距(Fine Pitch)多墊區(例如QFP之連墊),或直徑很小的圓墊等連續印刷多次,希望仍不致造成黏度值或抗垂流性的改變,甚至放置10小時(shí)仍未發(fā)生坍塌的情形。此種特性對于連續施工頗為重要,對現場(chǎng)而言此檢驗方法也并不困難,美式規范中亦未列入此項,日系規范可參考JIS-Z-* 2* * 附件* 。下二圖即為首印樣與第* 0次印樣的比較。
三、錫膏的管理與印刷
* .1冷藏儲存
錫膏是由錫合金的正圓小球,搭配一半體積的有機輔料,均勻摻和而成。但由于兩者比重相差極大,放置過(guò)久后難免會(huì )出現分離沉淀的現象,且當儲存溫度較高時(shí)其分離現象還將更為惡化,甚至氧化現象也較容易發(fā)生,對印刷性與流變性乃至后來(lái)的焊錫性都會(huì )產(chǎn)生不良影響。故只能置于冰箱中(* -7℃)冷藏以保證其用途與壽命。
* .2干燥環(huán)境
錫膏很容易吸水(Hygroscopic),一旦吸入水份后各種特性將大幅劣化,難免在后續作業(yè)中制造很多煩惱(例如錫球),故現場(chǎng)印刷環(huán)境中的相對濕度不可超過(guò)* 0%,溫度范圍應保持在22-2* ℃,并應徹底避免吹風(fēng)以減少干涸的發(fā)生。否則會(huì )很容易失去印刷 并造成錫膏的氧化,進(jìn)而亦將耗損掉助焊劑在除銹功能方面的能量,導致腳面與墊面原本應有除銹能力之不足,甚至可能引發(fā)坍塌搭橋、四處飛濺的錫球,并使得黏著(zhù)時(shí)間(Tack Time)也為之縮短。
* .* 回溫后開(kāi)封使用
錫膏離開(kāi)冰箱后,一定要在干燥的室溫環(huán)境中,放置* -* 小時(shí)達到其內外均溫后才能開(kāi)封使用。不要被容器外表已經(jīng)不冷所騙過(guò),必須內外徹底回溫后才可開(kāi)封 。凡當錫膏之整體溫度低于室內之露點(diǎn)(Dew Point)時(shí),錫膏外表會(huì )將空氣中的水份予以冷凝而附著(zhù)成水珠。所謂露點(diǎn)是指氣溫不斷下降中,空氣中的水氣會(huì )持續增多,直到飽和(100%RH)為止,其所對應的溫度即稱(chēng)為“露點(diǎn)”。冰箱取出的空杯其表面很快會(huì )有水珠附著(zhù)就是這個(gè)道理。而且錫膏也不宜快速加溫回溫,以防助焊劑或其它有機物的分離。
未開(kāi)封前已回溫的錫膏,要連瓶一起放在公轉與自轉合并的攪拌機中,并就容器之不同位向予以定時(shí)轉動(dòng),以達到內盛錫膏整體均質(zhì)的目的。正確開(kāi)封的錫膏,還要用小型壓舌片采固定方向溫和攪拌約1-* 分鐘,使整體之分布更為均勻,不宜強烈與過(guò)度攪拌,以免錫膏受損及在剪應力(Shear Force)方面的弱化,進(jìn)而可能導致坍塌(Slumping)甚至焊后搭橋短路的發(fā)生。
圖17良好的錫膏不但在印刷時(shí)不可糊涂與變形,正常壓力踩腳時(shí)也不可發(fā)生坍塌與移位,否則回焊一定會(huì )出現搭橋短路的麻煩。
鋼板上的錫膏若未能全數用完而必須刮回儲存時(shí),則應另外單獨存放,不可與新膏混和。為了節省成本起見(jiàn),當舊膏再次回到鋼板上用于較低階產(chǎn)品時(shí),亦應另?yè)捷^多量的新膏以調和使用。搭配比例則以方便印刷之施工為原則,也有質(zhì)量較嚴的業(yè)者則寧可不用舊膏。至于有鉛與無(wú)鉛錫膏當然是絕對不能混用,必須要將鋼板徹底用溶劑(IPA)洗凈,才能換膏。
* .* 鋼板開(kāi)口(Aperture)
通常無(wú)鉛錫膏(例如SAC* 0* )中的金屬比重,較有鉛者輕約17%(SAC* 0* 為7.* * ;有鉛Sn* * 者為* .* ),且無(wú)鉛者之沾錫性較差,故助焊劑在比率上也會(huì )多加一些(達11-12%by wt),以加強去銹助焊之能力。如此將使得無(wú)鉛錫膏對鋼板之黏著(zhù)性增大,在濃稠不易推動(dòng)的狀況中,印后必須要放慢向下之脫板速度,以減少印膏發(fā)生局部拉起與帶走漏印的麻煩。
焊性良好的有鉛錫膏,其鋼板開(kāi)口(Aperture)一般要比PCB的承墊(Pads)需小一點(diǎn),一來(lái)可節省用膏,二來(lái)也可達到減少外溢短路的煩惱。但無(wú)鉛錫膏的焊性較差,常需放大開(kāi)口與承墊的比率為1:1,甚至超過(guò)承墊到達擴?。∣verprint)的地步才行。事實(shí)上無(wú)鉛錫膏愈合時(shí)的內聚力很大,很容易就會(huì )把外緣部份拉回到中央來(lái)。再者輸送軌道上待印的PCB,到達定位上升觸及鋼板底面之際,其待印板底部的支撐一定要夠強才行。也就是說(shuō)在刮刀動(dòng)態(tài)施壓中板子不可出現下沉之變形,以減少諸多后患的發(fā)生。
印刷臺面之左右為X軸,遠近為Y軸,板厚為Z軸,必須要將正確的板厚讀值輸入計算機,以達到待印板上的鋼板與軌道平齊,刮印中才不致造成刮刀的受損。其板厚要用千分卡(Caliper)仔細測量與輸入才不致發(fā)生差錯。
* .* 刮刀速度與壓力
刮刀速度平均為1-* 寸/秒,印速加快時(shí)印壓也會(huì )增大,致使刮刀與鋼板的磨擦加劇,連帶溫度上升又將破壞錫膏的抗剪力,進(jìn)而會(huì )使黏度轉稀,造成錫膏著(zhù)落的不良與容易坍塌。以及于鋼板下緣的溢出甚至搭橋短路,而且還會(huì )使得刮刀磨損增加。故通常只要找到良好印速后,即不可任意加快。但施工時(shí)若發(fā)現錫膏太稠、不易脫離鋼板,著(zhù)床性不佳時(shí);則亦可稍行加速約1寸/秒,以便濃稠度得以減弱而方便施工。
當刮刀用力向前推行的同時(shí),也會(huì )產(chǎn)生一種向下的壓力(Downward Pressure),迫使錫膏通過(guò)鋼板開(kāi)口而到達墊面。對無(wú)錫膏而言,每當行走1寸中將產(chǎn)生1-1.* 磅的向下壓力;此時(shí)所刮過(guò)的鋼板表面應呈現清潔光澤的外觀(guān),正如同汽車(chē)擋風(fēng)玻璃被雨刷刮過(guò)的整潔清爽一般,即為其最適壓力的表征。換句話(huà)說(shuō)良好刮壓的鋼板,其表面不應殘留任何錫膏的痕跡。
凡當刮壓太重時(shí),則印膏中心處會(huì )出現掠過(guò) 的浮刮(Scooping)缺點(diǎn),也會(huì )發(fā)生溢出(Bleed Out)情形。
圖19左為刮刀下沉太多所造成印膏的浮刮現象。中為鋼板開(kāi)口不潔所引發(fā)的溢出與糊印,右為待印板印妥后下降脫模太快所造成的撕印。
有時(shí)可從著(zhù)膏區的綠漆邊緣處,看到一連串錫粒的殘存,或外側錫粒已被壓扁者,均為已發(fā)生Bleed Out的明證。倘若刮壓不足以致鋼板表面尚留有錫膏殘跡時(shí),其藕斷絲連下又將出現印膏局部被撕起帶走的“撕印”(Torn Prints),更將引發(fā)覆蓋不足或提早干涸等問(wèn)題。事實(shí)上刮壓與印速(Print Speed)成正比,只要降慢印速即可減輕刮壓,此等由于重壓而發(fā)生的問(wèn)題也都將自然消失了。
刮刀不宜太長(cháng),否則涂抹面積太廣,左右兩側超出待印區域之無(wú)效印面,只會(huì )造成提早干涸的負面效應而已。采用短刀時(shí)兩側溢出者應以手動(dòng)方式移回印區之內,以免動(dòng)靜差別太久而造成錫膏的變性。
* .* 緩脫之降距(Separation Distance)
圖20此亦為印后下降脫模太快所拉扯出現的狗耳(Dog Ear)現象。
當板面已完成錫膏印刷之作業(yè),該加工板即將在各頂柱移開(kāi)后,會(huì )先行自動(dòng)緩降以脫離不銹鋼模板。但由于模板開(kāi)口與印膏兩者尚有黏著(zhù)力量,因而當板面的印膏欲自開(kāi)口處下降脫離之際,其動(dòng)作必須緩慢溫柔,以免牽動(dòng)印膏造成不良之狗耳(Dog Ear)現象。直到印膏已全部安全降離脫出模板開(kāi)口為止,才可對待印板進(jìn)行較快速的續降與平移動(dòng)作。此段安全性緩降之落差即稱(chēng)之為“緩脫降距”。通常此段小心翼翼的降距約為0.1吋(即100mil)。困難印品如CSP等圓墊而言,其降速應保持在0.1-0.2 in/sec,至于其它不太關(guān)鍵的印墊則可加快到0.* -0.* in/sec之降速。凡當生產(chǎn)已順利時(shí),此段降距的耗時(shí)還可予減縮短,以提高效率節省全線(xiàn)直通所需的時(shí)間。至于難度高的產(chǎn)品則應從延緩其降速做起,以減少質(zhì)量問(wèn)題。
是指待印板上升觸及鋼板底面之際,刻意在兩板間預留出的細小間隙而言。此一小段垂直間隙,可協(xié)助鋼板開(kāi)口將錫膏釋放在承墊上的動(dòng)作,并稍可增加錫膏印著(zhù)的厚度。但當錫膏之黏度較稀時(shí),則此種垂直間隙則應加以減縮,以免印膏自著(zhù)落區向外溢出(Bleed Out),進(jìn)而導致相鄰印膏間的搭橋短路。
在已校正之印機決定上述板隙之前,須先將待印板的精確板厚讀值(包括綠漆白字在內)輸入計算機中;一般均將其板隙設定為0,即所謂的輕貼式印刷(On Contact Printing)。此種設定值將可使鋼板開(kāi)口與承墊之間,出現一種密貼套圈式(Gasketing)的閉合作用,可防止印膏之外溢,并可得到分布均勻高矮一致的錫膏厚度。
使用過(guò)的鋼板應加以清潔,務(wù)使底面與各開(kāi)口中不致積累太多的殘渣,甚至干涸結殼而不易清除。操作中鋼板底面可常規采用滾動(dòng)布輪(已沾IPA)式的初步清潔,若發(fā)現無(wú)法奏效時(shí)則可戴手套采己沾異丙醇(IPA)之抹布,或專(zhuān)用清潔液沾濕之抹布用力擦洗。此種專(zhuān)用清潔液應不至對開(kāi)口中仍存在的錫膏造成傷害。通常每印完2-* 板子時(shí),即應對鋼板底面進(jìn)行初步清潔。
四、回焊之原理與管理
所謂Reflow(譯詞有回流焊、回焊、再流焊、回流焊、回焊、熔焊等,其回焊為日文),是指利用輸送帶(Conveyor,指移動(dòng)式不銹鋼網(wǎng)或架空雙軌)負載待焊板通過(guò)多道加熱段(Heating Zones),在熱空氣或熱氮氣或搭配紅外線(xiàn),于全方位高效傳熱下,完成錫膏的熔融愈合(Coalescence)并冷卻而成為焊點(diǎn)之謂也。早期的SMT技術(shù)亦曾利用遠紅外線(xiàn)(波長(cháng)較長(cháng)之IR)直接輻射式(Radiation)的加熱方式,不過(guò)目前爐中的IR反到成了配角,幫忙主角熱氣對流去進(jìn)行雙重加熱?;騿渭冎徊捎酶咝У难h(huán)熱風(fēng)或熱氮氣做為能量的來(lái)源。
無(wú)鉛回焊的最高目標,是要以最起碼的熱量,將板面所有待裝的大小組件全數焊妥,并應避免施加過(guò)多熱量造成組件與電路板的傷害。小心運用可移動(dòng)式感熱儀(Profiler),找出正確的回焊曲線(xiàn)將可達成此一目標。
圖22左圖為IR(紅外線(xiàn))與熱風(fēng)兩種熱源共用的回焊爐,長(cháng)條發(fā)橙光者即為IR熱源,另外灰色有小孔之不銹鋼者為熱風(fēng)出口。右圖為單純熱風(fēng)之回焊機。
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