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混装印刷工艺的优化
[发布时间]:2011年6月16日 [来源]:电子变压器资讯网 [点击率]:4532
【导读】: 引脚间距200微米以下0.3mm CSP的应用,加上RF屏蔽罩和连接器等大器件的装配,给印刷工艺的优化带来了挑战。 消费者期待着产品尺寸的不断减小和功能的持续增加,这不仅给可制造性设计(D...

     引脚间距200微米以下0.3mm CSP的应用,加上RF屏蔽罩和连接器等大器件的装配,给印刷工艺的优化带来了挑战。
     消费者期待着产品尺寸的不断减小和功能的持续增加,这不仅给可制造性设计(DFM)带来麻烦,制造商也需要始终面对小型化与大器件共存所带来的挑战。
     对大部分具备一定工艺能力的单板制造商而言,单纯地缩小尺寸、增加复杂性,或布置大器件都不是太大的难事,但要求两者兼备,则需要较高的技术水平。本文试图通过对近期一项优化“标准”印刷工艺试验结果的分析,从而确定可以调整和控制的工艺变量,找到确定和指导工艺优化的解决方案。

混装与钢网开孔面积比
    混合装配中印刷工艺潜在的首要问题如图1中左图标出的钢网开孔面积比,它的计算公式是开孔面积除以孔壁面积。面积比对印刷工艺的重大意义是图1中右图所显示的对锡膏转移率的影响。

    两种尺寸的焊盘(一小一大)被成功地用较薄的钢网印刷,但大的元器件回流焊后会存在少锡的缺陷,因为印刷时转移的锡膏量不足。应用较厚的钢网对大的器件而言会获得满意的锡膏量,但同样会导致小焊盘在印刷时转移的锡膏量不足,因为锡膏会被粘在具有较大表面积的孔壁上,从而在回流焊接后造成少锡或空焊。
    譬如钢网的厚度是100微米,方形开孔大小是250微米,因此面积比为:0.625= (250×250)÷(100×250×4)。如果钢网厚度减小到75微米,孔壁面积也会随之降低,其面积比将变成0.833。
    我们可以通过调整钢网的几何设计来达到期望的面积比。但是开孔并不是可以被任意控制的一个变量,它完全由基板上与不同元件类型相匹配的焊盘尺寸来决定。表1列出了一些常见SMT元器件和其典型的面积比。
     在表1中,CSP器件对应较低的面积比,而且随着间距的变小面积比也变小。
现在问题是——
    从图1 中的右图可以看出,在面积比0.66以下时锡膏转移率和面积比呈线性关系,这一面积比对应的转移率约75%。这一点以后曲线为非线性,并显示转移率非常明显的低于 75%,这被认为是不能接受的,因为在回流焊接过程中不能形成可靠的焊点。这就是为什么作为经验值将面积比定在0.66或以上(IPC-7525)。
    如果只考虑板上某一种元件,很好,你可以很简单地利用规则确定钢网的厚度使面积比在0.66临界点以上,获得可接受的转移率。但是,当要兼容混合装配的器件时,你将会遇到麻烦。这里,任务是增加面积比在0.66以下的开孔的转移率,应用较厚的钢网成功地在基板上较小的焊盘表面上印刷,同时满足混合装配中大的元器件对锡膏量的要求。

试验
    试验的目的是应用不同的工艺参数设置(变量)获取系列转移率数据。
   一台全自动印刷设备通过一张标准100微米厚的激光切割不锈钢钢网,被用来印刷锡膏。印刷设备、钢网、刮刀、夹具、锡膏和操作员都在整个研究中保持一致,以减少变数。

      

   为获取必需的数据,钢网被设计含有全部范围的器件,为了充分观察每个试验的工艺能力,采用一个递减的开孔阵列,表2显示的是开孔尺寸和对应的面积比。
   在印刷工艺中有许多因素对结果产生影响,包括刮刀速度、压力和角度,甚至还有刮刀的宽度。本试验所用的有印刷角度45度/宽6mm,印刷角度60度/宽度6mm,和印刷角度60度/宽15mm的三种刮刀。可以预期,宽15mm的刮刀将会有不稳定的结果,因为印刷角度随压力而改变,目的在于和宽度6mm的刮刀相比较。
   为了保证整个研究过程遵循同样的“标准”设置,研究过程中使用表3列出的物料。

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