SMT電路板裝配焊接工藝

SMT電路板裝配焊接的典型設備有錫膏印刷機、貼片機和再流焊爐。再流焊設備已經在前文中進行了介紹。

6.3.2.1 SMT印刷機

⑴ 再流焊工藝焊料供給方法

在再流焊工藝中，將焊料施放在焊接部位的主要方法有焊膏法、預敷焊料法和預形成焊料法。

① 焊膏法：焊膏法將焊錫膏涂敷到PCB板焊盤圖形上，是再流焊工藝中最常用的方法。焊膏涂敷方式有兩種：注射滴涂法和印刷涂敷法。注射滴涂法主要應用在新產品的研制或小批量產品的生產中，可以手工操作，速度慢、精度低但靈活性高。印刷涂敷法又分直接印刷法（也叫模板漏印法或漏板印刷法）和非接觸印刷法（也叫絲網印刷法）兩種類型，直接印刷法是目前高檔設備廣泛應用的方法。

② 預敷焊料法：預敷焊料法也是再流焊工藝中經常使用的施放焊料的方法。在某些應用場合，可以采用電鍍法和熔融法，把焊料預敷在元器件電極部位的細微引線上或是PCB板的焊盤上。在窄間距器件的組裝中，采用電鍍法預敷焊料是比較合適的，但電鍍法的焊料鍍層厚度不夠穩定，需要在電鍍焊料后再進行一次熔融。經過這樣的處理，可以獲得穩定的焊料層。

③ 預形成焊料法：預形成焊料是將焊料制成各種形狀，如片狀、棒狀、微小球狀等預先成形的焊料，焊料中可含有助焊劑。這種形式的焊料主要用于半導體芯片的鍵合部分、扁平封裝器件的焊接工藝中。

⑵ SMT印刷機及其結構

圖6.16是SMT錫膏印刷機的照片，它是用來印刷焊錫膏或貼片膠的，其功能是將焊錫膏或貼片膠正確地漏印到印制板相應的位置上。

???????? 圖6.16??SMT錫膏印刷機

SMT印刷機大致分為三個檔次：手動、半自動和全自動印刷機。半自動和全自動印刷機可以根據具體情況配置各種功能，以便提高印刷精度。例如：視覺識別功能、調整電路板傳送速度功能、工作臺或刮刀45°角旋轉動能（適用于窄間距元器件），以及二維、三維檢測功能等。

無論是哪一種印刷機，都由以下幾部分組成：

·夾持PCB基板的工作臺。包括工作臺面、真空或邊夾持機構、工作臺傳輸控制機構。

·印刷頭系統。包括刮刀、刮刀固定機構、印刷頭的傳輸控制系統等。

·絲網或模板及其固定機構。

·為保證印刷精度而配置的其他選件。包括視覺對中系統、擦板系統和二維、三維測量系統等。

⑶ 印刷涂敷法的絲網及模板

在印刷涂敷法中，直接印刷法和非接觸印刷法的共同之處是其原理與油墨印刷類似，主要區別在于印刷焊料的介質，即用不同的介質材料來加工印刷圖形：無刮動間隙的印刷是直接（接觸式）印刷，采用剛性材料加工的金屬漏印模板；有刮動間隙的印刷是非接觸式印刷，采用柔性材料絲網或金屬掩膜。刮刀壓力、刮動間隙和刮刀移動速度是保證印刷質量的重要參數。

高檔SMT印刷機一般使用不銹鋼薄板制作的漏印模板，這種模板的精度高，但加工困難，因此制作費用高，適合于大批量生產的高密度SMT電子產品；手動操作的簡易SMT印刷機可以使用薄銅板制作的漏印模板，這種模板容易加工，制作費用低廉，適合于小批量生產的電子產品。非接觸式絲網印刷法是傳統的方法，制作絲網的費用低廉，印刷錫膏的圖形精度不高，適用于大批量生產的一般SMT電路板。

⑷ 漏印模板印刷法的基本原理

漏印模板印刷法的基本原理見圖6.17。

?????????????????????????????????????????? 圖6.17 漏印模板印刷法的基本原理

如圖6.17(a)所示，將PCB板放在工作支架上，由真空泵或機械方式固定，已加工有印刷圖形的漏印模板在金屬框架上繃緊，模板與PCB表面接觸，鏤空圖形網孔與PCB板上的焊盤對準，把焊錫膏放在漏印模板上，刮刀（亦稱刮板）從模板的一端向另一端移動，同時壓刮焊膏通過模板上的鏤空圖形網孔印制（沉淀）在PCB的焊盤上。假如刮刀單向刮錫，沉積在焊盤上的焊錫膏可能會不夠飽滿；而刮刀雙向刮錫，錫膏圖形就比較飽滿。高檔的SMT印刷機一般有A、B兩個刮刀：當刮刀從右向左移動時，刮刀A上升，刮刀B下降，B壓刮焊膏；當刮刀從左向右移動時，刮刀B上升，刮刀A下降，A壓刮焊膏。兩次刮錫后，PCB與模板脫離（PCB下降或模板上升），如圖6.17(b)所示，完成錫膏印刷過程。

圖6.17(c)描述了簡易SMT印刷機的操作過程，漏印模板用薄銅板制作，將PCB準確定位以后，手持不銹鋼刮板進行錫膏印刷。

焊錫膏是一種膏狀流體，其印刷過程遵循流體動力學的原理。漏印模板印刷的特征是：

·模板和PCB表面直接接觸；

?刮刀前方的焊膏顆粒沿刮刀前進方向作順時針走向滾動；

?漏印模板離開PCB表面的過程中，焊膏從網孔轉移到PCB表面上。

⑸ 絲網印刷涂敷法的基本原理

用乳劑涂敷到絲網上，只留出印刷圖形的開口網目，就制成了非接觸式印刷涂敷法所用的絲網。絲網印刷涂敷法的基本原理如圖6.18所示。

???????????????????????????????? ?圖6.18??絲網印刷涂敷法

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將PCB板固定在工作支架上，將印刷圖形的漏印絲網繃緊在框架上并與PCB板對準，將焊錫膏放在漏印絲網上，刮刀從絲網上刮過去，壓迫絲網與PCB表面接觸，同時壓刮焊膏通過絲網上的圖形印刷到PCB的焊盤上。

絲網印刷具有以下3個特征：

?絲網和PCB表面隔開一小段距離；

?刮刀前方的焊膏顆粒沿刮板前進方向作順時針走向滾動；

?絲網從接觸到脫開PCB表面的過程中，焊膏從網孔轉移到PCB表面上。

下面從理論上說明絲網印刷的工作原理。

絲網印刷時，刮刀以一定速度和角度向前移動，對焊錫膏產生一定的壓力，推動焊錫膏在刮刀前滾動，產生將焊錫膏注入網孔所需的壓力。由于焊膏和貼片膠都是粘性觸變流體，焊膏中的粘性摩擦力使其在刮板與絲網之間產生切變。在刮刀刃邊緣附近與網孔交接處，焊膏切變速率最大，這就一方面產生使焊膏注入網孔所需的壓力，另一方面切變率的提高也使焊膏粘性下降，有利于焊膏注入網孔。所以當刮刀速度和角度適當時，焊膏將會順利地注入絲網的網孔。因此，刮刀速度、刮刀與絲網的角度、焊膏粘度和施加在焊膏上的壓力，以及由此引起的切變率的大小是影響絲網印刷質量的主要因素。它們相互之間還存在一定制約關系，正確地控制這些參數，就能獲得優良的焊錫膏印刷質量。

當刮刀完成壓印動作后，絲網回彈脫離PCB。結果就在PCB表面和絲網之間產生一個低壓區，由于絲網焊膏上面的大氣壓與這一低壓區存在壓差，所以就將焊錫膏從網孔中推向PCB表面，形成印刷的焊錫膏圖形。如果由于掩膜邊界、PCB上的通孔等與大氣接觸表面的影響，不能形成低壓區，焊錫膏仍留在網孔中，就不能形成印刷的焊錫膏圖形。實際上，對于成功的印刷，刮刀速度v和焊膏粘度η之間遵循下列關系： ≤某一恒定值。該恒定值由特定印刷條件決定，與絲網線徑、絲網與PCB間隙等參數有關。當給定粘度超過某一值時，焊錫膏印刷就不能順利進行。所以任何給定粘度的焊錫膏，在特定印刷條件下有一個最佳的刮刀速度，而刮刀傾角一般為45°。

⑹ 印刷機的主要技術指標

·最大印刷面積：根據最大的PCB尺寸確定。

·印刷精度：根據印制板組裝密度和元器件的引腳間距或球距的最小尺寸確定，一般要求達到±0.025mm。

·印刷速度：根據產量要求確定。