SMT-混合封裝印膠技術(shù)

SMT混合封裝印膠技術(shù)一、前言電子技術(shù)的飛速發(fā)展促進了SMT表面貼裝技術(shù)的不斷發(fā)展。電子元器件越做越精細，PCBA工藝越來越復(fù)雜，插件組裝向表面貼裝過渡，但由于電子元件及制造成本等應(yīng)素影響，混合封裝在較長一段時間內(nèi)會大量存在。由于PCB板先采用AI插件，故后面貼片工序不能使用普通的印膠工藝，目前大部分的工廠都是采用點膠機點膠；筆者所在的TCL王牌多媒體事業(yè)本部采用的是厚模印膠技術(shù)，該技術(shù)是由英國DEK公司（目前最大的印刷機制造供應(yīng)商）提供技術(shù)支持；厚模印膠技術(shù)已經(jīng)很成熟，在國外很多SMT制造都在使用，在國內(nèi)卻少為人知，只有TCL和捷暜（深圳）有使用，筆者在使用過程中感覺該技術(shù)有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，值得在國內(nèi)推廣使用，代替部分必須使用點膠機的工藝，節(jié)省設(shè)備投入。二、厚模印膠工藝流程在生產(chǎn)SMT混合封裝的PCB板時，一般采用點膠的工藝流程是：PCBTOP面AI插件→翻轉(zhuǎn)BOTTOM面點膠→BOTTOM面貼片→過爐固化→波峰焊采用厚模印膠工藝流程是：PCBTOP面AI插件→翻轉(zhuǎn)BOTTOM面印膠→BOTTOM面貼片→過爐固化→波峰焊從上面可看出厚模印膠工藝跟點膠工藝只是在貼片膠的涂敷上有不同，除了設(shè)備的不同外，貼片膠的選用也有不同。三、厚模印膠工藝特點在混合封裝的PCB中，當(dāng)AI元件較多采用機器自動插裝時，后工序的SMT采用厚模印膠代替點膠機點膠，克服了普通印膠不能在帶AI元件腳的PCB板面印膠的不足，可以在不平的板面上進行印膠。1.厚模印膠的優(yōu)點：(1)厚模印膠的設(shè)備是采用貼片生產(chǎn)線上的印刷機，不需額外的購買點膠機，節(jié)省了設(shè)備的投資；(2)厚模印膠的生產(chǎn)效率高：目前高速點膠機的單機生產(chǎn)速度一般低于32000點/小時，而貼片機高速線的生產(chǎn)速度一般高于42000點/小時，采用厚模印膠工藝，生產(chǎn)速度是每塊板/15秒，跟PCB板的點數(shù)無關(guān)，故點數(shù)越多生產(chǎn)效率越高（見表1：厚模印膠與點膠效率對比圖），能有效的克服點膠機的生產(chǎn)瓶頸現(xiàn)象。740)this.width=740"border=undefined>表1厚模印膠與點膠效率對比圖740)this.width=740"border=undefined>圖1膠量高度與大小示意圖(3)厚模印膠的適應(yīng)范圍較廣，印膠高度從75μm到1mm，膠量大小能滿足從0603到大的QFPs的需要（見圖1）。(4)厚模印膠生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定，在我們的生產(chǎn)檢驗中，厚模印膠的不良明顯低于點膠不良，并且印膠產(chǎn)品的元件粘力明顯大于點膠的產(chǎn)品，較少掉件。2.厚模印膠的缺點：(1)厚模印膠工藝比較適合大批量的生產(chǎn)，對小批量的生產(chǎn)較點膠生產(chǎn)麻煩；(2)厚模印膠需要根據(jù)不同的PCB板制作不同的印膠網(wǎng)板，生產(chǎn)批量小的時候網(wǎng)板制作成本較高；(3)厚模印膠生產(chǎn)沒點膠生產(chǎn)靈活，當(dāng)PCB板有變化或更改時無法跟隨變更；(4)厚模印膠工藝過程控制要比點膠工藝嚴格，控制不好會導(dǎo)致批量不良。四、印膠網(wǎng)板設(shè)計印膠網(wǎng)板的設(shè)計制作是厚模印膠能否成功的關(guān)鍵。印膠網(wǎng)板跟普通鋼網(wǎng)制作一樣通過Gerber文件獲得資料數(shù)據(jù)，一般采用PVC材料制作，網(wǎng)板厚3mm，對應(yīng)每個焊盤的中心開長條圓角的印膠口，開口大小根據(jù)元件大小不同，故能獲得不同高度和膠量的膠點。對應(yīng)PCB板上有AI插件元件腳的地方，在網(wǎng)板的底部都有鎦空，以便避開AI元件腳，使印刷時網(wǎng)板底部能平貼PCB板，如圖2所示：740)this.width=740"border=undefined>圖2PVC網(wǎng)板制作示意圖由于該網(wǎng)板是采用PVC制作，在繃網(wǎng)的時候張力不能過大，以免導(dǎo)致網(wǎng)板在拉伸方向發(fā)生變形，并且因為網(wǎng)板有3mm厚，網(wǎng)板張力對印刷效果影響不大。五、厚模印膠的設(shè)備厚模印膠工藝是由英國DEK公司研發(fā)推廣使用的，故多使用DEK的印刷機進行升級，其Horizion及ELA系列印刷機上都可以加裝選件：PumpPrint壓力印刷頭（見圖3：壓力印刷頭印膠示意圖）。740)this.width=740"border=undefined>圖3壓力印膠頭印膠示意圖該壓力印刷頭可對密封在其內(nèi)腔的膠水施加恒定的壓力，實現(xiàn)閉環(huán)壓力印刷，保證膠水能印透很厚的模板。DEK印刷機的PCB板固定標配是采用邊夾固定，在使用厚模印膠工藝時他推薦使用真空腔固定，即每種PCB板制作一個跟其板底對應(yīng)的密封腔，采用機器的真空進行固定，以便達到更好的平整度，筆者在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)采用邊夾加頂針的固定一樣能達到較好的印刷效果，但頂針要盡可能多加，特別是PCB板的尺寸較大時采用真空腔固定效果更好。厚模印膠的工作原理跟錫膏印刷不同，類似于點膠，每個網(wǎng)板開孔就是一個點膠嘴，壓力印刷頭只是往孔里填充膠水，當(dāng)脫模的時候就類似一個個點膠嘴同時脫離板面，大部分膠水還留在網(wǎng)板上，只有少部分膠水脫落在PCB上(見圖4：印膠脫模示意圖)，故其膠水量及高度的控制主要是通過網(wǎng)板開口大小進行控制。740)this.width=740"border=undefined>圖4PVC網(wǎng)板制作示意圖六、工藝參數(shù)設(shè)定壓力印膠的工藝控制參數(shù)設(shè)定，主要參考所用的材料，包括膠水、網(wǎng)板等的性能決定，有如下的參數(shù)：（1）印刷速度；（2）印刷壓力；（3）供給氣缸壓力；（4）分離速度；對于這個新工藝技術(shù)，為了驗證其能力，我們仔細考慮與模板印刷機有關(guān)的所有可能的參數(shù)之后，選擇了下面五個參數(shù)來做了一次實驗。通過改變這五個參數(shù)來觀察膠點直徑的變化。在PCB上選擇十個不同的位置來測量。五個是0805元件，五個是1206元件。每種方式運行三塊板，試驗數(shù)據(jù)如表2：740)this.width=740"border=undefined>結(jié)論：那些對膠點直徑產(chǎn)生最大影響的參數(shù)或輸入變量是印刷速度和頭的壓力，其印刷速度可以設(shè)置為普通印刷的5～7倍。剩下的參數(shù)對膠點的直徑尺寸影響很小或沒有影響。模板的開孔界定了最小的膠點尺寸。一旦模板的開孔確定，通過改變速度和頭的壓力可以增加膠點直徑，當(dāng)膠水的粘度較大時，采用較慢的脫模速度，粘度較稀時，可使用較快的脫模速度。并且使用厚模印刷技術(shù)進行印膠時，不需對設(shè)備設(shè)定自動清洗就可達到較好的印刷效果，只需在每個班次開始時對網(wǎng)板的底部手動進行清潔即可。使用厚模印膠時，膠水的選擇窗口比較寬，普通印膠膠水一般都能通過上述參數(shù)的設(shè)定取得較好的印刷效果，下圖是不同品牌的膠水在不同的開孔尺寸下印刷得到的印刷高度對照圖（圖5）：七、厚模印膠技術(shù)改造筆者所在公司作為世界最大的電視機生產(chǎn)商，很多產(chǎn)品采用AI/SMT混合封裝生產(chǎn)，生產(chǎn)批量大，采用厚模印膠代替點膠生產(chǎn)后，取得了較好的經(jīng)濟效果。舉例說：一個368個貼片元件的PCB板，測量得出分別采用不同工藝所需要的時間為：點膠46s壓力印膠14.02s。所以對大批量生產(chǎn)點膠板產(chǎn)品的公司來說，采用厚模印膠技術(shù)能極大的提供生產(chǎn)效率。但是由于該壓力印刷頭（PumpPrint）是DEK公司的一個選件，購買價格非常昂貴，針對不同長度的印刷板，還得配不同尺寸的壓力印刷頭。并且該壓力印刷頭的清洗也比較麻煩。故筆者一直在尋求一種能代替該壓力印刷頭進行印刷的方法。經(jīng)過大量的摸索和試驗，包括自制改裝壓力頭等，最后總結(jié)出套種懸浮刮膠技術(shù)，采用該特制的刮刀可代替DEK的壓力印刷頭，并在車間推廣使用得到較好的印膠效果（圖6：懸浮刮刀原理圖）如上圖所示，可采用金屬材料制作刮刀，刮刀的A區(qū)是一個壓膠的關(guān)鍵區(qū)域，該區(qū)域斜度是10度角，寬度是8-10mm；B區(qū)域是一個預(yù)壓區(qū)域，斜度是30度角，寬度是15mm；再前面是一個圓弧過渡區(qū)，以讓膠能順利的進入預(yù)壓區(qū)。適當(dāng)?shù)脑黾覣區(qū)的寬度或減小其斜度，可增大下膠的力度，保證每個膠點的質(zhì)量。印刷參數(shù)設(shè)定：采用特制的刮刀進行印刷時，網(wǎng)板的分離速度、分離距離跟DEK的壓力印刷頭設(shè)定一致，但刮刀壓力、印刷速度需要進行試驗。在本試驗中刮刀壓力轉(zhuǎn)化為刮刀距離網(wǎng)板的高度。我們在試驗中每種數(shù)據(jù)組合印刷5塊板，對印刷結(jié)果進行比較。試驗數(shù)據(jù)見表3：740)this.width=740"border=undefined>印刷效果分：○不好；▁較好；▄比較好；█好結(jié)論是刮刀距離模板高度在0.3-0.5mm時，印刷速度在80-120mm/s時能取得較好的印刷效果。其它的參數(shù)設(shè)定跟壓力印膠頭（PumpPrint）一致。筆者在車間的實際使用中，采