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小型化元器件的锡膏印刷解决方案

随着智能手机、平板电脑等智能终端设备的性能需求的提高,SMT制造业对小型化、薄型化的电子元器件需求更加强烈,随着可穿戴设备的兴起,这种需求更是日益高涨。

近年来,随着智能手机、平板电脑等智能终端设备的性能需求的提高,SMT制造业对小型化、薄型化的电子元器件需求更加强烈,随着可穿戴设备的兴起,这种需求更是日益高涨。下图是I-phone 3G 和I-phone 7 主板的比较,新的I-phone手机功能更强大,但是装配而成的主板却更小了,这需要更小的元器件以及更密集的元器件装配才能做到。越来越小的元器件,对我们生产的工艺也将会越来越难,一次直通率的提升成了SMT工艺工程师的主要攻克目标好任务。一般来说SMT行业60%以上的不良都和锡膏印刷有关,锡膏印刷是SMT生产中的一道关键工序。解决了锡膏印刷的问题,就相当于解决了整个SMT工序中大半的工艺问题。

 

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I-phone 3G

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I-phone 7

下图是SMT元器件公英制尺寸对照表。

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下图是SMT元器件的发展历程以及展望未来的发展趋势。目前英制01005贴片器件和0.4 pitch的BGA/CSP 在SMT生产中运用比较普遍。公制03015贴片器件也有少部分在生产中运用,而公制0201贴片器件目前还只是在试产阶段,预计未来几年会逐渐在生产中运用。

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要了解小型化元器件对锡膏印刷带来的挑战,首先要了解钢网印刷的面积比率(Area Ratio)。

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对于普通的激光钢网印刷,钢网开孔面积比率有如下要求:

对于长方形 开孔:
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如果钢网开孔面积比率达不到要求(钢网太厚),就会出现下图的情况,锡膏印刷脱模时,小元器件的锡膏粘在钢网孔壁处,脱落到焊盘上的锡膏量很少。

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对于小型化焊盘的锡膏印刷,越小的焊盘和钢网开孔,锡膏越难脱离钢网孔壁。要解决小型化焊盘的锡膏印刷,有以下几种方案供参考:

1.最直接的解决方案是降低钢网的厚度,增加开孔面积比率。如下图所示,用了薄钢网后,小元器件焊盘的下锡良好。如果生产的基板没有大尺寸的元器件,那么这是一个最简单而有效的解决方案,但是如果基板上有大的元器件,那么大的元器件会因为锡量少而焊接不良。所以如果是高混合有大元器件的基板我们需要下面列出的其他解决方案。

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2.利用新的钢网技术,降低对钢网开孔比率的要求。

1)FG(Fine Grain)钢网   

     FG钢片含有一种铌元素,该元素能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度。经激光切割的FG钢片孔壁比普通304钢片的孔壁更清洁光滑,更有利于脱模。FG钢片制成的钢网开孔面积比率可以低于0.65,对比同样开孔比率的304钢网,FG钢网可以做的比304钢网略厚一些,从而降低大元器件少锡的风险。

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304钢片和FG钢片的对比 

 

2)电铸钢网

电铸钢网的制造原理:通过在导电金属底板上印刷光阻材料,再通过遮挡模和紫外线曝光来制作电铸的模板,然后薄模板放在电铸液中电铸。其实电铸类似于电镀,只是电铸后的镍片可以从底板中剥离制成钢网。

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电铸钢网有以下特点:钢片内部没有应力,孔壁非常平滑,钢网可以是任意厚度(0.2mm以内,通过电铸时间来控制),缺点是造价较高。下图是激光钢网和电铸钢网孔壁图比较。电铸钢网光滑的孔壁在印刷后有更好的脱模效果,使得开孔比率可以低至0.5。

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                                            激光钢网                                        电铸钢网                            

3)阶梯钢网

阶梯钢网可以是局部加厚或减薄。局部加厚的部分用来印刷锡膏需求量大的焊盘,加厚的部分是通过电铸来实现,成本较高。而减薄是通过化学蚀刻来实现,减薄的部分用来印刷小型化元器件的焊盘,使得脱模效果更好,对成本更敏感的用户建议使用化学蚀刻,成本更低。

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 4)纳米涂层。(Nano Ultra Coating )    

在钢网表面涂覆或镀上一层纳米涂层,纳米涂层使孔壁对锡膏排斥,所以脱模     效果更好,锡膏印刷的体积稳定性比较一致。这样,印刷的质量比较有保证,同时也可以减少钢网的清洗擦拭次数。目前国内大部分工艺只是涂覆一层纳米涂层,经过一定次数的印刷后效果就减弱了,国外有直接镀在钢网上的纳米涂层,效果和耐久性更好,当然成本也更高。

3.双重锡膏成型工艺。

1)印刷/印刷       通过两台印刷机来印刷成型锡膏。第一台用普通钢网印密间距小元器件焊盘,第二台用3D钢网或阶梯钢网印刷大元器件焊盘。

 

这种方式需要两台印刷机,而且钢网成本也高,如果使用3D钢网还要用到梳状刮刀,增加成本,生产效率也低。                  

2)印刷/喷锡

第一台锡膏印刷机印刷密间距小元器件焊盘,第二台喷印机喷印大元器件焊盘。这种方式锡膏成型效果好,但是成本高,效率低(取决于大元器件焊盘数量)。


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印刷锡膏 

 

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喷印锡膏

以上几种解决方案,用户可以根据自身情况选择使用。从成本和生产效率考虑,降低钢网厚度、使用低要求开孔面积比率钢网、阶梯钢网是比较适合的选择;产量低、品质要求高、成本不敏感的用户,可以选择印刷/喷印方案。


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