密腳與通孔元件的錫膏印刷
本文介紹：在混合裝配(mixed-assembly)電路板上的密間距(fine-pitch)和通孔(through-hole)元件的錫膏印刷。
密間距錫膏印刷
當(dāng)印刷密間距時(shí)，重要的是控制模板開(kāi)孔的光潔度與尺寸，意味著應(yīng)該考慮激光切割的模板。密間距也要求不同的錫膏(solder paste)。
錫膏印刷質(zhì)量是很重要的，因?yàn)樗窃S多印刷電路裝配(PCA)缺陷的原因。當(dāng)使用密間距時(shí)，問(wèn)題是復(fù)合的，造成相鄰引腳之間的錫橋。
錫橋不是密間距印刷的唯一常見(jiàn)缺陷。錫膏沉積不夠引起焊錫不足或者完全開(kāi)路。在大部分公司，密間距印刷是大約一半缺陷的原因。
為了避免印刷問(wèn)題，有人使用雙臺(tái)階(dual-step)模板(密腳用0.005"~0.006"、其它元件用0.007"~0.008")。模板材料，通常不銹鋼，在分布密間距元件焊盤(pán)的區(qū)域向下腐蝕到低厚度。臺(tái)階式模板要求橡膠的刮板(squeegee)來(lái)使錫膏通過(guò)模板孔。這是在特定的位置沉積適量錫膏的一個(gè)好方法(密腳：0.005"~0.006"厚的錫膏、標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝元件：0.007" ~ 0.008"厚的錫膏)。
一個(gè)更新的方法是使用金屬刮板，密間距與其它元件都沉積同樣的錫膏厚度。可是，這可能會(huì)出現(xiàn)密腳焊盤(pán)上錫膏太厚或者標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝焊盤(pán)上錫膏太少。重要的是良好的過(guò)程控制和模板設(shè)計(jì)。如果可以做到這一點(diǎn)，那么使用金屬刮板的時(shí)候就可得到較好的、連續(xù)的結(jié)果。
當(dāng)使用密間距時(shí)，工藝的復(fù)雜性增加了。要求相當(dāng)?shù)墓に嚳捶ㄅc控制來(lái)達(dá)到連續(xù)的良好的錫膏印刷。
通孔元件的通孔錫膏(paste-in-hole)工藝
雖然工業(yè)走向更密間距和球柵陣列(BGA)，但還必須處理混合裝配中的通孔元件。錫膏印刷通常不用于焊接通孔元件，但是還有應(yīng)該考慮它的情況。例如，在頂面有很少的通孔元件的雙面SMT板(兩面都有有源元件，諸如PLCC)的混合裝配中，對(duì)通孔元件使用印刷錫膏可能是合算的。這個(gè)工藝通常叫做通孔錫膏工藝 - 它避免了手工焊接或者波峰焊接(使用專(zhuān)門(mén)的夾具遮蓋前面回流焊接的表面貼裝元件)的額外步驟。引腳浸錫膏(pin-in-paste)、侵入式回流焊接(intrusive reflow soldering)和通孔回流焊(ROT, reflow of through-hole)是這個(gè)工藝的其它名字。
當(dāng)使用傳統(tǒng)的方法焊接混合表面貼片裝配時(shí)，先印刷錫膏和回流焊接表面貼裝元件，接著是波峰焊接通孔元件工藝。可是，當(dāng)使用通孔錫膏工藝時(shí)，表面貼裝和通孔元件都是在回流焊接工序內(nèi)焊接。在傳統(tǒng)的波峰焊接工藝中，通孔焊接點(diǎn)的焊錫來(lái)源是錫波;可是，通孔錫膏工藝的來(lái)源是錫膏。
通孔錫膏工藝是較新的，但是一些領(lǐng)先的公司已經(jīng)使用多時(shí)了。當(dāng)使用該工藝時(shí)，首先應(yīng)該確定通孔元件是否能夠經(jīng)受回流溫度而不退化。還應(yīng)該確定元件是否為潮濕敏感性的 - 如果是，則焊接之前必須烘焙。否則，在回流焊接期間它們將“爆裂(popcorn)”或者開(kāi)裂。
如果電路板的第二面有可回流焊接的表面貼裝元件，那么回流焊接通孔元件不會(huì)節(jié)省任何工藝步驟。在這種情況下，通孔元件的最常使用的方法是波峰焊接而不是回流焊接。
工業(yè)已經(jīng)成功地使用通孔錫膏工藝或其變化工藝來(lái)焊接通孔元件。所有方法中的基本概念反復(fù)考慮的就是印刷所需要的錫膏量，它是由電鍍通孔的體積減去通孔中引腳占去的體積來(lái)決定的。這是非常簡(jiǎn)單并且為大部分人所理解的。問(wèn)題是在焊接溫度下半數(shù)的錫膏消失在空氣中，因?yàn)楹稿a占90%重的錫膏只有50%體積的金屬焊錫。更應(yīng)該知道的是，引腳直徑與通孔之間的適當(dāng)比率可使得錫膏通過(guò)毛細(xì)管作用進(jìn)入通孔內(nèi)。需要通孔與引腳之間間隙的適當(dāng)數(shù)量來(lái)達(dá)到焊錫填充。
IPC-610對(duì)通孔焊接點(diǎn)的可接受標(biāo)準(zhǔn)是底部圓角的存在和在板的厚度上至少充滿75%的通孔。在大多數(shù)裝配中，F(xiàn)R-4絕緣層電路板的典型厚度為0.062"。在這些約束下，引腳浸錫膏(pin-in-paste)工藝開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是，在具有高密度引腳元件的通孔里面和周?chē)∷⒆銐虻腻a膏，使得在底面形成可接受的焊接點(diǎn)，滿足IPC-610的要求。在通孔錫膏(paste-in-hole)工藝中滿足頂面圓腳要求很少是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)殄a膏是從頂部印刷的。
引腳與通孔之間的最小間隙決定需要滿足圓角要求的錫膏量。這個(gè)最小間隙定義為，最小的通孔直徑減去最大的引腳直徑。最小間隙越小，需要用來(lái)填充通孔的錫量越少，但是更難把元件插入板內(nèi)。
當(dāng)使用密間距、多排通孔元件時(shí)，可能需要各種模板開(kāi)口寬度與長(zhǎng)度，以得到可接受的焊接點(diǎn)。可是，相同零件各焊接點(diǎn)的圓角尺寸將有點(diǎn)不同。
為了達(dá)到所希望的焊錫圓角體積，錫膏也可印刷在板的頂面和底面。一項(xiàng)最近的研究是使用內(nèi)置式刮板通過(guò)直接壓力將錫膏印刷在板上的印刷機(jī)。在這個(gè)方法中，沒(méi)有使用傳統(tǒng)的刮板。這個(gè)錫膏印刷方法可以在通孔中充滿錫膏。
通孔印刷的關(guān)鍵是提供足夠的錫膏量。有許多方法可以做到這一點(diǎn)，最常見(jiàn)和所希望的就是套印(overprint)。可是，這要求在設(shè)計(jì)階段計(jì)劃這個(gè)工藝，和允許足夠的包裝間的間隔。如果沒(méi)有做到這一點(diǎn)，就不可能套印，因?yàn)槠渌副P(pán)擋道了。但是甚至有足夠的包裝之間的空隔，還可能造成印刷足夠的錫膏困難，如果有多排引腳，諸如密間距通孔連接器。
對(duì)于那些在一面印刷足夠的錫膏困難的情況，錫膏也可以在另一面印刷。另一個(gè)方法是使用臺(tái)階式模板，可以向上或向下臺(tái)階，以接納同一塊板上通孔和密間距元件的不同需要。
向上的臺(tái)階模板在通孔零件的一小部分內(nèi)比模板其它部分更厚。向下的臺(tái)階模板一般用于大多數(shù)具有0.050"間距表面貼裝元件和一些密間距元件的電路板。
不管使用哪一種方法，關(guān)鍵是要有足夠的錫膏量。
