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PCB問(wèn)題 如何局部增加SMT制程中的錫膏或焊錫量

2020-05-19 12:01:49 766

今天的電子工業(yè)真的是越來(lái)越發(fā)達,隨著(zhù)電子零件越作越小,產(chǎn)品也跟著(zhù)越來(lái)越薄,就像一開(kāi)始的黑金剛大手機,到如今可以放在手腕上的微型手機,這些都是拜SMD電子零件極小化之賜,什么0402、0201、甚至01005的尺寸都已經(jīng)有人在嘗試了,就連一般的IC(集成電路)零件腳距也都縮到了0.5mm (fine pitch,微腳距), 甚至0.3mm都有人做出來(lái),這對SMT制程來(lái)說(shuō)著(zhù)實(shí)是一大挑戰。 但更大的挑戰是電路板上并非只有這些小零件及小焊點(diǎn),在制程上比較容易出問(wèn)題的反而是同一片板子上同時(shí)需要打上很大及很小的零件。


要如何讓這些細小的電子零件完好的焊接于電路板上,還不可以發(fā)生空焊及短路的缺點(diǎn),已經(jīng)就夠讓SMT工程師傷透腦筋了。 更大的挑戰是電路板上并非只有這些小零件需要焊接,很不幸的由于技術(shù)或是成本上的限制及考慮,有些零件到現在還無(wú)法極小化(如大部分鏈接器、電池、線(xiàn)圈、大電容... 等),于是就會(huì )出現大大小小電子零件同擠在一塊電路板上的問(wèn)題。


因為大零件需要較多的焊錫印刷于焊腳上,這樣才能確保其焊錫的牢靠度;小零件則需要較精準且微小的錫膏量控制,否則容易造成焊錫短路或空焊的問(wèn)題。 而錫膏量(體積)的控制一般由鋼板(stencil)的厚度(thickness)及開(kāi)口(aperture)來(lái)決定,可是同一片鋼板的厚度基本上是一致的,適合小零件的鋼板厚度就不適合大零件,剩下的只能控制鋼板的開(kāi)口,只是開(kāi)口也無(wú)法解決這樣的問(wèn)題,這似乎是魚(yú)與熊掌的問(wèn)題。


目前在電子工業(yè)界的普遍作法都是先讓鋼板屈就小零件的錫膏量要求,然后再使用不同的工法來(lái)局部增加錫膏量,因為比較起來(lái)小錫量比大錫量難控制多了。 這里整理了四種較常見(jiàn)的局部增加錫量的方法供大家參考,其實(shí)大部分這些工法在之前的文章中都已經(jīng)有介紹過(guò)了,這里只是稍加整理而已。


1. 人工手動(dòng)點(diǎn)錫膏

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使用半自動(dòng)點(diǎn)膠機,在鋼板印刷錫膏后或進(jìn)入回流焊前,將錫膏局部加在需要增加錫膏的地方。 這個(gè)方法的好處是機動(dòng)性高。
不過(guò)手動(dòng)點(diǎn)錫膏的缺點(diǎn)就一大堆了:


需要增加一個(gè)人力。


如果這個(gè)人力可以共享其他人力就比較沒(méi)關(guān)系,比如說(shuō)爐前的目檢,或是爐前的人工置件。 基本上要計算人力的配置。


質(zhì)量較難控制。


人工點(diǎn)錫膏的錫膏量及位置都無(wú)法精確控制,比較適合那些需要較大錫膏量的零件。


容易作業(yè)失忽。


人工加點(diǎn)錫膏有可能會(huì )因為勿動(dòng)作而接觸到其他已經(jīng)印刷好錫膏的地方,造成錫膏的形狀破壞,進(jìn)而引起短路或空焊。 也可能移動(dòng)到其他已經(jīng)置好的零件,造成零件偏移。


2. 導入自動(dòng)點(diǎn)錫膏機


SMT加工廠(chǎng)中,早期的SMT產(chǎn)線(xiàn)配置,都配有一臺點(diǎn)自動(dòng)點(diǎn)膠機的,這臺點(diǎn)膠機的目的是將紅膠點(diǎn)在SMD零件的下面,將零件黏在PCB上面,避免后面過(guò)波峰焊(Wave Soldering)時(shí)零件掉落于錫爐之中。 這臺點(diǎn)膠機其實(shí)也可以用來(lái)點(diǎn)錫膏,只要將錫膏加到針筒中就可以將錫膏點(diǎn)在需要局部增加錫膏的地方來(lái)增加焊錫量。


自動(dòng)錫膏機的缺點(diǎn):


因為現在的制程已經(jīng)很少使用波峰焊了,所以大部分的SMT產(chǎn)線(xiàn)都已經(jīng)不再配備點(diǎn)膠機,所以這個(gè)方法有可能需要再新增加一臺機器。


3. 使用階梯式鋼板(step-down stencil)


「階梯式鋼板」又分為【STEP-UP (局部增厚)】及【STEP-DOWN (局部打薄)】?jì)煞N,這種特殊鋼板藉由局部增加鋼板厚度(step-up)來(lái)增加錫膏印刷量,或是局部降低鋼板厚度(step-down)來(lái)減少錫膏量。 這種 STEP-UP 鋼板也可以克服一些零件腳位不夠平整(COPOLANARITY)的問(wèn)題,STEP-DOWN 則可以有效控制 FINE PICTH 零件腳短路的問(wèn)題。

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階梯式鋼板的缺點(diǎn):


鋼板的價(jià)錢(qián)比一般正常的鋼板可能貴上10%~20%左右。


因為種特殊鋼板必須使用較厚的鋼板,然后利用雷射的方式去除掉需要變薄的部份,所以 STEP-DOWN 應該會(huì )比 STEP-UP 來(lái)得容易制作,但幾乎沒(méi)見(jiàn)過(guò) STEP-DOWN 的板子。


錫膏量增加有所限制。


這種鋼板的厚度無(wú)法局部增加太厚,通常0.1mm的鋼板,最多只能增加到0.15mm,而且大部分都只能增加到0.12mm左右而已。 這是因為鋼板厚度比較厚與正常厚度的地方一定會(huì )有個(gè)斜坡緩沖,如果局部增加厚度太厚,緩沖區必須加長(cháng),相對的就會(huì )對附近的小零件增加錫量。


4. 使用預成型錫塊(Pre-forms)


這種「預成型錫塊(solder preforms)」基本上就是把錫膏變成固體并壓制成小塊狀,它可以被設計成各種式樣形狀來(lái)符合實(shí)際的需求,也可以用來(lái)補足因鋼板印刷限制所造成的錫膏量不足,而且這種「預成型錫片」一般都會(huì )作成卷帶包裝(tape and reel),就跟電阻電容這種小零件一樣,可以利用SMT機器來(lái)貼件以節省人力, 并避免人員操作的失誤。

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預成型錫塊(preforms)的缺點(diǎn):


這種「預成型錫塊(solder preforms)」一定要打在有錫膏印刷到的地方。


這樣才能避免PCB振動(dòng)時(shí)移動(dòng),并且在錫膏融化時(shí)與原來(lái)的焊錫融合在一起。


增加成本。


目前這種「預成型錫塊(solder preforms)」的價(jià)錢(qián)不便宜,可能比一般沒(méi)有阻值的小電阻還要還得貴上許多。 以后隨著(zhù)大量生產(chǎn),價(jià)錢(qián)應該會(huì )越來(lái)越低才對。

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