SMT印刷制程设计.ppt

印刷製程設計 SMT工程師訓練教材 編號：SMT-02-07 Jan 2003 產品特性 產品特性 要先了解產品的特性才能設計適合的印刷製程。 High-End：高複雜性產品 Low-End：簡單性產品 產品特性(2) 基板尺寸 必須了解產品基板尺寸才能選擇適合的印刷設備 基板尺寸越大，印刷越困難，需要適合的固定方式才能穩定的生產 產能需求 知道產品的產能需求才能選擇適合速度的印刷設備及錫膏類型 印刷作業需求的Cycle Time將對整體的印刷製程設計佔重大的影響 印刷設備 印刷設備選擇 刮刀式印刷設備 擠壓式印刷設備 膠質刮刀類型差異 膠質刮刀類型並沒有說哪一種是最好的，但是刮刀角度是直接影響錫膏在印刷中滾動的因素。 劍型刮刀的角度在70~80°之間，直接作用力是最弱的，適合於低黏度錫膏。 平面型刮刀的角度在50~70°之間，適用範圍寬廣。 方形刮刀的角度為45°，填充壓力最大，適合於高黏度錫膏。 錫膏選擇 錫膏基本標注資料 生產階段各項要因 免洗型錫膏組成 銲錫粉末合金製造 在5m高和3m寬的粉末合金製造槽中填充氮氣。 從頂端倒入融熔的合金，落在旋轉的圓盤上藉由離心力甩出。 影響甩出粒徑的因素有銲錫落下速度、轉盤速度、氧氣密度、測定錫形、含氧分布等。 最後將成型的粉末合金經篩選機篩選出需要的大小，其餘回收再使用。 粉末粒徑大小影響 粒徑分布影響錫膏的流變性和印刷性，如滾動狀態、脫模性和抗坍塌性等等。 粒徑小於20um時，表面積大，含氧量高，易氧化而影響銲錫性。 粒子外型以真圓為最佳，印刷時不易產生不規則排列影響印刷性，回銲時容易接合。 粉末合金形狀的影響 印刷間距越小時，使用的顆粒也必須越小才能提供適當的印刷性。 錫膏使用的粉末合金以使用真圓形狀最佳，助銲劑可均勻分在其表面，同時可降低印刷中不必要的阻力。 不規則形狀的粉末合金在印刷時含錫量不固定，融熔接合狀況不理想，無法確保印刷的穩定性，可能帶來不預期的空銲或短路現象。 錫膏中助銲劑功用 消除基材上的氧化膜 助銲劑藉由化學融合將電子元件、PCB銲墊、錫膏中錫球表面上的氧化膜去除。 預防再氧化 PCB銲墊、元件和錫膏中錫球在回銲過程中暴露於高溫環境下很容易再次快速氧化，此時藉由助銲劑中的固體成分軟化成液狀覆蓋於金屬表面避免氧化。 降低銲錫表面張力增加潤濕性 助銲劑可暫時降低液狀銲錫的表面張力，幫助銲錫接觸面積與PCB銲墊和元件擴展。 提供適當的黏度與流變性以利印刷 讓顆粒狀的粉末合金成為膏狀的流體，提供適當的結合性將分散的顆粒聚合在一起以利印刷。 助銲劑中松香作用 松香在預熱階段就會軟化披覆在基材表面，軟化溫度點在80~130℃左右。 錫膏中使用一般以天然松香為主，視其軟化溫度點、活化強度、色澤決定使用的種類。 為了控制其工作特性和殘留物特性通常使用2~3種松香混合使用。 助銲劑中活化劑作用 活化劑的種類決定移除基材上氧化膜力量的強度。 隨著松香的軟化與液化，活化劑潤濕金屬的表面並與氧化膜起化學作用。 活化劑直接影響電氣信賴性和化學信賴性。 助銲劑中抗垂流劑的作用 抗垂流劑幫助錫膏在印刷過程中抵抗剪應力，並且在印刷上銲墊後恢復黏度。 鋼板脫模時使錫膏平滑地脫離孔壁，增進印刷性。 助銲劑中溶劑的作用 視溶劑的沸點和蒸發率變化的狀況，可決定錫膏開瓶後印刷在銲墊上的有效黏著時間和坍塌特性。 溶劑必須使用高沸點液體，避免迴銲過程未蒸發完的液體產生急速變化。 錫膏使用的選擇 信賴性(1/2) SIR -表面絕緣阻抗(Surface insulation resistance) 如右圖測試基板，依據IPC-TM 650測試方法，在測試板上印刷錫膏並且經過迴銲，在85℃ 85%RH的環境下經過不同的時間分別量測兩迴路間的阻抗值必須大於1012Ω方為合格。 Electromigration -電子遷移 電子遷移是電子位移導致兩線路間(陰陽極)金屬長晶產生數枝狀線路導致偶發性短路，如右下圖所示，因電子遷移導致線路長晶。 信賴性(2/2) Corrosion – 銅鏡腐蝕 如右圖所示，在光滑的銅鏡上印刷上錫膏迴銲後經不同環境處理觀察外觀是否有腐蝕現象，左側圖為無腐蝕，右側圖可看到銅鏡被腐蝕後產生表面黑色斑點。 離子含量 當助銲劑殘留物中有離子殘留時，遇到空氣潮濕的環境便會產生酸性物質對基板產生腐蝕。 測量時將基板浸泡在去離子純水溶液或醇酒精溶液裡浸濕後量測期NaCl含量來計算離子含量，按照Mil standard標準應小於3.1μg/cm2。 銲錫性(1/4) 潤銲性(Wettability) 潤銲性指銲錫潤濕沾附被焊接物表面的能力。 沾錫力量的平衡可用右式表示：ΥA =ΥB + ΥC COSθ ΥA為表面張力 ΥB為銲錫和作用表面間張力 ΥC為銲錫表面張力 θ為沾錫角度。 ΥA即為實際上形