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  • 貼片機的應用和原理

    2019年04月12日

    印刷工藝的相關內容 

       提升技術和技巧來完成高質量印刷的重要性不能被過分夸大。下面列出并進行討論的一些技術上的問題,是決定印刷工藝質量的主要因素:● 優化模板印刷工藝的策略 ● 焊膏印刷速度 ● 刮刀和封閉印刷頭技術   ● 通孔器件印刷 ● 何時以及怎幺使用橡膠刮刀,以及正確硬度的選擇 ● 有效地利用下止點和間隙式印刷   ● 針對高效印刷的適用的網板設計技巧 ● 詳述檢查系統和它們的工作方式 近距離觀察印刷工藝 

       工藝優化 模板印刷工藝優化的一個方法是,當發生焊膏應用問題時及時地進行改正。假設在線檢測不是被設計用來檢查每一塊板子上的每一個焊盤的情況下,必需有一些方法來決定怎樣編排檢查系統從而得以利用關鍵器件和區域作為數據模型來使用。這些檢查模型將被移植到在任一特定生產中被加工的所有板上的所有器件上。 

       對于了解如何開發一個最佳的數據模型來說,必須明白怎樣檢查一個裝配組件,來找到適合這些分類方式的器件類型。充分理解在檢查軟件中可采用的恍┕ぞ叩牧榛钚砸彩嗆苤匾模庋攵勻魏味懶⒌乃客∷⒂τ茫刪齠ㄔ躚宰鈑行У姆絞嚼從τ謎廡┦菽P汀?/P> 

    焊膏印刷   在印刷速度、壓力和焊膏類型之間存在著內在關系,而且必須保持這種關系才能獲得可接受的印刷效果。有一些焊膏的印刷速度必須要快一些,而另一些必須要慢一些,才能得到較好的印刷效果。如果刮刀掃過模板時過輕,在網板上留下一層薄的焊膏或助焊劑,應該加大壓力來刮干凈網板的表面,但是壓力增大的上限是必須保證焊膏的滾動要求,因為印刷過程中焊膏的滾動是一個獲得良好印刷效果的標志之一。印刷速度太快會導致開孔的不完全填充,尤其是在焊盤迎向刮刀運動方向的一側。過輕地掃過模板會導致極端的拉尖和覆蓋不完整,這是因為焊膏沒有完全地從開孔中被釋放出來。 

    網板上的焊膏   有一個問題常常會被提到,那就是刮刀刮過后,網板上會殘留下焊膏。通常有兩種原因,首先,雖然你也許是用了正確的壓力,但刮刀下止點或者刮刀壓入網板的距離,還是太小。另一個焊膏殘留在網板上的原因,有可能是在基板下面缺少適當的支撐頂針。伴隨著不充分的支撐,基板會在刮刀的壓力下產生下陷,這樣就使得刀刃的角度不能夠將網板上的焊膏刮干凈。不充分的基板支撐使得基板下陷,還會導致刮刀施加到基板上的壓力發生偏差。 

    通孔器件   焊膏印刷也可以被使用在通孔器件上。對于這種類型的板的裝配,焊膏印刷已經成為一個可接受的工藝了。針對通孔組件的這種用焊膏來填充PCB過孔的工藝,通常被稱為“intrusive soldering”或“pin-in-paste printing”。網板的開孔設計必需適當,以得到正確的焊膏量來填充過孔,從而保證有可靠的焊點。通常情況下,焊膏會有50%的收縮量,所以第一步要計算所需的焊膏量。需要計算填滿整個通孔所需焊膏的體積再減去引腳體積的值。實際需要的焊膏體積應該是固化后所需焊料體積的兩倍,開孔的大小可通過網板的厚度以及通孔焊盤周圍可利用的面積來計算獲得。焊膏可采用加大印刷面積的方式印刷,在回流焊時,焊錫會被拉回到可焊接的表面。 
    橡膠刮刀   操作員因該知道有不同種類的橡膠刮刀硬度,并且還要知道什幺時候該使用它們。 對于絲網印刷和模板印刷可以有幾種不同硬度的刮刀選擇。通常情況下,當采用絲網印刷時,應該使用硬度在60-80 shore A的聚亞安酯刮刀。當使用較軟的材料時,絲網的網孔應該要避免刮刀將膠層從基層上挖走。而硬度在90-110shore A的刮刀通常用在模板印刷上。但是,當在模板上使用聚亞安酯刮刀時,在大開孔上的摳挖現象會成為一個問題,因此,金屬刮刀是模板印刷的首選。 

    對于只有細開孔或臺階式模板,使用聚亞安酯的刮刀會得到更一致的印刷效果并且也可減少模板的磨損。臺階式模板是指,模板某些區域平緩過渡或階梯下降到一個比網板其它部分要薄的這種模板。這種類型的模板常常用于大多數都是大開孔而只有一兩個細間距引腳器件的板子。 

    拖曳片式刮刀   在沒有壓力施加的情況下,拖曳片式金屬刮刀的接觸角度是60度,橡膠刮刀的接觸角度是50度。使用MPM的平衡控制可編程印刷頭(“Prohead”),接觸角可以在正常值正負5度的范圍內調整。施加在刮刀上的壓力必需足夠,以在模板的上表面提供一個干凈的刮擦結果,但也不能太大,否則會對網板造成壓痕并引起過早的失效。壓痕是當過多的壓力被施加在模板超過基板邊緣時,在模板底部所造成的永久性的板邊緣壓痕的現象。下止點和間隙式印刷下止點這個術語常常用在模板印刷工藝中,并且操作員也應該熟悉這個詞。 

       下止點是作為在印刷過程中,刮刀被編程向下運動,可以低過基板上表面的距離的多少。基板在印刷過程中會支撐模板,但是如果刀片移動超出了基板邊緣和支撐軌道,那幺模板會受力彎曲,引起過早疲勞。恰當的設置下止點可以防止這種情況,因為它不會讓刀刃有過多的向下移動距離而施加過多的力量在沒有支撐的模板上。如果下止點值設得太低,無法適當的彎曲刀刃至最佳角度,那幺就得不到所期望的印刷壓力。典型的下止點設置是從0.065 inch (1.6 mm) 到 0.075 inch (1.9 mm)。 

       在接觸印刷,間隙式印刷和慢脫模印刷這三種印刷方式之間存在著截然不同的差別。 

       接觸印刷是在印刷過程中模板整個和基板接觸的情況下完成的。在焊膏被滾壓進了模板開口孔后,基板和模板就在一個垂直方向上且以統一的速率分離。 

       間隙式印刷是在模板或絲網和基板之間在靜止時有一設定間隙的情況下獲得的。在印刷動作中,刮刀下壓使模板變形,引起模板和基板接觸,并且僅在刮刀給模板施加壓力的那點上模板才和基板有接觸。隨著刮刀的向前移動,模板或網板會從基板上分離。當使用模板印刷時,如果基板密度高,使一致的脫模率不能重復獲得或期望較快的印刷周期時,可以使用間隙式印刷,絲網印刷也采用間隙式印刷。 

       慢脫模印刷是指那些印刷后模板和基板緩慢分離的工藝。因為不同的焊膏有不同的脫模特性,這種可調節的設定被用來讓焊膏在印刷后能沉積下來,并且更干凈地從開孔中釋放出來。 

    接觸印刷   分離印刷   高密度模板印刷   間隙式印刷被用在高密度模板印刷或絲網印刷上。間隙值設定是指在待機狀態下,刮刀未接觸模板/絲網前,模板/絲網到被印刷基板表面的距離。這一工藝允許模板或絲網軋過基板并剝離,同時產生一致的錫膏脫模率。對于高密度印刷,如果使用接觸式印刷,由于黏著力的影響,使得模板或絲網的分離在邊緣和中心會有不同。 

    模板設計   有些情況下,當一位操作人員想把兩個圖形放在一個模板上,產生的問題是,圖形間應該相隔多遠呢?   通常的對于拖曳片式刮刀印刷來說,圖形分開至少要達到3英寸,如果還允許一點點印刷距離過調,那幺這個距離就應該增大到4英寸(100mm)。對于尺寸是29英寸乘以29英寸的模板來說,那幺基板的最大寬度尺寸要限制在不大于6英寸(150mm)。當使用MPM公司的Rheometric擠壓式密閉刮刀頭來印刷時,圖形間的間距就可以縮小到0.75英寸(19mm),并且板的總寬度將增加到8.9英寸(226mm)。 

       針對高效的印刷結果,所需最小鋼片的尺寸是變化的。當使用拖曳片式刮刀時,最小鋼片尺寸在Y方向應該是板子的大小加上7英寸(178mm)。當使用菱形刮刀時,鋼片Y方向的最小尺寸應該是板子的大小加上1英寸(25mm)。在X方向,鋼片最小尺寸應該比刮刀的長度多1英寸(25mm)。 

       推薦使用將板子的圖形居中放置在模板上,以實現模板從基板上真正的垂直分離。如果圖形不在模板中央,由于模板底部和基板間滲出的助焊劑的粘著力作用,在分離發生時會存在一些不均勻的剝離。 

       對于正確的模板和基板對位,定位基準點總是獲得最佳對準結果的首選。如果傳統的定位基準點不可獲得,使用板上的焊盤以及模板的開孔作為基準點也可以提供可接受的結果。板上一個唯一的區域應該被使用,比如基板上QFP的最后一個焊盤配合模板上的對應位置可以用來對位。必須注意保持模板開孔的清潔,因為堵塞的開孔會引起對準錯誤。那是因為編程的時候干凈的開孔的尺寸和形狀將會不同于生產中堵塞的開孔。 例 1 (一個好的,利用QFP器件進行設定的例子) 如上所示,這樣建立了一個唯一的圖形,因為系統也會搜索在目標焊盤左邊的空白部分,但是在相機視野內卻沒有另外的可和這個圖形適合相配的目標。   例 2 (一個差的,利用DIP器件進行設置的例子) 這個設置的問題在于搜索區沒有被創建在一個唯一的區域,因此存在系統會找到一個錯誤匹配目標的可能,這導致系統會對準到視野底部的那個焊盤而不是想要的上面的焊盤。 2D檢查   一個常常被問到的問題是,為什幺需要使用2D驗證?一個2D系統是被設計用來做工藝確認工具的。它們不是檢查系統也不能被用來替代檢查系統。簡單地說, 2D檢驗幫助你開發你的工藝并且驗證你的工藝在控制范圍內。如果你的工藝從不改變,你可能不需要一個檢查或者驗證系統。但是,絕大多數印刷線路板會有具有挑戰性的器件或應用,尤其是細間距引腳的器件,這些器件需要某些形式的驗證。 

       2D系統就是設計用來幫助你驗證錫膏的脫模率和覆蓋率是否滿足預先制定的基準。2D驗證系統會幫助并提警示你任何和已制定工藝間發生的偏差,使你在發生額外的附加工藝費用(如清洗基板或返修)前做出必要的調整。 

       一個你應該認識到的有趣的統計結果是,90%或更多的印刷缺陷和趨勢可以通過檢驗覆蓋在目標焊盤上的焊膏量來進行鑒別。這種方法可鑒別焊盤上焊膏堆積量的缺少,這會導致不可接受的焊點。大多數有效的2D檢查形式結合了灰度比較技術來判斷覆蓋在目標PCB焊盤上的焊膏的覆蓋百分比。這一技術比較了印刷過的焊盤的未覆蓋面積和一個保存的空焊盤的面積,這個面積在這個器件第一次編程時就決定了。有了這一數據,下面的計算可以被使用來確定焊膏覆蓋的百分比:并行處理能力所有設備的功能特性都是被設計用來有效地完成工作的。可是在實際當中,這些所有的功能的執行,都是以串行的工作方式來進行的。換句話說,當設備在執行它的輔助功能時,設備并沒有執行它的基本功能,更確切地說,基本功能就是在PCB板上印刷焊膏。當然,對于每天完成盡可能多的優質產品的目標而言,這些設備的輔助功能特性是需要的,尤其是針對復雜的板子或是在高產量的環境下。因為我們將實際的生產時間損失在需要但卻是“輔助”的功能上,盡管設備的循環時間已經最快了,但我們仍舊不滿意。 

       理想的,我們希望我們的工藝設備執行它們一些(如果不能做到全部)必要的輔助功能的同時(并行的)完成機器的基本功能,或同時執行一或多個輔助功能。 

       能夠以并行方式運行必要輔助功能的設備將優化生產周期和產量。比如說,如果焊膏印刷設備能夠在清洗網板的同時將下一個產品移動到位并且執行視覺對位功能,那幺我們就有兩個輔助功能在同時執行,結果將會最優化生產周期和質量。 

       使用能提供并行處理能力的設備,可以在產出上得到許多優勢。提供質量改進的輔助功能,比如擦拭網板和印后檢查,可以被很快地執行,在同樣的給定時間內卻不會有印刷線路板產出量的減少。并行處理能力是一個“具佳”情形,生產高質量的板子但又不會有時間的損失。 

       當電子工業繼續轉向更小更復雜的器件(0201,01005,CGA,倒裝芯片等等)以及向無鉛材料進行轉換時,為了要完成公司的財政目標,“開始就把事情做正確”的要求變得越來越關鍵。針對這些使用無鉛材料的新器件來設計的新產品,返修能力將是一個重大的挑戰。至少,返修無鉛產品會花更多的時間和存在導致更多器件和板子損壞的可能性。因此,最好的成本效率解決方法是開始就把事情做正確。我們必須要持續評估設備以及設備的特點,這樣才能將成功的可能性最大化。 

       最后,適合的設備和受過良好訓練、有經驗的員工可以有效地面對模/鋼板和絲網印刷的挑戰。以及焊膏在印刷過程中的浪費,減少產品轉換及新產品設定過程中操作人員的干涉,都是達到高質量印刷結果的需求之一。當然,所有的印刷問題的仔細考慮有助于制造業者生產出高質量的印刷線路板和改進整個印刷線路板裝配工藝

    來源:深圳市創美佳精品制造有限公司
    深圳市創美佳精品制造有限公司
    王海江
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