SMT錫膏鋼網(wǎng)制造工藝對錫膏印刷質(zhì)量的影響

目前SMT制程中常用的鋼網(wǎng)根據(jù)制造方法分類主要有四種：化學(xué)蝕刻鋼網(wǎng)；激光切割鋼網(wǎng)；電鑄鋼網(wǎng)及混合工藝鋼網(wǎng)?，F(xiàn)將簡單介紹這四種鋼網(wǎng)的制作方法，并對鋼網(wǎng)開孔特征及其對錫膏印刷工藝的影響進(jìn)行簡略分析。 鋼網(wǎng)制造工藝 1、化學(xué)蝕刻鋼網(wǎng) 化學(xué)蝕刻就是使用腐蝕性化學(xué)溶液將不銹鋼片需要開孔位置的金屬腐蝕消除，獲得與PCB焊盤對應(yīng)的開孔，滿足SMT生產(chǎn)所需要的鋼網(wǎng)。其制造工藝流程如下圖所示： 由于化學(xué)蝕刻是從鋼片的兩面同時作用去除金屬部分（如下左圖），其孔壁光滑，垂直，但是可能會在鋼片厚度中心部分不可完全去除金屬而形成錐形形狀，其剖面呈水漏形狀（如下右圖），這種結(jié)構(gòu)不利于錫膏釋放。所以，蝕刻鋼網(wǎng)一般不建議應(yīng)用于精密元件組裝。 ? 通常元件引腳間距（Pitch）小于0.5mm，或0402以下尺寸元件不建議采用蝕刻鋼網(wǎng)。當(dāng)然一些大型元件或Pitch值較大的元件組裝，蝕刻鋼網(wǎng)有較大的成本優(yōu)勢，同時也能滿足其生產(chǎn)質(zhì)量要求。 2、激光切割鋼網(wǎng) 采用高能激光束在不銹鋼片上切割打孔，得到所需要的鋼網(wǎng)技術(shù)。其制造流程如下所示。 激光切割原理如下左圖所示，其切割過程由機器精細(xì)控制，適用超小間距開孔的制作。由于是由激光直接燒蝕而成，所以其孔壁比化學(xué)蝕刻的孔壁直，沒有中間錐形形狀，有利于錫膏填充網(wǎng)孔。 ? 而且由于是從一面向另一面燒蝕，所以其孔壁會呈現(xiàn)自然的傾角，使得整個孔的剖面呈倒梯形結(jié)構(gòu)（如下右圖所示），這個錐度大概也就相當(dāng)于鋼片厚度一半。倒梯形結(jié)構(gòu)有利于錫膏釋放，對于小孔焊盤可以得到不錯的“磚塊”或“硬幣”形狀，這種特性適用于精細(xì)間距或微型元件的組裝。所以對于精密元件SMT組裝一般建議采用激光鋼網(wǎng)。 3、電鑄鋼網(wǎng) 最復(fù)雜的一種鋼網(wǎng)制造技術(shù)，采用電鍍加成工藝在事先完成的心軸周圍生成需要厚度的鎳片，尺寸精確，不需要后處理工藝對孔尺寸及孔壁表層進(jìn)行補償處理。其制造流程如下圖。 電鑄鋼網(wǎng)孔壁光滑，倒梯形結(jié)構(gòu)，最好的錫膏釋放，對于微型BGA，超細(xì)間距QFP和小型片式元件如0201、01005，具有良好的印刷性能。而且由于電鑄工藝本身的特性，在孔的邊緣形成稍微高出鋼片厚度的環(huán)狀突起，錫膏印刷時相當(dāng)一個“密封環(huán)”，在印刷時這個密封環(huán)有利于鋼網(wǎng)與焊盤或阻焊膜緊密貼合，阻止錫膏向焊盤外側(cè)滲漏。當(dāng)然這種工藝的鋼網(wǎng)成本也是最高的。 ? 4、混合工藝鋼網(wǎng)（Step Stencil） 混合工藝其實就是一般所說的階梯鋼網(wǎng)制作工藝技術(shù)，階梯鋼網(wǎng)就是在一張鋼網(wǎng)上保留兩種以上的厚度，與我們一般情況下使用的只有一種厚度的鋼網(wǎng)不同，其制作目的主要是為了滿足板上不同元件對錫量的不同要求。 ? 階梯鋼網(wǎng)制造工藝是結(jié)合前面三種鋼網(wǎng)加工工藝中的一項或兩項來共同制作完成一張鋼網(wǎng)，一般來說，首先采用化學(xué)蝕刻方法來獲得我們所需要厚度的鋼片，繼而采用激光切割來完成孔的加工。 ? 階梯鋼網(wǎng)有兩種類型，Step-up和Step-down，兩種類型的制作工藝基本上是一樣的，而到底是Up還是Down，則取決于所需要改變的局部是增加厚度還是減少厚度。如果為了滿足大板上局部小間距元件（如大板上CSP）的組裝要求，板上大部分元件需要較多的錫量，而對于小間距的CSP或QFP類元件，為了避免短路則需要減少錫量，或者需要做避空處理，這就可以采用Step-down鋼網(wǎng)，對于小間距元件位置的鋼片進(jìn)行減薄處理，讓此處的鋼片厚度小于其它位置的厚度。 ? 同理，對于一些精密板上的少量大引腳元件，由于鋼片整體厚度較薄，焊盤上沉積的錫膏量就可能不足，或?qū)τ诖┛谆亓鞴に?，有時需要在通孔內(nèi)填充更大的錫膏量以滿足孔內(nèi)焊料填充要求，這就需要在鋼網(wǎng)的大焊盤或通孔位置增加鋼片厚度以增加錫膏沉積量，這就需要采用Step-up鋼網(wǎng)了。在實際生產(chǎn)中，究竟挑選哪一種鋼網(wǎng)，我們需要根據(jù)板上元件的類型和分布來確定。 三種鋼網(wǎng)的比較 從成本方面比較來說，電鑄鋼網(wǎng)最高；激光切割其次，但激光切割成本與需要加工的孔數(shù)有關(guān)，孔數(shù)越多，成本越高；蝕刻鋼網(wǎng)所需成本最低，一次制成，且與網(wǎng)孔的數(shù)量沒有關(guān)系。 ? 在應(yīng)用上，從下面三張圖比較可以看出，蝕刻鋼網(wǎng)，由于中間有錐形突起，所以會影響錫膏填充效果，脫模時又可能帶走網(wǎng)孔內(nèi)沉積的錫膏而影響最終的印刷質(zhì)量?，F(xiàn)在一些蝕刻廠家引入電拋光工藝，可以消除這些突起，令印刷效果得到改善。 ? 激光切割鋼網(wǎng)有倒梯形結(jié)構(gòu)，經(jīng)電拋光后，孔壁光滑，有利于錫膏填充網(wǎng)孔，而且在鋼網(wǎng)與PCB分離時也因為有這個錐度，具備良好的脫模性能。 ? 電鑄鋼網(wǎng)與前面兩者比較起來，不僅孔壁光滑，有倒梯形開口，而且在焊盤與PCB接觸的一面，孔的邊緣位置會比其它位置高出少許，這個高出部分在印刷時就像一個密封環(huán)一樣緊緊在扣在焊盤上，使錫膏不會因為刮刀壓力作用而從鋼網(wǎng)與焊盤之間溢出，這對于細(xì)間距或微型元件的錫膏印刷相當(dāng)有利。 后處理 化學(xué)蝕刻鋼網(wǎng)和激光切割鋼網(wǎng)一般都需要后處理工序，以獲得更好的印錫效果。特別是激光切割鋼網(wǎng)，如果沒有后處理工序，基本是沒法很好地應(yīng)用。由于激光切割過程基本是高溫?zé)g過程，而且是高頻脈沖，造成孔壁上殘留大量的熔渣以及產(chǎn)生鋸齒狀孔壁，所以更需要后處理工藝。而化學(xué)蝕刻就相對好一些，但近些年，為了改善印刷效果，鋼網(wǎng)廠家針對蝕刻鋼網(wǎng)開發(fā)了一些新的拋光處理工藝技術(shù)。 ? 1、電拋光 電拋光主要是利用電解原理，將完成孔加工的鋼片放入化學(xué)溶液槽內(nèi)，再對工件接通直流電，應(yīng)用尖峰放電原理在孔內(nèi)壁尖銳位置處聚集較大的電流密度，通過放電將這些尖銳部分逐步去除，然后獲得光滑的孔內(nèi)壁表層。 2、鍍鎳 通過電鍍工藝，在光滑的不銹片表層電鍍一層金屬鎳，以下降其光滑程度。在錫膏印刷時，避免錫膏在鋼網(wǎng)表層產(chǎn)生滑動，滑動的錫膏不利于錫膏在網(wǎng)孔內(nèi)的填充。所以，表層鍍鎳可以增加錫膏印刷時的滾動，有利于錫膏在微型孔內(nèi)的填充。 3、納米涂層 在蝕刻或激光切割鋼網(wǎng)與PCB接觸的一面及孔壁表層涂覆一層納米材料，以增加孔壁的光滑程度，有利于錫膏脫模。DOE實驗結(jié)果表明，采用納米涂層后，下錫效率可以提升18%左右。 ? 同時納米涂層還增加了錫膏中的助焊劑成分與孔壁或鋼網(wǎng)與PCB接觸表層之間的不親和性，這有利于保持印刷過程當(dāng)中孔內(nèi)壁和鋼網(wǎng)表層的清理，減小印刷過程當(dāng)中的清洗頻次，提高生產(chǎn)效率及下降輔料（清洗劑、擦網(wǎng)紙）的用量，下降生產(chǎn)成本。 因此，鋼網(wǎng)的制造工藝對錫膏的印刷質(zhì)量影響巨大。想要提高SMT貼片加工的錫膏印刷質(zhì)量，必須從每個細(xì)節(jié)入手。從錫膏的選用，鋼網(wǎng)的質(zhì)量，設(shè)備的參數(shù)等等。每一個細(xì)節(jié)都會影響到最后的印刷質(zhì)量。究竟采用哪一種鋼網(wǎng)，這需要根據(jù)產(chǎn)品特性，板上元件的焊接端子尺寸大小，元件類型，元件分布等來挑選適合的鋼網(wǎng)。 SMT電子廠工作中，由于工藝不太穩(wěn)定，我們工程師常常忙于處理低級別的、重復(fù)性的工作，比如調(diào)整工藝參數(shù)、處理一兩個焊點不良等等，忙得焦頭爛額，成效卻不大。我們必須認(rèn)識到，要實現(xiàn)最佳制造，最有效的方法就是建立以預(yù)防為主、健全的工藝控制體系，同時對與制造相關(guān)的工程師進(jìn)行培訓(xùn)，大家共同建立一個“堅固”的工藝。