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SMT印刷效率提升及关键技术之探讨

发布时间:2015-05-26 15:18:00 点击:

现今电子产品朝着体积越来越小、重量越来越轻、性能越来越好、速度越来越快、功能越来越多、越来越强、价格越来越便宜、无铅无卤环保再回收的趋势发展,随之而来的是元器件更小、组装密度更高、组装精度更高、淘汰速度更快等,这些给SMT电子组装业提出了前所未有的技术挑战。

电子产品密度的提升,一方面鼓舞着电子产品的设计者,另一方面却挑战着电路的组装者[1]。SMT作为电路组装的重要部分,它的工艺将越来越富有挑战性。目前对于SMT新技术发展与新型电子组件的研发不遗余力,以希望造就成熟的SMT生产技术与方法,以更低生产成本制造出更高可靠性的电子产品,因此也促gsp1402samsung02使SMT制造过程趋于高复杂度与多样化[2]。与此同时,电子产品的不断发展,也促使工艺设备的不断改进与发展。表面贴装器件向高集成化、超小型封装发展,贴装设备向速化、高精度、适合柔性生产的方向飞速发展;印刷设备对应的产品印刷能力体现在设备的印刷精度、印刷品质、印刷速度等方面的改进。

在表面贴装工艺控制过程中,印刷作为SMT的重要工站之一在整个SMT工艺流程中扮演着至关重要的角色。如何提高印刷品质及印刷速度是目前印刷之关键技术。

印刷速度提升

当我们每天接触的最熟悉的个人消费性产品以及工作设备,如手机﹑计算机﹑数码相机﹑电子书﹑手表以及其他个人电子产品,在持续不断地变化(体积变小﹑功能变强)时,对这些电子产品的核心组装技朮的持续改善与提升也事在必然。电子产品的尺寸在持续地缩小,即其核心电路板(Print Circuit Board)的尺寸也要相应地压缩;产品的功能要求不断增加,单一电路板上的零件数也要大幅度增加,零件的引脚数也快速增长与多样化。电子产品的高密度高性能电子组件进入电子组装产业,使得电子制造服务(EMS)产业必须要能够进行印刷电路板组装(Printed Circuit Board Assembly,PCBA)。gsp1402samsung03

作为PCBA组装第一主要工站的印刷站,其印刷速度与贴片机的贴装速度,需保持一定的平衡与一致,从而确保整个线体效率的最高发挥。

通常目前业界印刷机的平均周期时间(CYCLE TIME)在20秒/Panel。若要降低CT,则客户可能将通过加快印刷速度与延长清洗时间等措施来达到速度提升的目的。然而这些措施又将影响着各种超细间距(如Pitch 0.3 mm/0402 Chip)等电子组件、超薄PCB(0.3 mm厚)等电子材料的印刷品质。二者的冲突,使得在实际生产过程中用户不得不牺牲印刷速度,来满足精细产品的品质要求。电子产品不断发展,推进工艺的不断改善,当工艺无法进行参数等改善时,则必须对电子制造设备进行改进。

灵活的搬运系统,降低PCB传送时间,实现印刷速度的提升

目前业界通常所使用的印刷机流道为单一传送式。造成PCB传送时间长,从而影响延长了整个印刷时间。如图1所示。

可以通过印刷机内部流道的分段式改善,来降低整个PCB的传输时间。详细参考如图2所示。

另外,工艺改善的瓶颈通常如果出现在印刷工序,在生产现场只能通过加印刷机来消除瓶颈,但在线外增加印刷机,势必出现人力增加,品质隐患等风险。在印刷机内部增加一段流道,或者采用背靠背形式,可满足不同CT之改善。详细参考如图3所示。

实际生产最优化

·通过精简,轻量的 Stage Aligner来实现高速生产

最优化4点支持Tilting Clamp方式及Z轴直接连接式Up/Down Mechanism等。通过Stage的精简,轻量来实现高速生产: C/T 5秒。如图4所示。

·通过缩短Stencil Mask清洗时间来提高实际生产性

*清洁C/T 29秒改善后21秒,C/T 8秒改善(28% 改善);平均清洗C/T 6秒改善后4秒,达到减少C/T 2秒的效果。(清洗周期:1次清洗/5次印刷/PCB L240 mm×W220 mm为标准)Wet/Dry/Vacuum/Blower同时使用。

*在Paper上提前喷涂清洗液(Solvent),缩短实际清洗时间。

*设计容易安装擦拭纸之结构,节省作业时间,从而提升生产效率。

印刷机清洗装置示意图如图5所示。

印刷品质提升

在实际生产中,优秀的焊膏印刷质量,除了对焊膏选择、模板制作和印刷过程中工艺参数及工艺管理等进行严格控制外,印刷设备的所具有的生产能力对产品的品质也尤为重要。本节主要探讨印刷设备可通过改善硬体部分满足印刷之品质要求。

印刷的品质主要体现在锡膏的填充性、渗透性,以及产品印刷的连续稳定性。

填充性gsp1402samsung04

评价的指标:印刷的量是否能按照钢网的开口部形状填充锡膏。除了相关的印刷参数最优化组合外,最重要的是要有一定的硬件条件来确保产品印刷的填充性。

在刮刀上做DLC(Diamond - like carbon)涂层,使刮刀上所粘锡膏量最少化 (提高流动性),刮刀顶端部分Half Etching,从而提高填充性。

印刷机刮刀处理示意图如图6所示。DLC(Diamond Like Carbon)=非结晶状的碳元素新素材。

渗漏性

评价指标:将钢网开口部填充饱满的锡膏,按其形状从钢网中成形脱落。为确保细间距及微小组件之锡量要求,可从以下方面进行改进。

·钢网的真空吸附功能

通常印刷机底部真空作用是在PCB与底座上,为增加锡膏的渗透力及确保产品印刷品质,将真空的力量除了PCB外,再作用到钢网上,微小型开口部印刷时在PCB下面生成Vacuum,使M/Mask与PCB间形成真空状态,利用板分离时M/Mask上面与下面的压力差异,将开口部的锡膏按照其形状渗漏下来,从而提高渗漏性。印刷机真空吸附功能示意图如图7所示。

·PCB夹板功能

Side Edge Clamp Side侧面处理成粗糙的斜线形状,增加摩擦力,固定整个PCB,从而可以提高锡膏的渗漏性。印刷机轨道夹板功能示意图图8所示。

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