電路板焊接中錫膏的管理與印刷
一、焊膏冷藏儲存
電路板生產(chǎn)經(jīng)常用到的錫膏是由錫合金的正圓小球,搭配一半體積的有機輔料,均勻摻和而成。但由于兩者比重相差極大,放置過久后難免會出現(xiàn)分離沉淀的現(xiàn)象,且當儲存溫度較高時其分離現(xiàn)象還將更為惡化,甚至氧化現(xiàn)象也較容易發(fā)生,對印刷性與流變性乃至后來的焊錫性都會產(chǎn)生不良影響。故只能置于冰箱中(5—7℃)冶藏以保証其用途與壽命。
二、乾燥環(huán)境
錫膏很容易吸水(Hygroscopic),一旦吸入水份后各種特性將大幅劣化,難免在后續(xù)作業(yè)中製造很多煩惱(例如鍚球),故現(xiàn)場印刷環(huán)境中的相對溼度不可超過50%,溫度范圍應(yīng)保持在22—25℃,并應(yīng)徹底避免吹風以減少乾涸的發(fā)生。否則會很容易失去印刷性并造成錫膏的氧化,進而亦將耗損掉助焊劑在除鏽功能方面的能量,導(dǎo)致腳面與墊面原本應(yīng)有除鏽能力之不足,甚至可能引發(fā)坍塌搭橋、四處飛濺的錫球’并使得黏著時間(Tack Time)也為之縮短。
三、回溫后開封使用
錫膏離開冰箱后,一定要在乾燥的室溫環(huán)境中,放置4—6小時達到其內(nèi)外均溫后才能開封使用。不要被容器外表已經(jīng)不冷所騙過,必須內(nèi)外徹底回溫后才可開封。凡當錫膏之整體溫度低于室內(nèi)之露點(Dew Point)時,錫膏外表會將空氣中的水份予以冷凝而附著成水珠。所謂露點是指氣溫不斷下降中,空氣中的水氣會持續(xù)增多,直到飽和〈100RH〉爲止,其所對應(yīng)的溫度即稱爲"露點"。冰箱取出的空杯其表面很快會有水珠附著就是這個道理。而且錫膏也不宜快速加溫回溫,以防助焊劑或其他有機物的分離。
未開封前已回溫的錫膏,要連瓶一起放在公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)合併的攪拌機中,并就容器之不同位向予以定時轉(zhuǎn)動,以達到內(nèi)盛錫膏整體均質(zhì)的目的。正確開封的錫膏,還要用小型壓舌片採固定方向溫和攪拌約1-3分鐘,使整體之分佈更爲均勻,不宜強烈與過度攪拌,以免錫膏受損及在剪應(yīng)力(Shear Force)方面的弱化,進而可能導(dǎo)致坍塌甚至焊后搭橋短路的發(fā)生。
圖1、良好的錫膏不但在印刷時不可糊涂與變形,正常壓力踩腳時也不可發(fā)生坍塌與移位,
否則回焊后一定會出現(xiàn)搭橋短路的麻煩。
鋼板上的錫膏若未能全數(shù)用完而必須刮回儲存時,則應(yīng)另外單獨存放,不可與新膏混和。爲了節(jié)省成本起見,當舊膏再次回到鋼板上用于較低階產(chǎn)品時,亦應(yīng)另摻較多量的新膏以調(diào)和使用。搭配比例則以方便印刷之施工爲原則,也有品質(zhì)較嚴的業(yè)者則寧可不用舊膏。至于有鉛與無鉛錫膏當然是絕對不能混用,必須要將鋼板徹底用溶劑(IPA)洗淨,才能換膏。
四、鋼板開口(Aperture)
通常無鉛錫膏 (例如SAC305) 中的金屬比重,較有鉛者輕約17% (SAC305為7.44;有鉛Sn63者為8.4),且無鉛者之沾錫性較差,故助焊劑在比率上也會多加一些(達11—12%bywt),以加強去鏽助焊之能力。如此將使得錫膏對鋼板之黏著性增大,在濃稠不易推動的狀況中,印后必須要放慢向下之脫板速度,以減少印膏發(fā)生局部拉起與帶走漏印的麻煩。
焊性良好的有鉛鍚膏,其鋼板開口(Aperture)一般要比PCB的承墊(Pads)需小一點,一來可節(jié)省用膏,二來也可達到減少外溢短路的煩惱。但無鉛錫焊性較差,常需放大開口與承墊的比率爲1:1 ,甚至超過承墊到達擴印(Overprint)的地步才行。事實上無鉛錫膏癒合時的內(nèi)聚力很大,很容易就會把外緣部份拉回到中央來。再者輸送軌道上待印的PCB,到達定位上升觸及鋼板底面之際,其待印板底部的支撐一定要夠強才行。也就是說在刮刀動態(tài)施壓中板子不可出現(xiàn)下沉之變形,以減少諸多后患的發(fā)生。印刷檯面之左右爲X軸,遠近爲Y軸,板厚爲Z軸,必須要將正確的板厚讀値輸入電腦,以達到待印板上的鋼板與軌道平齊,刮印中才不致造成刮刀的受損。其板厚要用千分卡(Caliper)仔細測量與輸入才不致發(fā)生差錯。
五、刮刀速度與壓力
電路板廠家的刮刀速度平均爲1-3吋/秒,印速加快時印壓也會增大,致使刮刀與鋼板的磨擦加劇,連帶溫度上升又將破壞錫膏的抗剪力,進而會使黏度轉(zhuǎn)稀,造成錫膏著落的不良與容易坍塌。以及于鋼板下緣的溢出甚至搭橋短路,而且還會使得刮刀磨損增加。故通常只要找到良好印速后,即不可任意加快。但施工時若發(fā)現(xiàn)錫膏太稠、不易脫離鋼板,著床性不佳時;則亦可稍行加速約1吋/秒,以便濃稠度得以減弱而方便施工。
圖2、左圖說明正常速度與壓力下刮刀行走后的鋼板表面,不應(yīng)出現(xiàn)任何錫膏的殘跡,
清潔溜溜光可鑑人才是正?,F(xiàn)象。上左爲Type 4錫膏的印樣,上右爲Type 3的印樣。
當刮刀用力向前推行的同時,也會產(chǎn)生一種向下的壓力(Downward Pressure),迫使錫膏通過鋼板開口而到達墊面。對無錫膏而言,每當行走1吋中將產(chǎn)生1-1.5磅的向下壓力;此時所刮過的鋼板表面應(yīng)呈現(xiàn)清潔光澤的外觀,正如同汽車擋風玻璃被雨刷刮過的整潔清爽一般,即爲其最適壓力的表徵。換句話說良好刮壓的鋼板,其表面不應(yīng)殘留任何錫膏的痕跡。
凡當刮壓太重時,則印膏中心處會出現(xiàn)掠過性的浮刮(Scooping)缺點,也會發(fā)生溢出(Bleed Out)情形。有時可從著膏區(qū)的綠漆邊緣處,看到一連串錫粒的殘存,或外側(cè)錫粒已被壓扁者,均爲已發(fā)生Bleed Out的明証。倘若刮壓不足以致鋼板表面尚留有錫膏殘跡時,其藕斷絲連下又將出現(xiàn)印膏局部被撕起帶走的“撕印”(Torn Prints),更將引發(fā)覆蓋不足或提早乾涸等問題。事實上刮壓與印速 (Print Speed)成正比,只要降慢印速即可減輕刮壓,此等由于重壓而發(fā)生的問題也都將自然消失了。
圖3、左爲刮刀下沉太多所造成印膏的浮刮現(xiàn)象,中爲鋼板開口不潔所引發(fā)的溢出與糊印,
右爲待印板印妥后下降脫模太快所造成的撕印。
刮刀不宜太長,否則涂抹面積太廣,左右兩側(cè)超出待印區(qū)域之無效印面,只會造成提早乾涸的負面效應(yīng)而已。採用短刀時兩側(cè)溢出者應(yīng)以手動方式栘回印區(qū)之內(nèi),以免動靜差別太久而造成錫膏的變性。
六、緩脫之降(Separation Distance)
當板面已完成錫膏印刷之作業(yè),該加工板即將在各頂柱移開后,會先行自動緩降以脫離不鏽鋼模板。但由于模板開口與印膏兩者尚有黏著力量,因而當板面的印膏欲自開口處下降脫離之際,其動作必須緩慢溫柔,以免牽動印膏造成不根之狗耳(Dog Ear)現(xiàn)象。直到印膏已全部安全降離脫出模板開口為止,才可對待印板進行較快速的續(xù)降與平移動作。此段安全性緩降之落差即稱之為“緩脫降距”。通常此段小心翼翼的降距約為0.1吋(即100mil)。困難印品如CSP等圓墊而言,其降速應(yīng)保持在0.1一0.2 in/sec至于其他不太關(guān)鍵的印墊則可加快到0.3—0.5 i n/sec之降速。凡當生產(chǎn)已順利時,此段降距的耗時還可予減縮短,以提高效率節(jié)省全線直通所需的時間。至于難度高的產(chǎn)品則應(yīng)從延緩其降速做起,以減少品質(zhì)問題。
圖4、此亦爲印后下降脫模太快所拉扯出現(xiàn)的狗耳(Dog Ear)^現(xiàn)象。
七、著膏板隙(Print一Gap or Snap一Off)
是指待印板上升觸及鋼板底面之際’刻意在兩板間預(yù)留出的細小間隙而言。此一小段垂直間隙,可協(xié)助鋼板開VI將錫膏釋放在承墊上的動作,并稍可增加錫膏印著的厚度。但當錫膏之黏度較稀時,則此種垂直間隙則應(yīng)加以減縮,以免印膏自著落區(qū)向外溢出(Bleed Out),進而導(dǎo)致相鄰印膏間的搭橋短路。
在已校正之印機決定上述板隙之前,須先將待印板的精確板厚讀值(包括綠漆白字在內(nèi))輸入電腦中;一般均將其板隙設(shè)定為0,即所謂的輕貼式印刷(On Contact Printing)。此種設(shè)定值將可使鋼板開VI與承墊之間,出現(xiàn)一種密貼套圈式(GaSketing)的閉合作用,可防止印膏之外溢,并可得到分佈均勻高矮一致的錫膏厚度。
八、鋼板(模板)的清潔
使用過的鋼板應(yīng)加以清潔,務(wù)使底面與各開口中不致積累太多的殘渣,甚至乾涸結(jié)殼而不易清除。操作中鋼板底面可常規(guī)採用滾動布輪(已沾IPA)式的初步清潔,若發(fā)現(xiàn)無法奏效時則可戴手套採己沾異丙醇(IPA)之抹布,或?qū)S们鍧嵰赫礈嶂ú加昧Σ料础4朔N專用清潔液應(yīng)不至對開口中仍存在的錫膏造成傷害。通常每印完2-5板子時,即應(yīng)對鋼板底面進行初步清潔。