SMT-混合封装印胶技术

SMT混合封装印胶技术一、前言电子技术的飞速发展促进了SMT表面贴装技术的不断发展。电子元器件越做越精细，PCBA工艺越来越复杂，插件组装向表面贴装过渡，但由于电子元件及制造成本等应素影响，混合封装在较长一段时间内会大量存在。由于PCB板先采用AI插件，故后面贴片工序不能使用普通的印胶工艺，目前大部分的工厂都是采用点胶机点胶；笔者所在的TCL王牌多媒体事业本部采用的是厚模印胶技术，该技术是由英国DEK公司（目前最大的印刷机制造供应商）提供技术支持；厚模印胶技术已经很成熟，在国外很多SMT制造都在使用，在国内却少为人知，只有TCL和捷暜（深圳）有使用，笔者在使用过程中感觉该技术有效率高、质量稳定等优点，值得在国内推广使用，代替部分必须使用点胶机的工艺，节省设备投入。二、厚模印胶工艺流程在生产SMT混合封装的PCB板时，一般采用点胶的工艺流程是：PCBTOP面AI插件→翻转BOTTOM面点胶→BOTTOM面贴片→过炉固化→波峰焊采用厚模印胶工艺流程是：PCBTOP面AI插件→翻转BOTTOM面印胶→BOTTOM面贴片→过炉固化→波峰焊从上面可看出厚模印胶工艺跟点胶工艺只是在贴片胶的涂敷上有不同，除了设备的不同外，贴片胶的选用也有不同。三、厚模印胶工艺特点在混合封装的PCB中，当AI元件较多采用机器自动插装时，后工序的SMT采用厚模印胶代替点胶机点胶，克服了普通印胶不能在带AI元件脚的PCB板面印胶的不足，可以在不平的板面上进行印胶。1.厚模印胶的优点：(1)厚模印胶的设备是采用贴片生产线上的印刷机，不需额外的购买点胶机，节省了设备的投资；(2)厚模印胶的生产效率高：目前高速点胶机的单机生产速度一般低于32000点/小时，而贴片机高速线的生产速度一般高于42000点/小时，采用厚模印胶工艺，生产速度是每块板/15秒，跟PCB板的点数无关，故点数越多生产效率越高（见表1：厚模印胶与点胶效率对比图），能有效的克服点胶机的生产瓶颈现象。740)this.width=740"border=undefined>表1厚模印胶与点胶效率对比图740)this.width=740"border=undefined>图1胶量高度与大小示意图(3)厚模印胶的适应范围较广，印胶高度从75μm到1mm，胶量大小能满足从0603到大的QFPs的需要（见图1）。(4)厚模印胶生产品质稳定，在我们的生产检验中，厚模印胶的不良明显低于点胶不良，并且印胶产品的元件粘力明显大于点胶的产品，较少掉件。2.厚模印胶的缺点：(1)厚模印胶工艺比较适合大批量的生产，对小批量的生产较点胶生产麻烦；(2)厚模印胶需要根据不同的PCB板制作不同的印胶网板，生产批量小的时候网板制作成本较高；(3)厚模印胶生产没点胶生产灵活，当PCB板有变化或更改时无法跟随变更；(4)厚模印胶工艺过程控制要比点胶工艺严格，控制不好会导致批量不良。四、印胶网板设计印胶网板的设计制作是厚模印胶能否成功的关键。印胶网板跟普通钢网制作一样通过Gerber文件获得资料数据，一般采用PVC材料制作，网板厚3mm，对应每个焊盘的中心开长条圆角的印胶口，开口大小根据元件大小不同，故能获得不同高度和胶量的胶点。对应PCB板上有AI插件元件脚的地方，在网板的底部都有镏空，以便避开AI元件脚，使印刷时网板底部能平贴PCB板，如图2所示：740)this.width=740"border=undefined>图2PVC网板制作示意图由于该网板是采用PVC制作，在绷网的时候张力不能过大，以免导致网板在拉伸方向发生变形，并且因为网板有3mm厚，网板张力对印刷效果影响不大。五、厚模印胶的设备厚模印胶工艺是由英国DEK公司研发推广使用的，故多使用DEK的印刷机进行升级，其Horizion及ELA系列印刷机上都可以加装选件：PumpPrint压力印刷头（见图3：压力印刷头印胶示意图）。740)this.width=740"border=undefined>图3压力印胶头印胶示意图该压力印刷头可对密封在其内腔的胶水施加恒定的压力，实现闭环压力印刷，保证胶水能印透很厚的模板。DEK印刷机的PCB板固定标配是采用边夹固定，在使用厚模印胶工艺时他推荐使用真空腔固定，即每种PCB板制作一个跟其板底对应的密封腔，采用机器的真空进行固定，以便达到更好的平整度，笔者在生产中发现采用边夹加顶针的固定一样能达到较好的印刷效果，但顶针要尽可能多加，特别是PCB板的尺寸较大时采用真空腔固定效果更好。厚模印胶的工作原理跟锡膏印刷不同，类似于点胶，每个网板开孔就是一个点胶嘴，压力印刷头只是往孔里填充胶水，当脱模的时候就类似一个个点胶嘴同时脱离板面，大部分胶水还留在网板上，只有少部分胶水脱落在PCB上(见图4：印胶脱模示意图)，故其胶水量及高度的控制主要是通过网板开口大小进行控制。740)this.width=740"border=undefined>图4PVC网板制作示意图六、工艺参数设定压力印胶的工艺控制参数设定，主要参考所用的材料，包括胶水、网板等的性能决定，有如下的参数：（1）印刷速度；（2）印刷压力；（3）供给气缸压力；（4）分离速度；对于这个新工艺技术，为了验证其能力，我们仔细考虑与模板印刷机有关的所有可能的参数之后，选择了下面五个参数来做了一次实验。通过改变这五个参数来观察胶点直径的变化。在PCB上选择十个不同的位置来测量。五个是0805元件，五个是1206元件。每种方式运行三块板，试验数据如表2：740)this.width=740"border=undefined>结论：那些对胶点直径产生最大影响的参数或输入变量是印刷速度和头的压力，其印刷速度可以设置为普通印刷的5～7倍。剩下的参数对胶点的直径尺寸影响很小或没有影响。模板的开孔界定了最小的胶点尺寸。一旦模板的开孔确定，通过改变速度和头的压力可以增加胶点直径，当胶水的粘度较大时，采用较慢的脱模速度，粘度较稀时，可使用较快的脱模速度。并且使用厚模印刷技术进行印胶时，不需对设备设定自动清洗就可达到较好的印刷效果，只需在每个班次开始时对网板的底部手动进行清洁即可。使用厚模印胶时，胶水的选择窗口比较宽，普通印胶胶水一般都能通过上述参数的设定取得较好的印刷效果，下图是不同品牌的胶水在不同的开孔尺寸下印刷得到的印刷高度对照图（图5）：七、厚模印胶技术改造笔者所在公司作为世界最大的电视机生产商，很多产品采用AI/SMT混合封装生产，生产批量大，采用厚模印胶代替点胶生产后，取得了较好的经济效果。举例说：一个368个贴片元件的PCB板，测量得出分别采用不同工艺所需要的时间为：点胶46s压力印胶14.02s。所以对大批量生产点胶板产品的公司来说，采用厚模印胶技术能极大的提供生产效率。但是由于该压力印刷头（PumpPrint）是DEK公司的一个选件，购买价格非常昂贵，针对不同长度的印刷板，还得配不同尺寸的压力印刷头。并且该压力印刷头的清洗也比较麻烦。故笔者一直在寻求一种能代替该压力印刷头进行印刷的方法。经过大量的摸索和试验，包括自制改装压力头等，最后总结出套种悬浮刮胶技术，采用该特制的刮刀可代替DEK的压力印刷头，并在车间推广使用得到较好的印胶效果（图6：悬浮刮刀原理图）如上图所示，可采用金属材料制作刮刀，刮刀的A区是一个压胶的关键区域，该区域斜度是10度角，宽度是8-10mm；B区域是一个预压区域，斜度是30度角，宽度是15mm；再前面是一个圆弧过渡区，以让胶能顺利的进入预压区。适当的增加A区的宽度或减小其斜度，可增大下胶的力度，保证每个胶点的质量。印刷参数设定：采用特制的刮刀进行印刷时，网板的分离速度、分离距离跟DEK的压力印刷头设定一致，但刮刀压力、印刷速度需要进行试验。在本试验中刮刀压力转化为刮刀距离网板的高度。我们在试验中每种数据组合印刷5块板，对印刷结果进行比较。试验数据见表3：740)this.width=740"border=undefined>印刷效果分：○不好；▁较好；▄比较好；█好结论是刮刀距离模板高度在0.3-0.5mm时，印刷速度在80-120mm/s时能取得较好的印刷效果。其它的参数设定跟压力印胶头（PumpPrint）一致。笔者在车间的实际使用中，采