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PCB線路板焊接中錫膏的管理與印刷

2017-12-04 PCBA加工 858

一、焊膏冷藏儲存

PCB線路板生產經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分離沉淀的現象,且當儲存溫度較高時其分離現象還將更為惡化,甚至氧化現象也較容易發生,對印刷性與流變性乃至后來的焊錫性都會產生不良影響。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,難免在后續作業中製造很多煩惱(例如鍚球),故現場印刷環境中的相對溼度不可超過50%,溫度范圍應保持在22—25℃,并應徹底避免吹風以減少乾涸的發生。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,導致腳面與墊面原本應有除鏽能力之不足,甚至可能引發坍塌搭橋、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境中,放置4—6小時達到其內外均溫后才能開封使用。不要被容器外表已經不冷所騙過,必須內外徹底回溫后才可開封。凡當錫膏之整體溫度低于室內之露點(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增多,直到飽和〈100RH〉爲止,其所對應的溫度即稱爲"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與自轉合併的攪拌機中,并就容器之不同位向予以定時轉動,以達到內盛錫膏整體均質的目的。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力(Shear Force)方面的弱化,進而可能導致坍塌甚至焊后搭橋短路的發生。

 

鋼板上的錫膏若未能全數用完而必須刮回儲存時,則應另外單獨存放,不可與新膏混和。爲了節省成本起見,當舊膏再次回到鋼板上用于較低階產品時,亦應另摻較多量的新膏以調和使用。搭配比例則以方便印刷之施工爲原則,也有品質較嚴的業者則寧可不用舊膏。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施壓中板子不可出現下沉之變形,以減少諸多后患的發生。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生差錯。

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五、刮刀速度與壓力

PCB線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。但施工時若發現錫膏太稠、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。


當刮刀用力向前推行的同時,也會產生一種向下的壓力(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吋中將產生1-1.5磅的向下壓力;此時所刮過的鋼板表面應呈現清潔光澤的外觀,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掠過性的浮刮(Scooping)缺點,也會發生溢出(Bleed Out)情形。有時可從著膏區的綠漆邊緣處,看到一連串錫粒的殘存,或外側錫粒已被壓扁者,均爲已發生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印膏局部被撕起帶走的“撕印”(Torn Prints),更將引發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,此等由于重壓而發生的問題也都將自然消失了。

 

刮刀不宜太長,否則涂抹面積太廣,左右兩側超出待印區域之無效印面,只會造成提早乾涸的負面效應而已。採用短刀時兩側溢出者應以手動方式栘回印區之內,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,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,其降速應保持在0.1一0.2 in/sec至于其他不太關鍵的印墊則可加快到0.3—0.5 i n/sec之降速。凡當生產已順利時,此段降距的耗時還可予減縮短,以提高效率節省全線直通所需的時間。至于難度高的產品則應從延緩其降速做起,以減少品質問題。

 

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’刻意在兩板間預留出的細小間隙而言。此一小段垂直間隙,可協助鋼板開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加以減縮,以免印膏自著落區向外溢出(Bleed Out),進而導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)輸入電腦中;一般均將其板隙設定為0,即所謂的輕貼式印刷(On Contact Printing)。此種設定值將可使鋼板開VI與承墊之間,出現一種密貼套圈式(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

使用過的鋼板應加以清潔,務使底面與各開口中不致積累太多的殘渣,甚至乾涸結殼而不易清除。操作中鋼板底面可常規採用滾動布輪(已沾IPA)式的初步清潔,若發現無法奏效時則可戴手套採己沾異丙醇(IPA)之抹布,或專用清潔液沾溼之抹布用力擦洗。此種專用清潔液應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,即應對鋼板底面進行初步清潔。


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