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PCB电路板焊接中锡膏的管理与印刷

  一、焊膏冷藏储存

  PCB电路板生产经常用到的锡膏是由锡合金的正圆小球,搭配一半体积的有机辅料,均匀掺和而成。但由于两者比重相差极大,放置过久后难免会出现分离沉淀的现象,且当储存温度较高时其分离现象还将更为恶化,甚至氧化现象也较容易发生,对印刷性与流变性乃至后来的焊锡性都会产生不良影响。故只能置于冰箱中(5—7℃)冶藏以保証其用途与寿命。

  二、乾燥环境

  锡膏很容易吸水(Hygroscopic),一旦吸入水份后各种特性将大幅劣化,难免在后续作业中製造很多烦恼(例如鍚球),故现场印刷环境中的相对溼度不可超过50%,温度范围应保持在22—25℃,并应彻底避免吹风以减少乾涸的发生。否则会很容易失去印刷性并造成锡膏的氧化,进而亦将耗损掉助焊剂在除鏽功能方面的能量,导致脚面与垫面原本应有除鏽能力之不足,甚至可能引发坍塌搭桥、四处飞溅的锡球’并使得黏著时间(TackTime)也为之缩短。

  三、回温后开封使用

  锡膏离开冰箱后,一定要在乾燥的室温环境中,放置4—6小时达到其内外均温后才能开封使用。不要被容器外表已经不冷所骗过,必须内外彻底回温后才可开封。凡当锡膏之整体温度低于室内之露点(DewPoint)时,锡膏外表会将空气中的水份予以冷凝而附著成水珠。所谓露点是指气温不断下降中,空气中的水气会持续增多,直到饱和〈100RH〉爲止,其所对应的温度即称爲"露点"。冰箱取出的空杯其表面很快会有水珠附著就是这个道理。而且锡膏也不宜快速加温回温,以防助焊剂或其他有机物的分离。

  未开封前已回温的锡膏,要连瓶一起放在公转与自转合併的搅拌机中,并就容器之不同位向予以定时转动,以达到内盛锡膏整体均质的目的。正确开封的锡膏,还要用小型压舌片採固定方向温和搅拌约1-3分钟,使整体之分佈更爲均匀,不宜强烈与过度搅拌,以免锡膏受损及在剪应力(ShearForce)方面的弱化,进而可能导致坍塌甚至焊后搭桥短路的发生。

  钢板上的锡膏若未能全数用完而必须刮回储存时,则应另外单独存放,不可与新膏混和。爲了节省成本起见,当旧膏再次回到钢板上用于较低阶产品时,亦应另掺较多量的新膏以调和使用。搭配比例则以方便印刷之施工爲原则,也有品质较严的业者则宁可不用旧膏。至于有铅与无铅锡膏当然是绝对不能混用,必须要将钢板彻底用溶剂(IPA)洗淨,才能换膏。

  四、钢板开口(Aperture)

  通常无铅锡膏(例如SAC305)中的金属比重,较有铅者轻约17%(SAC305为7.44;有铅Sn63者为8.4),且无铅者之沾锡性较差,故助焊剂在比率上也会多加一些(达11—12%bywt),以加强去鏽助焊之能力。如此将使得锡膏对钢板之黏著性增大,在浓稠不易推动的状况中,印后必须要放慢向下之脱板速度,以减少印膏发生局部拉起与带走漏印的麻烦。

  焊性良好的有铅鍚膏,其钢板开口(Aperture)一般要比PCB的承垫(Pads)需小一点,一来可节省用膏,二来也可达到减少外溢短路的烦恼。但无铅锡焊性较差,常需放大开口与承垫的比率爲1:1,甚至超过承垫到达扩印(Overprint)的地步才行。事实上无铅锡膏癒合时的内聚力很大,很容易就会把外缘部份拉回到中央来。再者输送轨道上待印的PCB,到达定位上升触及钢板底面之际,其待印板底部的支撑一定要够强才行。也就是说在刮刀动态施压中板子不可出现下沉之变形,以减少诸多后患的发生。印刷檯面之左右爲X轴,远近爲Y轴,板厚爲Z轴,必须要将正确的板厚读値输入电脑,以达到待印板上的钢板与轨道平齐,刮印中才不致造成刮刀的受损。其板厚要用千分卡(Caliper)仔细测量与输入才不致发生差错。

  五、刮刀速度与压力

  PCB电路板厂家的刮刀速度平均爲1-3吋/秒,印速加快时印压也会增大,致使刮刀与钢板的磨擦加剧,连带温度上升又将破坏锡膏的抗剪力,进而会使黏度转稀,造成锡膏著落的不良与容易坍塌。以及于钢板下缘的溢出甚至搭桥短路,而且还会使得刮刀磨损增加。故通常只要找到良好印速后,即不可任意加快。但施工时若发现锡膏太稠、不易脱离钢板,著床性不佳时;则亦可稍行加速约1吋/秒,以便浓稠度得以减弱而方便施工。

  当刮刀用力向前推行的同时,也会产生一种向下的压力(DownwardPressure),迫使锡膏通过钢板开口而到达垫面。对无锡膏而言,每当行走1吋中将产生1-1.5磅的向下压力;此时所刮过的钢板表面应呈现清洁光泽的外观,正如同汽车挡风玻璃被雨刷刮过的整洁清爽一般,即爲其最适压力的表徵。换句话说良好刮压的钢板,其表面不应残留任何锡膏的痕迹。

  凡当刮压太重时,则印膏中心处会出现掠过性的浮刮(Scooping)缺点,也会发生溢出(BleedOut)情形。有时可从著膏区的绿漆边缘处,看到一连串锡粒的残存,或外侧锡粒已被压扁者,均爲已发生BleedOut的明証。倘若刮压不足以致钢板表面尚留有锡膏残迹时,其藕断丝连下又将出现印膏局部被撕起带走的“撕印”(TornPrints),更将引发覆盖不足或提早乾涸等问题。事实上刮压与印速(PrintSpeed)成正比,只要降慢印速即可减轻刮压,此等由于重压而发生的问题也都将自然消失了。

  刮刀不宜太长,否则涂抹面积太广,左右两侧超出待印区域之无效印面,只会造成提早乾涸的负面效应而已。採用短刀时两侧溢出者应以手动方式栘回印区之内,以免动静差别太久而造成锡膏的变性。

  六、缓脱之降(SeparationDistance)

  当板面已完成锡膏印刷之作业,该加工板即将在各顶柱移开后,会先行自动缓降以脱离不鏽钢模板。但由于模板开口与印膏两者尚有黏著力量,因而当板面的印膏欲自开口处下降脱离之际,其动作必须缓慢温柔,以免牵动印膏造成不根之狗耳(DogEar)现象。直到印膏已全部安全降离脱出模板开口为止,才可对待印板进行较快速的续降与平移动作。此段安全性缓降之落差即称之为“缓脱降距”。通常此段小心翼翼的降距约为0.1吋(即100mil)。困难印品如CSP等圆垫而言,其降速应保持在0.1一0.2in/sec至于其他不太关键的印垫则可加快到0.3—0.5in/sec之降速。凡当生产已顺利时,此段降距的耗时还可予减缩短,以提高效率节省全线直通所需的时间。至于难度高的产品则应从延缓其降速做起,以减少品质问题。

  七、著膏板隙(Print一GaporSnap一Off)

  是指待印板上升触及钢板底面之际’刻意在两板间预留出的细小间隙而言。此一小段垂直间隙,可协助钢板开VI将锡膏释放在承垫上的动作,并稍可增加锡膏印著的厚度。但当锡膏之黏度较稀时,则此种垂直间隙则应加以减缩,以免印膏自著落区向外溢出(BleedOut),进而导致相邻印膏间的搭桥短路。

  在已校正之印机决定上述板隙之前,须先将待印板的精确板厚读值(包括绿漆白字在内)输入电脑中;一般均将其板隙设定为0,即所谓的轻贴式印刷(OnContactPrinting)。此种设定值将可使钢板开VI与承垫之间,出现一种密贴套圈式(GaSketing)的闭合作用,可防止印膏之外溢,并可得到分佈均匀高矮一致的锡膏厚度。

  八、钢板(模板)的清洁

  使用过的钢板应加以清洁,务使底面与各开口中不致积累太多的残渣,甚至乾涸结壳而不易清除。操作中钢板底面可常规採用滚动布轮(已沾IPA)式的初步清洁,若发现无法奏效时则可戴手套採己沾异丙醇(IPA)之抹布,或专用清洁液沾溼之抹布用力擦洗。此种专用清洁液应不至对开口中仍存在的锡膏造成伤害。通常每印完2-5板子时,即应对钢板底面进行初步清洁。

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