階梯式鋼板局部加厚(Step-up)與打薄(Step-down)
現今的SMD零件可說(shuō)是越作越小,什么0402、0201(注1)的尺寸都出來(lái)了,甚至連01005尺寸都開(kāi)始有人使用,就連一般的IC(集成電路)零件腳距也縮到了0.5mm (fine pitch,微腳距),甚至更小(0.3mm),這對SMT制程來(lái)說(shuō)是一項挑戰。
如何讓這些細小的電子零件完好的焊接在電路板上,還不可以發(fā)生空焊及短路,著(zhù)實(shí)讓SMT工程師傷透腦筋。 但更大的挑戰是電路板上并非全部都是這些小零件、小焊點(diǎn)而已,比較容易出問(wèn)題的是同一片板子上同時(shí)混雜著(zhù)少許較大的零件及大部分小零件。
一般來(lái)說(shuō)較大的電子零件會(huì )需要使用較多的焊錫于焊腳上,這樣才能確保焊錫可以完整的焊接于電路板上,而小零件則需要較少的錫膏量,而且還必須精準的控制微小的錫膏量誤差,否則就容易發(fā)生焊腳間短路的缺點(diǎn)。 比如說(shuō)對外的聯(lián)接器或是電源相關(guān)的零件,這些零件會(huì )需要比較多的錫膏量來(lái)確保終端使用不會(huì )因為經(jīng)常的插拔而把零件搖掉下來(lái),但設計上這些大零件的旁邊及附近通常都會(huì )設計一些小零件,有些是為了防ESD、防突波... 等。 這時(shí)如何選用適當的鋼板厚度及開(kāi)口(APERTURE)就成為一大學(xué)問(wèn)。
注1:所謂的0402,一般是說(shuō)電子被動(dòng)組件的長(cháng)寬尺寸為0.04"x0.02"(約1.0mmx0.5mm),所以0201就表示 0.02"x0.01" (約0.6mmx0.3mm),其他還有0603、0805、及1206的尺寸。
為了應付這些大大小小電子零件同時(shí)出現于同一面的電路板上,而且還要得到良好的焊接質(zhì)量,我們會(huì )需要在同一面鋼板上印刷出不同的錫膏厚度(量),這樣才能精準地控制錫膏量,于是就有所謂 STEP-UP (局部加厚) 及 STEP-DOWN (局部打薄) 的特殊鋼板應運而生。 這種鋼板可以藉由局部增加鋼板厚度(step-up)來(lái)增加錫膏印刷量,或是局部的降低鋼板厚度(step-down)而減少錫膏量。 這種 STEP-UP 鋼板也可以克服一些零件腳位不夠平整(COPOLANARITY)的問(wèn)題,STEP-DOWN 則可以有效控制 FINE PICTH 零件腳的短路問(wèn)題。
當然,這種特殊鋼板的價(jià)錢(qián)會(huì )較一般的鋼板貴上10%左右,因為這種特殊鋼板必須使用較厚的鋼板,然后利用雷射的方式去除掉需要變薄的部份,所以 STEP-DOWN 應該會(huì )比 STEP-UP 來(lái)得容易制作。 所以,如果只是單純的想要增加錫膏量,可以先試看看增加鋼板的開(kāi)口(APERTURE)以降低成本。
另外必須提醒的,這種特殊鋼板會(huì )有以下的限制:
同一片鋼板的高度差建議在0.03mm以?xún)?,也就是說(shuō)如果鋼板為0.15mm的厚度,那么 STEP-UP的鋼板厚度就不應該超過(guò) 0.18mm,當然你也可以依需要增加更高的厚度,但同一片鋼板的厚度變化越大,厚薄之間的錫膏控制量就比較容易出問(wèn)題,所以厚度的增加必須量力而為,而 STEP-DOWN 鋼板的厚度一般建議不應小于 0.12mm。 因為刮刀在印刷時(shí),不太容易隨時(shí)控制變換其高度,以配合鋼板的高度差,如果高度差變化太大,容易出現刮刀壓力過(guò)大或是過(guò)小的問(wèn)題,而產(chǎn)生錫膏量過(guò)多或是過(guò)少,甚至變形的缺失。
在刮刀刮過(guò) STEP-UP 或是 STEP-DOWN 的鋼板區域,鋼板的厚度最好可以同時(shí)加厚或是變薄,因為刮刀碰到 STEP-UP 的區域會(huì )突然被撐起來(lái),如果同一直線(xiàn)上的部份鋼板厚度未跟著(zhù)加高,就容易出現錫膏量不均勻的現象。 這關(guān)系到電路板零件擺放(LAYOUT)的設計,必須要求電路板的CAD工程師配合,把需要較多錫量或是較少錫量的零件擺放在同一直線(xiàn)區域,如此刮刀刮過(guò)去的時(shí)候,才可以同時(shí)增加或時(shí)減少錫膏量。 當然現實(shí)上大部分的 STEP-UP 鋼板都不會(huì )整個(gè)加厚,通常都只有需要的局部區域加厚而已,所以使用尚要更小心。
在鋼板的 STEP-UP 或是 STEP-DOWN 邊緣,需至少應該保留 3~5mm 的空間,其后才可以再擺放其他的小零件(錫膏量少)或是大零件(錫膏量多),這是為了避免刮刀來(lái)不及反應鋼板厚度的變化,產(chǎn)生無(wú)法將錫膏完全的刮入其開(kāi)口(APERTURE),并造成錫膏量不足的現象發(fā)生。
使用這種 STEP-UP 或是 STEP-DOWN 鋼板時(shí),刮刀的速度必須要適當降低才能得到較精準的錫膏量,還要控制刮刀的下壓力。