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(guò)久后難免會(huì )出現分離沉淀的現象,且當儲存溫度較高時(shí)其分離現象還將更為惡化,甚至氧化現象也較容易發(fā)生,對印刷性與流變性乃至后來(lái)的焊錫性都會(huì )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,難免在后續作業(yè)中製造很多煩惱(例如鍚球),故現場(chǎng)印刷環(huán)境中的相對溼度不可超過(guò)50%,溫度范圍應保持在22—25℃,并應徹底避免吹風(fēng)以減少乾涸的發(fā)生。否則會(huì )很容易失去印刷性并造成錫膏的氧化,進(jìn)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(fā)坍塌搭橋、四處飛濺的錫球’并使得黏著(zhù)時(shí)間(Tack Time)也為之縮短。
三、回溫后開(kāi)封使用
錫膏離開(kāi)冰箱后,一定要在乾燥的室溫環(huán)境中,放置4—6小時(shí)達到其內外均溫后才能開(kāi)封使用。不要被容器外表已經(jīng)不冷所騙過(guò),必須內外徹底回溫后才可開(kāi)封。凡當錫膏之整體溫度低于室內之露點(diǎn)(Dew Point)時(shí),錫膏外表會(huì )將空氣中的水份予以冷凝而附著(zhù)成水珠。所謂露點(diǎn)是指氣溫不斷下降中,空氣中的水氣會(huì )持續增多,直到飽和〈100RH〉爲止,其所對應的溫度即稱(chēng)爲"露點(diǎn)"。冰箱取出的空杯其表面很快會(huì )有水珠附著(zhù)就是這個(gè)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(kāi)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(shí)轉動(dòng),以達到內盛錫膏整體均質(zhì)的目的。正確開(kāi)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(guò)度攪拌,以免錫膏受損及在剪應力(Shear Force)方面的弱化,進(jìn)而可能導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(shí)不可糊涂與變形,正常壓力踩腳時(shí)也不可發(fā)生坍塌與移位,
否則回焊后一定會(huì )出現搭橋短路的麻煩。
鋼板上的錫膏若未能全數用完而必須刮回儲存時(shí),則應另外單獨存放,不可與新膏混和。爲了節省成本起見(jiàn),當舊膏再次回到鋼板上用于較低階產(chǎn)品時(shí),亦應另?yè)捷^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(zhì)較嚴的業(yè)者則寧可不用舊膏。至于有鉛與無(wú)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(kāi)口(Aperture)
通常無(wú)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(wú)鉛者之沾錫性較差,故助焊劑在比率上也會(huì )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(zhù)性增大,在濃稠不易推動(dòng)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(kāi)口(Aperture)一般要比PCB的承墊(Pads)需小一點(diǎn),一來(lái)可節省用膏,二來(lái)也可達到減少外溢短路的煩惱。但無(wú)鉛錫焊性較差,常需放大開(kāi)口與承墊的比率爲1:1 ,甚至超過(guò)承墊到達擴印(Overprint)的地步才行。事實(shí)上無(wú)鉛錫膏癒合時(shí)的內聚力很大,很容易就會(huì )把外緣部份拉回到中央來(lái)。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(shuō)在刮刀動(dòng)態(tài)施壓中板子不可出現下沉之變形,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(chǎng)家的刮刀速度平均爲1-3吋/秒,印速加快時(shí)印壓也會(huì )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(jìn)而會(huì )使黏度轉稀,造成錫膏著(zhù)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(huì )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(shí)若發(fā)現錫膏太稠、不易脫離鋼板,著(zhù)床性不佳時(shí);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(shuō)明正常速度與壓力下刮刀行走后的鋼板表面,不應出現任何錫膏的殘跡,
清潔溜溜光可鑑人才是正?,F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(shí),也會(huì )產(chǎn)生一種向下的壓力(Downward Pressure),迫使錫膏通過(guò)鋼板開(kāi)口而到達墊面。對無(wú)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(shí)所刮過(guò)的鋼板表面應呈現清潔光澤的外觀(guān),正如同汽車(chē)擋風(fēng)玻璃被雨刷刮過(guò)的整潔清爽一般,即爲其最適壓力的表徵。換句話(huà)說(shuō)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(shí),則印膏中心處會(huì )出現掠過(guò)性的浮刮(Scooping)缺點(diǎn),也會(huì )發(fā)生溢出(Bleed Out)情形。有時(shí)可從著(zhù)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(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(shí),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(fā)覆蓋不足或提早乾涸等問(wèn)題。事實(shí)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(wèn)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象,中爲鋼板開(kāi)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(cháng),否則涂抹面積太廣,左右兩側超出待印區域之無(wú)效印面,只會(huì )造成提早乾涸的負面效應而已。採用短刀時(shí)兩側溢出者應以手動(dòng)方式栘回印區之內,以免動(dòng)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(kāi)后,會(huì )先行自動(dòng)緩降以脫離不鏽鋼模板。但由于模板開(kāi)口與印膏兩者尚有黏著(zhù)力量,因而當板面的印膏欲自開(kāi)口處下降脫離之際,其動(dòng)作必須緩慢溫柔,以免牽動(dòng)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(kāi)口為止,才可對待印板進(jìn)行較快速的續降與平移動(dòng)作。此段安全性緩降之落差即稱(chēng)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(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(shí),此段降距的耗時(shí)還可予減縮短,以提高效率節省全線(xiàn)直通所需的時(shí)間。至于難度高的產(chǎn)品則應從延緩其降速做起,以減少品質(zhì)問(wèn)題。
圖4、此亦爲印后下降脫模太快所拉扯出現的狗耳(Dog Ear)^現象。
七、著(zhù)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(xié)助鋼板開(kāi)VI將錫膏釋放在承墊上的動(dòng)作,并稍可增加錫膏印著(zhù)的厚度。但當錫膏之黏度較稀時(shí),則此種垂直間隙則應加以減縮,以免印膏自著(zhù)落區向外溢出(Bleed Out),進(jìn)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(kāi)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(guò)的鋼板應加以清潔,務(wù)使底面與各開(kāi)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(dòng)布輪(已沾IPA)式的初步清潔,若發(fā)現無(wú)法奏效時(shí)則可戴手套採己沾異丙醇(IPA)之抹布,或專(zhuān)用清潔液沾溼之抹布用力擦洗。此種專(zhuān)用清潔液應不至對開(kāi)口中仍存在的錫膏造成傷害。通常每印完2-5板子時(shí),即應對鋼板底面進(jìn)行初步清潔。