密腳與通孔元件的錫膏印刷
本文介紹：在混合裝配(mixed-assembly)電路板上的密間距(fine-pitch)和通孔(through-hole)元件的錫膏印刷。
密間距錫膏印刷
當印刷密間距時，重要的是控制模板開孔的光潔度與尺寸，意味著應(yīng)該考慮激光切割的模板。密間距也要求不同的錫膏(solder paste)。
錫膏印刷質(zhì)量是很重要的，因為它是許多印刷電路裝配(PCA)缺陷的原因。當使用密間距時，問題是復(fù)合的，造成相鄰引腳之間的錫橋。
錫橋不是密間距印刷的唯一常見缺陷。錫膏沉積不夠引起焊錫不足或者完全開路。在大部分公司，密間距印刷是大約一半缺陷的原因。
為了避免印刷問題，有人使用雙臺階(dual-step)模板(密腳用0.005"~0.006"、其它元件用0.007"~0.008")。模板材料，通常不銹鋼，在分布密間距元件焊盤的區(qū)域向下腐蝕到低厚度。臺階式模板要求橡膠的刮板(squeegee)來使錫膏通過模板孔。這是在特定的位置沉積適量錫膏的一個好方法(密腳：0.005"~0.006"厚的錫膏、標準表面貼裝元件：0.007" ~ 0.008"厚的錫膏)。
一個更新的方法是使用金屬刮板，密間距與其它元件都沉積同樣的錫膏厚度。可是，這可能會出現(xiàn)密腳焊盤上錫膏太厚或者標準表面貼裝焊盤上錫膏太少。重要的是良好的過程控制和模板設(shè)計。如果可以做到這一點，那么使用金屬刮板的時候就可得到較好的、連續(xù)的結(jié)果。
當使用密間距時，工藝的復(fù)雜性增加了。要求相當?shù)墓に嚳捶ㄅc控制來達到連續(xù)的良好的錫膏印刷。
通孔元件的通孔錫膏(paste-in-hole)工藝
雖然工業(yè)走向更密間距和球柵陣列(BGA)，但還必須處理混合裝配中的通孔元件。錫膏印刷通常不用于焊接通孔元件，但是還有應(yīng)該考慮它的情況。例如，在頂面有很少的通孔元件的雙面SMT板(兩面都有有源元件，諸如PLCC)的混合裝配中，對通孔元件使用印刷錫膏可能是合算的。這個工藝通常叫做通孔錫膏工藝 - 它避免了手工焊接或者波峰焊接(使用專門的夾具遮蓋前面回流焊接的表面貼裝元件)的額外步驟。引腳浸錫膏(pin-in-paste)、侵入式回流焊接(intrusive reflow soldering)和通孔回流焊(ROT, reflow of through-hole)是這個工藝的其它名字。
當使用傳統(tǒng)的方法焊接混合表面貼片裝配時，先印刷錫膏和回流焊接表面貼裝元件，接著是波峰焊接通孔元件工藝。可是，當使用通孔錫膏工藝時，表面貼裝和通孔元件都是在回流焊接工序內(nèi)焊接。在傳統(tǒng)的波峰焊接工藝中，通孔焊接點的焊錫來源是錫波;可是，通孔錫膏工藝的來源是錫膏。
通孔錫膏工藝是較新的，但是一些領(lǐng)先的公司已經(jīng)使用多時了。當使用該工藝時，首先應(yīng)該確定通孔元件是否能夠經(jīng)受回流溫度而不退化。還應(yīng)該確定元件是否為潮濕敏感性的 - 如果是，則焊接之前必須烘焙。否則，在回流焊接期間它們將“爆裂(popcorn)”或者開裂。
如果電路板的第二面有可回流焊接的表面貼裝元件，那么回流焊接通孔元件不會節(jié)省任何工藝步驟。在這種情況下，通孔元件的最常使用的方法是波峰焊接而不是回流焊接。
工業(yè)已經(jīng)成功地使用通孔錫膏工藝或其變化工藝來焊接通孔元件。所有方法中的基本概念反復(fù)考慮的就是印刷所需要的錫膏量，它是由電鍍通孔的體積減去通孔中引腳占去的體積來決定的。這是非常簡單并且為大部分人所理解的。問題是在焊接溫度下半數(shù)的錫膏消失在空氣中，因為焊錫占90%重的錫膏只有50%體積的金屬焊錫。更應(yīng)該知道的是，引腳直徑與通孔之間的適當比率可使得錫膏通過毛細管作用進入通孔內(nèi)。需要通孔與引腳之間間隙的適當數(shù)量來達到焊錫填充。
IPC-610對通孔焊接點的可接受標準是底部圓角的存在和在板的厚度上至少充滿75%的通孔。在大多數(shù)裝配中，F(xiàn)R-4絕緣層電路板的典型厚度為0.062"。在這些約束下，引腳浸錫膏(pin-in-paste)工藝開發(fā)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是，在具有高密度引腳元件的通孔里面和周圍印刷足夠的錫膏，使得在底面形成可接受的焊接點，滿足IPC-610的要求。在通孔錫膏(paste-in-hole)工藝中滿足頂面圓腳要求很少是個問題，因為錫膏是從頂部印刷的。
引腳與通孔之間的最小間隙決定需要滿足圓角要求的錫膏量。這個最小間隙定義為，最小的通孔直徑減去最大的引腳直徑。最小間隙越小，需要用來填充通孔的錫量越少，但是更難把元件插入板內(nèi)。
當使用密間距、多排通孔元件時，可能需要各種模板開口寬度與長度，以得到可接受的焊接點。可是，相同零件各焊接點的圓角尺寸將有點不同。
為了達到所希望的焊錫圓角體積，錫膏也可印刷在板的頂面和底面。一項最近的研究是使用內(nèi)置式刮板通過直接壓力將錫膏印刷在板上的印刷機。在這個方法中，沒有使用傳統(tǒng)的刮板。這個錫膏印刷方法可以在通孔中充滿錫膏。
通孔印刷的關(guān)鍵是提供足夠的錫膏量。有許多方法可以做到這一點，最常見和所希望的就是套印(overprint)。可是，這要求在設(shè)計階段計劃這個工藝，和允許足夠的包裝間的間隔。如果沒有做到這一點，就不可能套印，因為其它元件焊盤擋道了。但是甚至有足夠的包裝之間的空隔，還可能造成印刷足夠的錫膏困難，如果有多排引腳，諸如密間距通孔連接器。
對于那些在一面印刷足夠的錫膏困難的情況，錫膏也可以在另一面印刷。另一個方法是使用臺階式模板，可以向上或向下臺階，以接納同一塊板上通孔和密間距元件的不同需要。
向上的臺階模板在通孔零件的一小部分內(nèi)比模板其它部分更厚。向下的臺階模板一般用于大多數(shù)具有0.050"間距表面貼裝元件和一些密間距元件的電路板。
不管使用哪一種方法，關(guān)鍵是要有足夠的錫膏量。
