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 SMT电路板装配焊接工艺

SMT电路板装配焊接的典型设备有锡膏印刷机、贴片机和再流焊炉。再流焊设备已经在前文中进行了介绍。

6.3.2.1 SMT印刷机

⑴ 再流焊工艺焊料供给方法

在再流焊工艺中，将焊料施放在焊接部位的主要方法有焊膏法、预敷焊料法和预形成焊料法。

① 焊膏法：焊膏法将焊锡膏涂敷到pcb板焊盘图形上，是再流焊工艺中最常用的方法。焊膏涂敷方式有两种：注射滴涂法和印刷涂敷法。注射滴涂法主要应用在新产品的研制或小批量产品的生产中，可以手工操作，速度慢、精度低但灵活性高。印刷涂敷法又分直接印刷法（也叫模板漏印法或漏板印刷法）和非接触印刷法（也叫丝网印刷法）两种类型，直接印刷法是目前高档设备广泛应用的方法。

② 预敷焊料法：预敷焊料法也是再流焊工艺中经常使用的施放焊料的方法。在某些应用场合，可以采用电镀法和熔融法，把焊料预敷在元器件电极部位的细微引线上或是pcb板的焊盘上。在窄间距器件的组装中，采用电镀法预敷焊料是比较合适的，但电镀法的焊料镀层厚度不够稳定，需要在电镀焊料后再进行一次熔融。经过这样的处理，可以获得稳定的焊料层。

③ 预形成焊料法：预形成焊料是将焊料制成各种形状，如片状、棒状、微小球状等预先成形的焊料，焊料中可含有助焊剂。这种形式的焊料主要用于半导体芯片的键合部分、扁平封装器件的焊接工艺中。

⑵ SMT印刷机及其结构

图6.16是SMT锡膏印刷机的照片，它是用来印刷焊锡膏或贴片胶的，其功能是将焊锡膏或贴片胶正确地漏印到印制板相应的位置上。

图6.16SMT锡膏印刷机

SMT印刷机大致分为三个档次：手动、半自动和全自动印刷机。半自动和全自动印刷机可以根据具体情况配置各种功能，以便提高印刷精度。例如：视觉识别功能、调整电路板传送速度功能、工作台或刮刀45°角旋转动能（适用于窄间距元器件），以及二维、三维检测功能等。

无论是哪一种印刷机，都由以下几部分组成：

·夹持pcb基板的工作台。包括工作台面、真空或边夹持机构、工作台传输控制机构。

·印刷头系统。包括刮刀、刮刀固定机构、印刷头的传输控制系统等。

·丝网或模板及其固定机构。

·为保证印刷精度而配置的其他选件。包括视觉对中系统、擦板系统和二维、三维测量系统等。

⑶ 印刷涂敷法的丝网及模板

在印刷涂敷法中，直接印刷法和非接触印刷法的共同之处是其原理与油墨印刷类似，主要区别在于印刷焊料的介质，即用不同的介质材料来加工印刷图形：无刮动间隙的印刷是直接（接触式）印刷，采用刚性材料加工的金属漏印模板；有刮动间隙的印刷是非接触式印刷，采用柔性材料丝网或金属掩膜。刮刀压力、刮动间隙和刮刀移动速度是保证印刷质量的重要参数。

高档SMT印刷机一般使用不锈钢薄板制作的漏印模板，这种模板的精度高，但加工困难，因此制作费用高，适合于大批量生产的高密度SMT电子产品；手动操作的简易SMT印刷机可以使用薄铜板制作的漏印模板，这种模板容易加工，制作费用低廉，适合于小批量生产的电子产品。非接触式丝网印刷法是传统的方法，制作丝网的费用低廉，印刷锡膏的图形精度不高，适用于大批量生产的一般SMT电路板。

⑷ 漏印模板印刷法的基本原理

漏印模板印刷法的基本原理见图6.17。

图6.17 漏印模板印刷法的基本原理

如图6.17(a)所示，将pcb板放在工作支架上，由真空泵或机械方式固定，已加工有印刷图形的漏印模板在金属框架上绷紧，模板与pcb表面接触，镂空图形网孔与pcb板上的焊盘对准，把焊锡膏放在漏印模板上，刮刀（亦称刮板）从模板的一端向另一端移动，同时压刮焊膏通过模板上的镂空图形网孔印制（沉淀）在pcb的焊盘上。假如刮刀单向刮锡，沉积在焊盘上的焊锡膏可能会不够饱满；而刮刀双向刮锡，锡膏图形就比较饱满。高档的SMT印刷机一般有A、B两个刮刀：当刮刀从右向左移动时，刮刀A上升，刮刀B下降，B压刮焊膏；当刮刀从左向右移动时，刮刀B上升，刮刀A下降，A压刮焊膏。两次刮锡后，pcb与模板脱离（pcb下降或模板上升），如图6.17(b)所示，完成锡膏印刷过程。

图6.17(c)描述了简易SMT印刷机的操作过程，漏印模板用薄铜板制作，将pcb准确定位以后，手持不锈钢刮板进行锡膏印刷。

焊锡膏是一种膏状流体，其印刷过程遵循流体动力学的原理。漏印模板印刷的特征是：

·模板和pcb表面直接接触；

?刮刀前方的焊膏颗粒沿刮刀前进方向作顺时针走向滚动；

?漏印模板离开pcb表面的过程中，焊膏从网孔转移到pcb表面上。

⑸ 丝网印刷涂敷法的基本原理

用乳剂涂敷到丝网上，只留出印刷图形的开口网目，就制成了非接触式印刷涂敷法所用的丝网。丝网印刷涂敷法的基本原理如图6.18所示。

图6.18丝网印刷涂敷法

将pcb板固定在工作支架上，将印刷图形的漏印丝网绷紧在框架上并与pcb板对准，将焊锡膏放在漏印丝网上，刮刀从丝网上刮过去，压迫丝网与pcb表面接触，同时压刮焊膏通过丝网上的图形印刷到pcb的焊盘上。

丝网印刷具有以下3个特征：

?丝网和pcb表面隔开一小段距离；

?刮刀前方的焊膏颗粒沿刮板前进方向作顺时针走向滚动；

?丝网从接触到脱开pcb表面的过程中，焊膏从网孔转移到pcb表面上。

下面从理论上说明丝网印刷的工作原理。

丝网印刷时，刮刀以一定速度和角度向前移动，对焊锡膏产生一定的压力，推动焊锡膏在刮刀前滚动，产生将焊锡膏注入网孔所需的压力。由于焊膏和贴片胶都是粘性触变流体，焊膏中的粘性摩擦力使其在刮板与丝网之间产生切变。在刮刀刃边缘附近与网孔交接处，焊膏切变速率最大，这就一方面产生使焊膏注入网孔所需的压力，另一方面切变率的提高也使焊膏粘性下降，有利于焊膏注入网孔。所以当刮刀速度和角度适当时，焊膏将会顺利地注入丝网的网孔。因此，刮刀速度、刮刀与丝网的角度、焊膏粘度和施加在焊膏上的压力，以及由此引起的切变率的大小是影响丝网印刷质量的主要因素。它们相互之间还存在一定制约关系，正确地控制这些参数，就能获得优良的焊锡膏印刷质量。

当刮刀完成压印动作后，丝网回弹脱离pcb。结果就在pcb表面和丝网之间产生一个低压区，由于丝网焊膏上面的大气压与这一低压区存在压差，所以就将焊锡膏从网孔中推向pcb表面，形成印刷的焊锡膏图形。如果由于掩膜边界、pcb上的通孔等与大气接触表面的影响，不能形成低压区，焊锡膏仍留在网孔中，就不能形成印刷的焊锡膏图形。实际上，对于成功的印刷，刮刀速度v和焊膏粘度η之间遵循下列关系： ≤某一恒定值。该恒定值由特定印刷条件决定，与丝网线径、丝网与pcb间隙等参数有关。当给定粘度超过某一值时，焊锡膏印刷就不能顺利进行。所以任何给定粘度的焊锡膏，在特定印刷条件下有一个最佳的刮刀速度，而刮刀倾角一般为45°。

⑹ 印刷机的主要技术指标

·最大印刷面积：根据最大的pcb尺寸确定。

·印刷精度：根据印制板组装密度和元器件的引脚间距或球距的最小尺寸确定，一般要求达到±0.025mm。

·印刷速度：根据产量要求确定。