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锡膏印刷过程优化

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-11-21  浏览次数:119

DEK公司在耗材技术领域的全新突破,使得我们能以更低成本获得更高的产出和良率。同时,耗材和印刷设备配置的内在关联是解决工艺优化问题的关键所在。

通过降低印刷周期时间,来增加产出并提高效率,这样钢板清洗也更高效。同时, 因为钢板的底面更干净,提高了印刷的质量,并缩短了整个印刷周期。

擦网
擦网的基本目的是为了降低由于印刷缺陷带来的风险,如锡膏污染和桥连等。产出和缺陷之间总是需要做一个很好的平衡。如果一味强调清洗,那么产量就会太低并影响到收益。

擦网过程是由几个可以自由设计编序的步骤组成的,包括湿擦,真空擦和干擦。决定一个高效流程的主要因素是:一套切实可行的清洗步骤,建立一个擦网系统,以及结合清洗材料的应用方法。

清洗材料的选择对印刷过程的影响
那些最好的清洗材料是能够从减少缺陷、提高产出和良率,以及降低成本等各个方面来优化整个流程的。

清洁布的选择对于生出以及单件成本至关重要。大部分清洁布并没有排除污染的风险,而实际上是一种纤尘源,因为清洁布织物结构松散,易掉棉绒。同时,如果清洁布太厚,会减缓卷轴时间从而影响整个流程时间。此外,如果吸收率低,那么在湿循环时使用过多的清洗剂就无法在钢板底面实现快速清洗,也就意味着清洗成本变高的同时效果却更差。

我们的研究表明,清洁布的选择对生产过程的效能非常重要。清洁布是由聚酯纤维和经过提炼的纸浆纤维的混合物采用无纺工艺制成的(见图1)。

清洗解决方案
最常用的是IPA(异丙醇),但IPA是一种有毒易燃材料,会让锡膏产生塌落、桥连和锡球。我们的目标是寻找到不污染环境的方案,并能提高清洗过程中的产量、良率以及降低PCBA的成本。

市场上有IPA的替代品,但那些替代品通常是溶剂基或水基的,用于在钢板清洗工序中使用,而不是在印刷中非常短暂的喷涂清洗过程中。因此,我们认为并没有完美的清洗解决方案,而需要新的化学产品来解决现实问题。

DEK希望开发一种能够提高过程效率、降低成本并且对环境无毒害的清洗方法(如DEK最新的Pro XF清洗解决方案),其应有以下主要特性:

• 清洗剂不能与常用焊料产生冲突
• 能够有效渗入清洁布
• 不会形成滑膜
• 干燥后无残留
• 不会影响焊接环节
• 对(健康安全,储存,运输,清除、操作等各环节)环境无污染

DEK Pro XF的测试
本测试在德国Itzehoe Fraunhofer ISIT进行。

1、测试宗旨;

本测试的宗旨是:在模拟生产环境中测试清洗剂,并证实该清洗剂可与常用焊料一起使用。此测试结果将与DEK的Pro 和 Pro EF清洗方案进行对比。

2、测试设备、治具及测试板;

最终测试是在Fraunhofer ISIT的实验室测试线上进行的(图2)。该线配有Horizon 01i和Cycolne清洗系统(图4)和HD Grid-Lok治具(图3)。Cyclone是一种能在清洗时做X移动的新型钢板底面清洗系统,它能使清洗更高效,提高清洗效率,并缩短清洗环节占用的时间。选用Cyclone钢板底面清洗系统参与测试是因为它也可模拟进行标准清洗。测试使用的是DEK CT板(图5)。

3、测试材料;

• DEK SMT清洁布
• DEK Pro XF 钢板清洗剂
• 四种不同锡膏
• 激光切割的120μm不锈钢板
• 1.6mm DEK CT 板

4、测试过程;

测试分几个阶段进行,每一步都分别进行Cyclone振荡清洗和标准线型钢板底面清洗。第一阶段将测定清洗剂的最大和最小值。测试目的是使用最少量清洗剂但仍能湿润清洁布的上面,而最小剂量的标准是在取得同样清洗效果的前提下定义的:

• 避免了在清洁布上使用过多的清洗剂,这样就不会将板弄湿或弄污板面。如果清洁布吸收过多的清洗剂,就无法再吸收锡膏。
• 减少使用清洗剂可以降低成本。
• 少用清洗剂,就不会扩散到清洁布上去;这样也减少了清洁布的废弃数量;同时还可降低成本。

第二阶段优化清洗参数。测试目标是定义每一个清洗步骤的参数窗口(湿擦,真空擦,干擦),用以优化整个清洗环节。为了达成这个目标,清洗循环的三个环节都逐步进行,并使用显微镜和3D-AOI检测清洗结果。

第三阶段是检测被污染的表面,此项是作为参数有效性的检验。为此,25块电路板都将分别印刷三次;每一块板都将用事先定义的参数进行清洗,这样就得到25个清洗循环结果。待所有电路板都清洗完毕,再检查钢板底面的污染和锡膏残留情况。

得到的测试结果再使用另外三种锡膏来验证对比。

5、测量方法与被测元器件种类;

(1)检查清洗结果的两种方法:
• 使用(徕卡)显微镜做视觉检测
• (使用Parmi桌面系统)锡膏印刷的3D检测

(2)用于测试的三种元器件类型:
• LQFP 128, 0.4 mm间距
• μCSP 98 pins, 0.5 mm间距
• 0201 和 0402贴片电阻

检测仪的位置事先已固定,并保证在每个测试中都一致。

6、检测评估标准;

(1)显微镜检测;为了与2D、3D检测中的基本误差保持一致,我们将允许5~10%的钢网孔径堵塞率;也就是说,在清洗后如果孔径的90%可以通过锡膏,那么这一清洗结果就可认为是合格的。但钢板底面必须保持干燥,没有污染以及锡膏残留。

(2)3D检测;3D检测用于检查清洗结果的稳定性,即,锡膏的平均值和分布量要保持稳定。为此,清洗后每次试验都要对印刷效果进行评估。

测试结果

1、第一阶段: 剂量的优化;

通过测试可知,以下这两类观察数据对保证稳定的工艺性能至关重要:
• 为使清洗更有效,就必须在钢板底面上沿着整个电路板边长使用整个清洗方案。
• 过度使用清洗剂反而会影响清洗效果对标准(线性)清洗系统来说,这意味着整个清洁布的宽度必须保证是浸湿的。但是,在cyclone清洗系统的振荡模式下,喷涂装置对于清洁布的振荡运动可以在钢板底面喷涂少量清洗剂,即使清洁布并没能整个湿透。清洗剂的使用量可以减少50%,但又不会降低清洗效果(参见图6-13)。

2、第二阶段:清洗参数(循环时间优化);

本测试关注两种清洗系统分别增加的循环时间和持续清洗质量。清洗常数保持一致不变;而喷涂时间比最小喷涂时间多0.1秒。

3、第三阶段:通过测试可得的最佳参数分析;

污染测试的结果可参考下文。在25次清洗循环之后,在使用最佳参数的每次测试中,要检验钢板底面有没有污染或锡膏残留。结果是,这两种清洗系统没有污染钢板底面和锡膏残留。

所有测试都使用Koki的S3X58 M406L锡膏。而后,测试参数则用以下三种锡膏进行验证:

• Heraeus F640
• Indium SMQ 92J
• Multicore 97 SC LF318

以下为相应测试结果:

测试过程的结果稳定且对所有被测锡膏均可重复操作。

结论
DEK Pro XF 为提高整个工艺的良率、产量和成本控制方面提供了机会。

此清洗剂干燥迅速,无残留,非常高效;而且少量使用就可得到很好的效果,尤其是配套使用Cyclone清洗系统时效果更明显。

DEK Pro XF能够实现更快速的清洗环节并增加产出。在测试中,0201或μCSP等微小元器件都能被很好地清洗。

致谢:
在此,特别感谢Fraunhofer ISIT 的Michael Jeppel, Jan Lahn 和Helge Schimanski 对测试所做的贡献和支持。

 
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