SMT工藝流程及模板的作用

1.1 SMT工藝流程

       SMT即表面組裝技術(shù)，是相對于傳統(tǒng)的THT通孔插裝技術(shù)而發(fā)展起來的一種新的組裝技術(shù)。由于組裝工藝類型的不同，具體的SMT工藝流程也有所不同，目前，SMT工藝流程通常按如下幾個步驟進(jìn)行：

       生產(chǎn)準(zhǔn)備→激光模板制作→絲網(wǎng)印刷錫膏/點膠→貼裝SMD→回流焊→插裝組件→波峰焊→清洗→檢驗測試→返修/包裝

       其中絲網(wǎng)印刷是使用模板將焊料印刷到承印物上的工藝過程，在SMT工藝中它是將焊錫膏通過SMT模板印刷到電路板的連接焊盤上，是SMT裝配的首要和必須的工序。

1.2 模板的作用

       在絲網(wǎng)印刷錫膏/點膠之前，涂覆焊錫膏需要用的一種平板式模具，即SMT或SMD焊膏漏印模版。  SMT激光模板技術(shù)，是SMT制造流程過程中關(guān)鍵的第一步，這項技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生精確的絲網(wǎng)漏印焊膏模板，使焊膏漏印得以準(zhǔn)確實現(xiàn)。

◎激光切割不銹鋼原理

       激光加工技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時釋放的能量來使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。SMT激光切割模板機(jī)一般由激光頭，移動定位系統(tǒng)和軟件三部分組成。采用原始電子資料，通過計算機(jī)直接驅(qū)動設(shè)備，通過透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。被加工的片狀不銹鋼材料張在工作臺的夾具上，移動定位系統(tǒng)驅(qū)動工作臺或激光頭，使得被切割材料在切割頭下高速運(yùn)動。激光頭由光源部分和切割頭組成，光源部分產(chǎn)生波長很短的聚焦激光束，激光束通過切割頭，垂直聚焦在被切割的材料表面上，加熱、融化、蒸發(fā)被切割材料，形成切縫，閉合的切縫形成焊盤開孔。由于能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小或沒有變形。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理。切割不銹鋼時由于焦點在鋼材的底部，因此可以產(chǎn)生符合SMT焊膏漏印的倒梯形開口。

      · 質(zhì)量好：非接觸式加工，無應(yīng)力不變形，繃網(wǎng)后張力分布均勻。通過調(diào)整激光聚焦位置使開口自動形成錐形，利于錫膏脫模。切邊光滑，可與電鑄模板媲美。

      · 速度快：成產(chǎn)工序少、操作簡便、成產(chǎn)速度快、交貨日期短。

      · 成本低：工序少，因此耗材少，模板重復(fù)使用率高，可達(dá)30萬次以上。實現(xiàn)機(jī)器自動化控制，操作簡便，節(jié)約人力資源。

      · 精度高：直接使用設(shè)計文檔，沒有攝影步驟，消除了位置不正的因素 ?？椎某叽缇刃?，位置精度高，非常適合高密度設(shè)計。

      · 無污染：生產(chǎn)過程無化學(xué)藥液，對環(huán)境沒有污染，對操作人員身體健康無害。

       基于模板對SMT工藝的重要性及激光模板所具有的優(yōu)點，對SMT激光模板的切割質(zhì)量做一個深入而詳細(xì)的探討，這對實際應(yīng)用中工藝的改進(jìn)及一些問題的克服有著重要的意義。

◎SMT激光模板切割質(zhì)量控制

4.1 切割質(zhì)量分析據(jù)統(tǒng)計，在SMT工藝中，印刷引起的SMT缺陷超過60%，其中僅由模板不良而引起的缺陷占35%，另外，60%的組裝缺陷和87%的回流焊接缺陷也是由于模板不良造成的。因此，模板對SMT的品質(zhì)、生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用，優(yōu)質(zhì)的模板可以顯著提高SMT工藝的質(zhì)量。

4.2 影響模板質(zhì)量的因素主要體現(xiàn)在以下幾個方面：4.2.1 材料質(zhì)量因素：材料質(zhì)量因素相對穩(wěn)定，一般選擇進(jìn)口304#不銹鋼，其硬度、彈性等指標(biāo)均能滿足要求。這是個相對穩(wěn)定的因素。

4.2.2 模板的設(shè)計：包括鋼片厚度的選擇、孔的開口尺寸和開口形狀。其中厚度與開口尺寸決定了焊膏的涂覆量和準(zhǔn)確程度，其是整個生產(chǎn)過程中非常重要的一環(huán)，開口的形狀則對施加錫的質(zhì)量有影響。

4.2.3 模板的制作：包括尺寸精度、切邊平直度、開口孔壁的粗糙度及形狀。尺寸精度是使用的基本要求，開口孔壁的粗糙度及形狀決定了施錫質(zhì)量。

4.2.4 激光參數(shù)對切割質(zhì)量的影響激光切割機(jī)大致上可以分為激光、機(jī)構(gòu)電控和軟件三大部分，在切割中，“刀”是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此，激光的參數(shù)是切割過程中的關(guān)鍵因素，包括光斑直徑、激光功率、重復(fù)頻率、焦點位置等，必須對以上參數(shù)進(jìn)行多次調(diào)試、校驗，找到各參數(shù)的最佳控制點，以得到最滿意的開口質(zhì)量。

4.2.5 激光功率與激光重復(fù)頻率的影響能量E為功率P與時間t的乘積，當(dāng)切割速度不變時，即激光照射時間恒定，隨著激光輸出功率增大，單位時間內(nèi)材料獲得的能量增加，材料溫度升高，導(dǎo)致熱影響區(qū)變寬，形變增大，切縫寬度也隨之變大。激光以脈沖方式工作，是利用高能量密度在瞬間熔化和氣化材料，在鋼片上打一系列連續(xù)的孔得到連續(xù)的切縫，實現(xiàn)對鋼片的連續(xù)切割。在這個過程中，相鄰激光光斑的重復(fù)程度即光斑的重復(fù)精度是關(guān)鍵的參數(shù)，它是指相鄰光斑重面積占光斑面積的百分比，可由簡單的幾何關(guān)系得出（在切割過程中打在鋼片上的光斑變形小，可以認(rèn)為仍是圓形的），它與激光重復(fù)頻率、脈沖寬度和切割速度有關(guān)。它對切邊的光滑度和切縫寬度都有較大的影響，重復(fù)精度越高則切邊越平滑質(zhì)量就越好。

4.2.6 切割速度的影響切割速度決定了生產(chǎn)效率，在保證切割質(zhì)量的前提下，盡量提高生產(chǎn)率，降低加工成本，對現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展是一個不容忽略的問題。

當(dāng)其它參數(shù)不變時，切割速度的變化意味著激光與材料的相互作用的時間變化，即激光能量密度的改變，切割速度越快，激光能量密度越小。當(dāng)切割速度較低時，激光能量密度過大，使得切縫周圍的材料也被熔化或氣化，導(dǎo)致熔渣多切縫粗糙，切割質(zhì)量較差。隨著速度的提高，當(dāng)達(dá)到一個合適的范圍時，激光能量密度足夠大，材料就會完全熔化或氣化，在輔助氣體的作用下去除材料，可以形成光滑均勻的切縫；速度增大到一個極限值時，材料獲得的能量不足以使其完全熔化或者氣化，就不能完全切割材料；另外，當(dāng)重復(fù)頻率一定時，切割速度提高到一定程度就會使切縫由平 直狀態(tài)變成不連續(xù)的小孔，因此，存在一個臨界速度，大于這個臨界值時，切割就變成打孔。

4.2.8 開口尺寸設(shè)計對切割質(zhì)量及絲印質(zhì)量的影響軟件部分用于數(shù)據(jù)接收、開口設(shè)計、處理并控制和驅(qū)動激光頭以及移動系統(tǒng)。其中開口設(shè)計及處理這部分，具有對激光切割中的一些特殊問題的處理能力，彌補(bǔ)設(shè)計和轉(zhuǎn)檔過程中的缺陷和不足。例如：某電路板上既有0402chip，0.5 mm pich QFP IC，也有大于0805chip，甚至邊長超過2.0 mm的大焊盤, 而板厚是固定的，為了使所有焊盤的錫膏量達(dá)到最佳，就要在開口尺寸上找到平衡點。

4.2.9 輔助氣體的影響激光切割采用輔助氣體是為了排除切口中的熔融物質(zhì)，使切割過程得以順利的持續(xù)進(jìn)行，同時，保護(hù)鏡頭免受損傷，另外，如果輔助氣體和被切割材料發(fā)生放熱反應(yīng)的話，還可以為切割提供額外的能量，加速切割的進(jìn)行。

4.2.10 氣體壓力的影響激光切割對輔助氣體的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量大、速度高，以便有足夠的動量將熔融材料噴出，并有充足的氣體與材料發(fā)生充分的放熱反應(yīng)。氣體壓力和氣體流量是重要的參數(shù)，氧氣壓力越大，流速越高，燃燒化學(xué)反應(yīng)和除去材料的速度也就越快。同時，也可以使切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物快速冷卻。在附近的非切割區(qū)域，氣體作為冷卻劑，縮小熱影響區(qū)。但氣體的壓力并非越大越好，當(dāng)氣體壓力過低時，切口處熔融材料排除不盡，會形成毛刺及降低切割速度；隨著氣體壓力的增大，氣體流動量增大，排渣能力提高，可獲得較光滑的切邊；但壓力過高時，不僅增加了氣體的消耗量，還會使氣流紊亂，在工件表面形成渦流，降低了除渣效果，切縫寬度也會稍有增大。因此，選擇合適的氣體壓力才能得到較為理想的切割質(zhì)量。    

◎激光模板的擴(kuò)展應(yīng)用

       除了制作絲印焊膏的整張模板，也可以制作小型模板，即在一張鋼片材料上產(chǎn)生多個PCB的絲印焊膏小型模板，具有節(jié)省人力、物力，方便儲存等特點。同時，還可以專門設(shè)計“返工小型模板”，用來返工或翻修單個元件。例如可制作針對某個元件的模板，根據(jù)其在印制板上的位置，確定小型模板的尺寸，如返修電源模塊和球柵陣列(BGA)等。當(dāng)然，還可以制作點膠絲印模板等。

◎結(jié)束語

       經(jīng)過各個方面做了最合理的配置及優(yōu)化后，可使激光模板切割時形成微小金屬熔渣降低到最小，孔壁光滑，尺寸精確，錐度合適，下錫良好，印刷效果滿足后續(xù)貼片、焊接等要求。

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