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鋼網制造工藝對錫膏印刷質量的影響

得其道 2020-06-14 15:31:30
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文章類型:SMT

編者按

鋼網是如何制造出來的?

各種工藝制造方法各有什么優劣?

不同制造工藝的鋼網對錫膏印刷質量有什么影響?

目前SMT制程中常用的鋼網根據制造方法分類主要有四種:化學蝕刻鋼網;激光切割鋼網;電鑄鋼網及混合工藝鋼網。本文將簡單介紹這四種鋼網的制作方法,并對鋼網開孔特征及其對錫膏印刷工藝的影響進行簡略分析。


鋼網制造工藝

化學蝕刻鋼網

化學蝕刻就是使用腐蝕性化學溶液將不銹鋼片需要開孔位置的金屬腐蝕消除,獲得與PCB焊盤對應的開孔,滿足SMT生產所需要的鋼網。其制造工藝流程如下圖所示:

由于化學蝕刻是從鋼片的兩面同時作用去除金屬部分(如下左圖),其孔壁光滑,垂直,但是可能會在鋼片厚度中心部分不能完全去除金屬而形成錐形形狀,其剖面呈水漏形狀(如下右圖),這種結構不利于錫膏釋放。所以,蝕刻鋼網一般不建議應用于精密元件組裝。通常元件引腳間距(Pitch)小于0.5mm,或0402以下尺寸元件不建議采用蝕刻鋼網。當然一些大型元件或Pitch值較大的元件組裝,蝕刻鋼網有較大的成本優勢,同時也能滿足其生產質量要求。

激光切割鋼網

采用高能激光束在不銹鋼片上切割打孔,得到所需要的鋼網技術。其制造流程如下所示。

激光切割原理如下左圖所示,其切割過程由機器精細控制,適用超小間距開孔的制作。由于是由激光直接燒蝕而成,所以其孔壁比化學蝕刻的孔壁直,沒有中間錐形形狀,有利于錫膏填充網孔。而且由于是從一面向另一面燒蝕,所以其孔壁會呈現自然的傾角,使得整個孔的剖面呈倒梯形結構(如下右圖所示),這個錐度大概也就相當于鋼片厚度一半。倒梯形結構有利于錫膏釋放,對于小孔焊盤可以得到較好的“磚塊”或“硬幣”形狀,這種特性適用于精細間距或微型元件的組裝。所以對于精密元件SMT組裝一般建議采用激光鋼網。

電鑄鋼網

最復雜的一種鋼網制造技術,采用電鍍加成工藝在事先完成的心軸周圍生成需要厚度的鎳片,尺寸精確,不需要后處理工藝對孔尺寸及孔壁表面進行補償處理。其制造流程如下圖。

電鑄鋼網孔壁光滑,倒梯形結構,最好的錫膏釋放,對于微型BGA,超細間距QFP和小型片式元件如0201、01005,具有良好的印刷性能。而且由于電鑄工藝本身的特性,在孔的邊緣形成稍微高出鋼片厚度的環狀突起,錫膏印刷時相當一個“密封環”,在印刷時這個密封環有利于鋼網與焊盤或阻焊膜緊密貼合,阻止錫膏向焊盤外側滲漏。當然這種工藝的鋼網成本也是最高的。

混合工藝鋼網(Step Stencil)

混合工藝其實就是一般所說的階梯鋼網制作工藝技術,階梯鋼網就是在一張鋼網上保留兩種以上的厚度,與我們一般情況下使用的只有一種厚度的鋼網不同。其制作目的主要是為了滿足板上不同元件對錫量的不同要求。階梯鋼網制造工藝是結合前面三種鋼網加工工藝中的一項或兩項來共同制作完成一張鋼網,一般來說,首先采用化學蝕刻方法來獲得我們所需要厚度的鋼片,繼而采用激光切割來完成孔的加工。階梯鋼網有兩種類型,Step-up和Step-down,兩種類型的制作工藝基本上是一樣的,而到底是Up還是Down,則取決于所需要改變的局部是增加厚度還是減少厚度。如果為了滿足大板上局部小間距元件(如大板上CSP)的組裝要求,板上大部分元件需要較多的錫量,而對于小間距的CSP或QFP類元件,為了防止短路則需要減少錫量,或者需要做避空處理,這就可以采用Step-down鋼網,對于小間距元件位置的鋼片進行減薄處理,讓此處的鋼片厚度小于其它位置的厚度。同理,對于一些精密板上的少量大引腳元件,由于鋼片整體厚度較薄,焊盤上沉積的錫膏量就可能不足,或對于穿孔回流工藝,有時需要在通孔內填充更大的錫膏量以滿足孔內焊料填充要求,這就需要在鋼網的大焊盤或通孔位置增加鋼片厚度以增加錫膏沉積量,這就需要采用Step-up鋼網了。在實際生產中,究竟選擇哪一種鋼網,我們需要根據板上元件的類型和分布來確定。


三種鋼網的比較

從成本方面比較來說,電鑄鋼網最高;激光切割其次,但激光切割成本與需要加工的孔數有關,孔數越多,成本越高;蝕刻鋼網所需成本最低,一次制成,且與網孔的數量沒有關系。

在應用上,從下面三張圖比較可以看出,

蝕刻鋼網,由于中間有錐形突起,所以會影響錫膏填充效果,脫模時又可能帶走網孔內沉積的錫膏而影響最終的印刷質量?,F在一些蝕刻廠家引入電拋光工藝,可以消除這些突起,令印刷效果得到改善。

激光切割鋼網有倒梯形結構,經電拋光后,孔壁光滑,有利于錫膏填充網孔,而且在鋼網與PCB分離時也因為有這個錐度,具備良好的脫模性能。

電鑄鋼網與前面兩者比較起來,不僅孔壁光滑,有倒梯形開口,而且在焊盤與PCB接觸的一面,孔的邊緣位置會比其它位置高出少許,這個高出部分在印刷時就像一個密封環一樣緊緊在扣在焊盤上,使錫膏不會因為刮刀壓力作用而從鋼網與焊盤之間溢出,這對于細間距或微型元件的錫膏印刷相當有利。


后處理

化學蝕刻鋼網和激光切割鋼網一般都需要后處理工序,以獲得更好的印錫效果。特別是激光切割鋼網,如果沒有后處理工序,基本是沒法很好地應用。由于激光切割過程基本是高溫燒蝕過程,而且是高頻脈沖,導致孔壁上殘留大量的熔渣以及產生鋸齒狀孔壁,所以更需要后處理工藝。而化學蝕刻就相對好一些,但近些年,為了改善印刷效果,鋼網廠家針對蝕刻鋼網開發了一些新的拋光處理工藝技術。

電拋光

電拋光主要是利用電解原理,將完成孔加工的鋼片放入化學溶液槽內,再對工件接通直流電,應用尖峰放電原理在孔內壁尖銳位置處聚集較大的電流密度,通過放電將這些尖銳部分逐步去除,然后獲得光滑的孔內壁表面。

鍍鎳

通過電鍍工藝,在光滑的不銹片表面電鍍一層金屬鎳,以降低其光滑程度。在錫膏印刷時,防止錫膏在鋼網表面產生滑動,滑動的錫膏不利于錫膏在網孔內的填充。所以,表面鍍鎳可以增加錫膏印刷時的滾動,有利于錫膏在微型孔內的填充。


納米涂層

在蝕刻或激光切割鋼網與PCB接觸的一面及孔壁表面涂覆一層納米材料,以增加孔壁的光滑程度,有利于錫膏脫模。DOE實驗結果表明,采用納米涂層后,下錫效率可以提升18%左右。同時納米涂層還增加了錫膏中的助焊劑成分與孔壁或鋼網與PCB接觸表面之間的不親和性,這有利于保持印刷過程中孔內壁和鋼網表面的清潔,減小印刷過程中的清洗頻次,提高生產效率及降低輔料(清洗劑、擦網紙)的用量,降低生產成本。


小結

總之,鋼網的制造工藝對錫膏的印刷質量影響巨大。究竟采用哪一種鋼網,這需要根據產品特性,板上元件的焊接端子尺寸大小,元件類型,元件分布等來選擇適合的鋼網。

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