焊膏印刷效果對焊接質(zhì)量的影響與三維檢測方法

摘要：

電子產(chǎn)品印刷電路板表面貼片安裝生產(chǎn)中，各種器件的逐漸走向微小化，不少生產(chǎn)線開始為檢測出合格的焊接質(zhì)量設(shè)計了不少“關(guān)卡”，如現(xiàn)在廣為應(yīng)用的三維檢測法。在電子器件組裝過程中，焊膏印刷效果對焊接質(zhì)量有極大的影響，本文將簡單闡述焊膏印刷工藝當(dāng)中的SMT技術(shù)以及焊膏印刷效果對焊接質(zhì)量的影響，著重介紹焊膏印刷工藝中的三維檢測方法。

0引言

焊板印刷技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電路板的貼片工藝中，對焊膏印刷的檢測來說，現(xiàn)階段比較成熟的有AOI檢測技術(shù)、SPI錫膏測厚技術(shù)。焊膏印刷過程中，存在諸多因素，導(dǎo)致焊膏印刷效果參差不齊，其中涉及到焊膏的材料、印刷的工藝等，如何減輕、消除這些因素帶來的影響，成為焊膏印刷技術(shù)提升的重點。此外，在SPI錫膏測厚技術(shù)的加持下，能精確控制PCB板上焊膏的各項數(shù)值，提升焊膏引述的質(zhì)量。三維檢測技術(shù)的發(fā)展，不僅從根本上提高了焊膏焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，把控產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，更讓焊膏印刷技術(shù)有了質(zhì)的飛躍。

1SMT技術(shù)

SMT技術(shù)（Surface Mounted Technology）在當(dāng)下電子原件裝行工藝中是最為常見的工藝，簡單來說就是電子器件表面貼裝技術(shù)。在貼片組裝過程中，一般會將無引腳或短引線表面組裝元器件(簡稱SMC/SMD)安裝在印制電路板(Printed Circuit Board)的表面或其它基板的表面上，再通過回流焊焊接組裝，這就完成電子器件裝行的第一步。

SMT技術(shù)相比傳統(tǒng)的制作工藝，有很多獨到的特點。如組裝密度高，這就很好的呼應(yīng)了現(xiàn)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對電子器件的要求。此外，電子器件體積小、占據(jù)空間小、質(zhì)量小，這些特點，都是現(xiàn)在工藝所追求的標(biāo)準(zhǔn)。SMT技術(shù)隨著當(dāng)下技術(shù)水平以及市場要求的變化，逐漸形成了了可靠性、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能強等特點，消除了以往抗振能力差、PCB焊點缺陷頻率高等缺點，減少了生產(chǎn)過程中電磁和射頻干擾。技術(shù)水平的提高意味著產(chǎn)品擁有了更多的可能性。

但是SMT技術(shù)并非沒有缺點，總的來說，具體有以下幾點。某些情況下，連接SMT在機械應(yīng)力條件下不實用因素起作用，例如物理連接將頻繁附著和分離的地方。接頭尺寸有時也是SMT技術(shù)的缺點之一，由于SMT技術(shù)韋促進(jìn)較小的組件進(jìn)行連接，焊接連接較小，這導(dǎo)致每次接觸中使用的焊料量較少，可能會影響某些焊點的可靠性。高功率應(yīng)用也是SMT技術(shù)的缺點之一，電路中需要大型元件的地方例如大電容或大型連接器，使用起來的功率較大，不能保證生產(chǎn)線上所有得到機器都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，存在一定的隱患。綜上所述，SMT技術(shù)在制造PCB電路板的工藝中，并不是最佳生產(chǎn)方案。

2焊膏印刷對焊接質(zhì)量的影響

2.1材料的影響

焊膏的成分較為復(fù)雜，一般有焊料合金顆粒、助焊劑、粘度控制劑、溶劑等；在其他不同種類的焊膏中，成分也不盡相同，造成焊膏最終的品質(zhì)也不同。

2.1.1焊膏的粘度

焊膏粘度過大時，焊盤上的線條會出現(xiàn)少、缺等現(xiàn)象；粘度太低，線條容易脫落且不平整，分辨率也大大降低。這兩種情況都會造成產(chǎn)品生產(chǎn)不合格，會影響生產(chǎn)的效率。

2.1.2焊膏顆粒的大小與其均勻性

焊盤上高清晰度的印條意味著焊膏顆粒直徑較小，但是焊膏顆粒直徑取極小的情況下，印條就會出現(xiàn)塌邊、易氧化等現(xiàn)象；反之焊膏顆粒過大，則會造成印條模糊不清、印刷不均勻等情況。

2.1.3焊膏中的金屬含量

焊膏中的金屬含量能有效增加回流焊厚度，當(dāng)焊膏中的金屬含量過低時，焊料的橋連傾向會降低，造成產(chǎn)品生產(chǎn)不合格。

2.2網(wǎng)板的影響

網(wǎng)板的材料以及刻制都會影響焊膏印刷質(zhì)量，能最終決定焊膏印刷的精密度。網(wǎng)板上的開孔尺寸，過大過小都會與對應(yīng)焊盤不吻合，導(dǎo)致印刷過程無法進(jìn)行下去。網(wǎng)板的厚度，要根據(jù)相關(guān)的引線間距來決定，一般情況下采用0.12～0.15mm的網(wǎng)板，網(wǎng)板厚度過小，則不利于焊膏的釋放。

2.3絲印機參數(shù)的影響

2.3.1刮刀壓力

該處壓力應(yīng)盡量降低，這樣焊膏才能完全附著在焊盤上，達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。操作不標(biāo)準(zhǔn)，壓力太大，焊膏就不能完全印在焊盤上，會過分進(jìn)入絲網(wǎng)模板開口處，甚至?xí)D入焊盤的縫隙當(dāng)中。

2.3.2印刷速度

該處速度要適當(dāng)控制，一般來說要低于30mm/s。若速度過快，焊膏就不能很好的填充在絲網(wǎng)模板的開口處。

2.3.3刮刀材料

一般來說，現(xiàn)在生產(chǎn)過程中所采用的都是材質(zhì)較為軟的橡膠刮板，若刮刀軟硬不合格如硬度過大，會導(dǎo)致絲網(wǎng)模板變形。

2.4焊膏印刷產(chǎn)生不良效果的原因

焊膏在印刷過程中經(jīng)常會因為一些因素而產(chǎn)生印刷不良等效果。最為常見的有印刷位置發(fā)生偏離，在印刷過程中，模板跟PCB的位置沒有完全對準(zhǔn)，當(dāng)然也存在模板制作工藝水準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)等因素。若焊膏印刷填充量存在不足，說明焊膏的量本身就存在量少等問題；焊膏量少的情況下，會出現(xiàn)未填充、缺焊、少焊等生產(chǎn)故障。焊膏填充量不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)不僅直接對電子器件的組裝有影響，也會間接影響到印刷板的壓力、刮刀速度等。

3焊膏印刷對焊接質(zhì)量的影響解決方案

3.1對焊膏材料

焊膏的粘度：在選用不同粘度的焊膏時，可用精確粘度儀進(jìn)行測量。

焊膏顆粒的大小與其均勻性：根據(jù)實際情況，按照引腳間距和焊料顆粒的關(guān)系，選定合適的焊料顆粒直徑。

焊膏中的金屬含量：在焊膏厚度一定時，可參照金屬含量對回流焊厚度的影響參數(shù)，進(jìn)行設(shè)定。

3.2對網(wǎng)板

網(wǎng)板材料及開孔、厚度、開孔方向與尺寸的選擇，需要根據(jù)實際焊盤的參數(shù)以及生產(chǎn)設(shè)計要求來選擇。在網(wǎng)板材料的設(shè)計生產(chǎn)工藝當(dāng)中，則可以根據(jù)相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計生產(chǎn)。

3.3對絲印機相關(guān)參數(shù)

刮刀壓力與刮刀材料：適當(dāng)控制刮刀壓力，就需要采用軟硬適中的材料，如較硬的刮刀或者金屬材料的刮刀。

印刷速度：在具體的生產(chǎn)過程中，也要結(jié)合實際狀況來設(shè)置刮刀壓力跟速度的具體數(shù)值。

4SPI錫膏測厚技術(shù)

4.1SPI錫膏測厚技術(shù)原理

SPI（SolderPaste Inspection）的全稱是錫膏檢測系統(tǒng)，SPI錫膏測厚儀的設(shè)計原理中運用到了激光非接觸三維掃描密集取樣技術(shù)，這個設(shè)備能將PCB板上的錫膏的面積體積以及具體的厚度逐個測量出來，大大完善了原有的檢測系統(tǒng)，收集的數(shù)據(jù)更加真實、完全、可靠。近幾年來這款設(shè)備在SMT生產(chǎn)鏈中備受關(guān)注，作為生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的核心檢測步驟，SPI錫膏測厚技術(shù)不僅做到精準(zhǔn)測量PCB板上焊膏的面積體積以及具體的厚度，更能結(jié)合控制軟件（SPC）對上述測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用更加直觀的圖表形式來體現(xiàn)制作工藝中不穩(wěn)定因素是否存在，起到一個預(yù)警、提前預(yù)知未知錯誤的作用，更好的優(yōu)化產(chǎn)品。

在SPI錫膏測厚儀中，研發(fā)者巧妙的運用了PMP（相位調(diào)制輪廓測量技術(shù)）以及Laser（激光三角測量技術(shù)），在這兩個技術(shù)的融合下，SPI錫膏測厚儀能輕易的測出各種細(xì)小的焊膏的相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.2激光三角測量技術(shù)

激光三角測量技術(shù)利用相機拍下光束在不同時間內(nèi)在焊膏上圖像，后期整理出相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計計算，最終就能得出該焊膏的相關(guān)數(shù)據(jù)，得出測量結(jié)果。在這里，由于激光三角測量技術(shù)中巧妙的用到了激光，而激光能在高低不同的平面上產(chǎn)生畸變，照相機才能捕捉到畸變數(shù)據(jù)。

激光三角測量技術(shù)優(yōu)缺點非常明顯，優(yōu)點就是能在很短的時間內(nèi)對大量的PCB板進(jìn)行檢測，生產(chǎn)效率高；缺點則比較多，首先是激光束分辨率只能控制在10 - 20um級，分辨率較為單一；其次機器在執(zhí)行過程中只能單次的檢測，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的重復(fù)性精確度不是很高；由于激光束的運動模式容易受外界的影響，所以在外界有干擾的情況下，實驗所測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低。

4.3相位調(diào)制輪廓測量技術(shù)

如果說激光三角測量技術(shù)有不小的缺陷，那么相位調(diào)制輪廓測量技術(shù)就很好的能填補激光三角測量技術(shù)的漏洞。由于使用白色光源，相位調(diào)制輪廓測量技術(shù)能利用結(jié)構(gòu)光柵在PCB板上的相位變化，得出焊膏的相關(guān)數(shù)據(jù)，彌補了激光束測量的不足；利用結(jié)構(gòu)光柵在PCB板上的灰度變化，能夠得出數(shù)據(jù)更加精確的高度值；此外，還能對PCB板進(jìn)行多次測量、采樣，重復(fù)性測量得到更高精度的高度值,彌補了激光三角測量技術(shù)易受外界干擾了缺陷。

從上述描述來看，相位調(diào)制輪廓測量技術(shù)優(yōu)點不少，首先就是很好的削減了外界的不穩(wěn)定因素，比如震動，大大提高了機器的穩(wěn)定性；還能有效的進(jìn)行多次測量，提高了重復(fù)性精度。

4.4錫膏測厚儀3D技術(shù)方案

（1）激光測量，錫膏測量精度達(dá)到納米級，有效分辨率56nm（0.056um）。

（2）高重復(fù)精度（0.5um），人為誤差小，GRR高。

（3）數(shù)字影像傳輸：抗干擾，自動糾錯，準(zhǔn)確度高。

（4）高分辨率圖像采集：有效像素高達(dá)彩色400萬像素。

（5）高取樣密度：每平方毫米上萬點（平均每顆錫球達(dá)6～20取樣點）。

（6）多點基板扭曲修正功能：不但可以修正傾斜，還可以修正扭曲變形。

從這些相互影響的不確定參數(shù)中，如何找出問題？這里就會利用帶SPI獨特的能力了，在印刷時能讓操作人員簡單明了地理解當(dāng)前印刷的結(jié)果。在控制印刷工藝中，印刷轉(zhuǎn)移效率（TE）的百分比以及焊膏沉積的標(biāo)準(zhǔn)差是每個人都會關(guān)心的問題。一般情況下下，實際體積（Measured Volume） 和目標(biāo)體積（Target Volume）的百分比能決定印刷質(zhì)量的優(yōu)與劣，控制產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)在合適的范圍內(nèi)一定程度上也能決定產(chǎn)品最后的效果。

5結(jié)語

三維檢測技術(shù)不僅提供了新的檢測方案，還能通過測量焊盤上焊膏的體積來保證回流后焊點的可靠性，這一點在高端電子產(chǎn)品的SMT生產(chǎn)線中得到了充分的驗證。SPI技術(shù)不是簡簡單單控制印刷機的，而是在印刷機中找尋最合適的生產(chǎn)模式，使得產(chǎn)品的質(zhì)量得到了把控。從生產(chǎn)效率上來看，三維檢測技術(shù)是產(chǎn)品質(zhì)量水準(zhǔn)的閥門，從生產(chǎn)工藝上來看，能夠改變原有的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)工藝管控。