印刷制程
由于构装技术及材料上的进步,使得目前有大量新的技术如覆晶 (filp-chip) , COB(chip-on-board) , PCMCIA 及 BGA 等可供使用。这些新的技术面临的第一对象就是我们现在所要探讨的:锡膏及黏着剂的印剂。
对于印刷这项技术而,我们不再是一知半解。现在的我们在操作新型印刷机时有有许多的参数要加以设定及控以求得良好的印刷质量。
仅管钢版印刷设备从最简单的小型人工操作治具到大型全自动机台一应俱全,但锡膏印刷的基本方式依然不变,简言之也就是将PC皮放到或是运到工作台面,以真空或是治具固定PC板,将钢版和PC板定位好,把锡膏或是导电胶以刮刀缓慢的压挤过钢版上的小开孔再使其附着到PC板的焊垫上。以上就是基本的印刷步骤。
基本步骤
1.材料准备:目前表面黏着印刷用的材料不再局限在锡膏,也可能是导电胶或不导电胶。材料无论是锡膏或是黏着剂都会直接影响到钢版本身的参数,如钢版材料、厚度、工作寿命、钢版清洁用溶剂,清洁周期及温湿控制等,此外材料亦会影响到印刷过程的精确度。
同时,对于组件接脚间距在底板上的分布情形也要十分明了这样才能选取一适当颗粒尺寸的锡膏以使印刷有最佳的结果如(表一)。当然若能依接脚间距来选择不同的印刷底板材料更能增进印刷质量(表二)。
网孔 |
颗粒尺寸 (微米) |
应用 |
组件接脚间距 (英迹 |
200/+325 |
45~75 |
标准 |
0.025~0.050 |
-325/+500 |
25~45 |
微细脚距 |
0.015~0.025 |
-500 |
<25 |
超微细脚距 |
<0.015 |
表一、锡膏分类
金属 |
优 点 |
缺点 |
黄铜 |
.容易蚀刻 .一致孔壁 .现有技术 |
.最不耐久 |
不锈钢 |
.对微细脚距应用上坚固且耐久 .蚀刻上比黄铜精确 .抗化学侵蚀 .成本 |
.不易蚀刻 .不易得到平滑 均匀的表面 |
钼 |
.垂直且平滑的孔壁 .锡膏容易脱离 |
.昂贵 |
表二、印刷底板材料
2 .印刷底板及基板间之定位:不论是用人工或是藉助某些自动化方式辅助,将印刷底板上的开孔和基板上组件的焊垫精确且一致的对位在一起,以转送一起,以转送一定体积的材料。目地是将两个影像对位在一起,也就是开孔和组件焊垫精确的对位在一起。使用的材料(锡膏或黏着剂)及PC板上组件接脚的间距都会影响对位的确性。
3 .将材料印到基板上:将足量的材料放在印刷底板上大约离开孔 1~3 季嗬牖蚴俏辉诠蔚缎谐痰那胺健9蔚兜乃俣龋压力及刮刀的形状和材料都是影响印刷结果的参数。在半自动或全自动的印刷机上,刮刀的速度、压力、下降点及行程都可以程控并被储存起来以备将来使用时仍可保时同样的印刷质量。
在印刷时基板和印刷底板间的距离是另一个需加以考虑的参数。此外还有许多可选用参数;不过这些则依印刷机制造厂商之不同而不同,如开孔形状、角度、速度及印刷底板回弹距离 (Snap-off) 等参数的决订都是为了求得最有效的印刷效率及结果。
4 .印刷质量监视:在印刷完成第一片板子后,必须定期的检视印刷质量。至于检视项目则包含焊垫上锡膏的印刷精度,单一焊垫被锡膏覆盖的面积及深度(体积)的重复性。以上两个方式是用来验证是否有适当体积的材料被很稳定放置在焊垫上。检视的目的就是在确定适当的体积及定位。
5 .印刷钢版清洁:使用的材料及印刷方式都直接影响印刷钢版底部在印刷时的清洗周期。在使用完毕后印刷钢板必须彻底的清洗干净以去除所有的残留物,以确保未来印刷不会出现问题。
目前的技术
目前新的材如导电胶及先进的组件构装技术如超微细脚距组件都需要高精度的制程控制来达到高精度及重复性的印刖质量。然而印刷的基本原理依旧,只是在一些使用上有些步骤被加以改进及精密度要求更严格。至于其它的因素,如生产环境本身也是自动化程度的一主要限制,还有就是制程控制上的需求等所以对于印刷的参数必须重新给予定义:
“印刷钢版设计”印刷钢版到外框要留 3-5 嫉谋撸也就是从印刷钢版的边缘量到外框的内缘。至于印刷钢版边缘到有蚀刻处要 2-4 英嫉牧舭滓苑奖愎蔚兑贫。但是对于将材料印刷到PC板上则和印刷钢版的厚度、材质及开孔尺寸相关。
一般表面黏着用的印刷底板厚度在 0.001 到 0.012 英贾间,其增加量以 0.01 嘉单位,且容许的误差要保持在 ± 0.0001 肌:穸鹊难≡窈涂孔尺寸相关连,如此才能确保有足量的膏状物被施放。就一般原则,开孔面积比应小于 1.5 ,其计算公式如下:
T = 印刷底板厚度 L= 开孔长度 W= 开孔宽度
重新安排可得 T
举例说明:有一 50mil 接脚间距的组件其每只接脚的焊垫宽为 24mil 长为 50mil ,则T就是( L=50mil , W=24mil ) T=0.75*(50*24)/(50+24)=12.1mil 。
因此对这一 0.05 冀咏偶渚嘧榧,其印刷钢版厚度应该正好比 0.012 悸源笠坏恪6 0.02 冀咏偶渚嘧榧而言,此公式建议其印刷钢版厚度不可大于 0.00625 迹ㄇ氩慰急砣中印刷底板厚度)。对于混合使用不同组件接脚间距的基板而言,建议使用阶梯状,有着不同厚度,在不同部位的印刷钢版。适当的使用制程技术及不同的印刷钢版材料是提升印刷质量的最佳方式。
组件接脚间距 |
一般印刷底板开孔宽 |
最大印刷底板厚度 |
0.050 |
0.024 |
0.0121 |
0.025 |
0.012 |
0.0073 |
0.020 |
0.010 |
0.0063 |
0.015 |
0.006 |
0.0040 |
0.008 |
0.004 |
0.0028 |
表三、建议印刷底板厚度(英迹
开孔壁的垂直性,平滑性及尺寸的精确性全都会影响到印刷材料传递到基板上。建议使用的材料是钢版。因其有高的耐久行及对抗化学的侵蚀力,但对钼这种材料而言则有着更好的平滑性及更直的孔壁。制造过程也会影响开孔壁及尺寸上的特性。微细接角间距以雷射来切割至于其它地区则以传统蚀刻刻方式来加工,不失为一节省费用的加工方式。另一种将钢版再电镀上镍的方式也可以使印刷底板的制作更完美。
“开孔面积”也决定了皮印到基材上材料的量。体积等于面积乘上高度,也就是开孔面积乘上印刷底板厚度,即开孔高度。对不同的焊垫尺寸、体积可以用以上两个参来加以调整。对某些微细脚距组件的应用上,由于使用单一厚度的钢版,所以体积的调整只能以将开孔的尺寸减小,(固定或选择性)将长及宽尺寸减少 10 到 50 个百分比,对微细接脚间距组件而言交差(错)式的开孔方式是另一种用以避免短路等缺陷的方式。
“基板处理”从非常薄、小、双面的 PCMCIA 基板到特别厚、大的基板,如何在印刷过程处理好基板是现代制程所面临的新的课题。基板下方的支撑及基板下压对于防止基板的弯曲及扭曲变形,且不会损坏到上面组件是非常重要的。新式的机器可以经由网络直接输入 CAD 数据且有全自动的支撑柱或移到需要的地方,完全不需要在制程时再去烦脑。
“可变换的印刷角度”,一个容易造成 QFP 及其它接脚间距小的组件的锡膏量不稳定是因为在印刷时刮刀移动方向和焊垫方位不兼容所造成的,印刷方向则和制程机器的摆设相关。解决方式则必须使用目前最新且进的印刷机器,这类型的机器容许将PC板旋转到和刮刀行程同一方向以求得最佳的印刷角度。其结果是可以得到一印刷质量一致的PC板。当PC板上有许多 QFP 及其它高接脚数的组件时,现在可以 45 度来印刷,而不需要再去考虑所有焊垫的 X , Y 方向。
高速大量生产
高速大量生产需要有快速的制程,一完整自动化的联机输送带及印刷上高度的可重复性。因此印刷机的发展也正针对一方向,印刷头的参数以程控,在印刷时能自动对位及校正,印刷钢版自动清洗,换线调整时间最小化及自动制程监控。
结论
在面对先进的 SMT 技术时对印刷制程的要求正与日俱增。愈来愈细小的组件接脚距,逐渐增加的组件密度及先进的接脚设计都使得制程控制上难度不断提升,为了跟上时代的脚步,在市场的要求下,量产更快更好的产品压力也愈来愈大。混合使用先进的材料及印刷技术再加对制程的控制永远是追上时代的不二法门。