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火狐体育官网在线:激光切割工艺在SMT生产中的应用

发布时间:2022-07-03 06:40:19     来源:火狐体育官网在线     作者:火狐体育官网app
  

  在SMT的工艺流程中,其中一个重要的步骤是将锡膏准确无误地印刷在PCB焊盘上,并且具有准确的开口位置和开口尺寸、精确的开口锥度大小、侧壁光滑,无毛刺、材料厚度均匀,无应力、模板张力分布均匀等要求

  随着SMT朝着细间距元件的方向发展,SMD封装引脚的间距越来越小,封装尺寸缩小的趋势对焊膏印刷形成了严峻挑战。这就对SMT印刷模板的精密性有了更高的质量要求。下文我们将从多个方面分析和探讨影响SMT模板的切割质量的因素,促进和提升激光模板的质量,使得这种工艺技术得到充分的应用,从而使SMT的品质、生产效率得到更多的提升

  SMT即表面组装技术(表面贴装技术),是相对于传统的THT通孔插装技术而发展起来的一种新的组装技术。由于组装工艺类型的不同,具体的SMT工艺流程也有所不同,目前,SMT工艺流程通常按如下几个步骤进行:

  生产准备→模板制作→丝网印刷锡膏/点胶→贴装→回流焊→检验测试→返修/包装

  其中丝网印刷是使用模板(钢网)将焊料印刷到承印物上的工艺过程,在SMT工艺中它是将锡膏通过SMT模板印刷到电路板的连接焊盘上,是SMT装配的首要和必须的工序

  在丝网印刷锡膏/点胶之前,涂覆锡膏需要用的一种平板式模具,即SMT或SMD焊膏漏印模版。 SMT激光模板技术,是SMT制造流程过程中关键的第一步,这项技术的应用,产生精确的丝网漏印焊膏模板,使焊膏漏印得以准确实现

  SMT激光切割模板机一般由激光头,移动定位系统和软件三部分组成。采用原始电子资料,通过计算机直接驱动设备,通过透镜和反射镜将激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热,使不锈钢蒸发。被加工的片状不锈钢材料张在工作台的夹具上,移动定位系统驱动工作台或激光头,使得被切割材料在切割头下高速运动。激光头由光源部分和切割头组成,光源部分产生波长很短的聚焦激光束,激光束通过切割头,垂直聚焦在被切割的材料表面上,加热、融化、蒸发被切割材料,形成切缝,闭合的切缝形成焊盘开孔

  由于激光的能量非常集中,所以仅有少量热量会传递到钢材的其它部分,因此造成的形变量很小或没有变形。我们可以利用激光准确地切割复杂形状的坯料,所切割的坯料不必再作进一步的处理。切割不锈钢时由于焦点在钢材的底部,因此可以产生符合SMT焊膏漏印的倒梯形开口

  目前,模板的制造方法有三种,即化学刻蚀、激光切割、电铸成型。三种方法各有优缺点,通过对生产工序、模板质量等方面的比对,目前采用的激光模板具有以下优点:

  激光切割工序少,耗材少,模板重复使用率高,其使用率可达30万次以上。激光切割可以实现机器自动化控制,操作简便,节约人力资源

  激光切割采用非接触式加工,无应力不变形,绷网后张力分布均匀。通过调整激光聚焦位置使开口自动形成锥形,利于锡膏脱模。切边光滑,可与电铸模板媲美

  激光切割直接使用设计文档,没有摄影步骤,消除了位置不正的因素 。激光切割后孔的位置精度高,非常适合高密度设计

  据统计,在SMT工艺中,印刷引起的SMT缺陷超过60%,其中由模板不良而引起的缺陷占35%,另外,60%的组装缺陷和87%的回流焊接缺陷同样也是由于模板不良造成的。因此,模板对SMT的品质、生产效率有着至关重要的作用,优质的模板可以显著提高SMT工艺的质量

  模板的设计包括钢板厚度的选择、孔的开口尺寸和开口形状。其中厚度与开口尺寸决定了焊膏的涂覆量和准确程度,是整个生产过程中非常重要的一环,开口的形状则对上锡的质量有影响

  材料质量因素相对稳定,一般选择进口304不锈钢,其硬度、弹性等指标均能满足要求。这是个相对稳定的因素

  模板的制作包括尺寸精度、切边平直度、开口孔壁的粗糙度及形状。尺寸精度是使用的基本要求,开口孔壁的粗糙度及形状决定了上锡的质量

  激光切割机大致上可以分为激光、机构电控和软件三大部分,在切割中,“刀”是最关键的环节,因此,激光的参数是切割过程中的关键因素,包括光斑直径、激光功率、重复频率、焦点位置等,必须对以上参数进行多次调试、校验,找到各参数的最佳控制点,最终得到最满意的开口质量

  能量E为功率P与时间t的乘积,当切割速度不变时,即激光照射时间恒定,随着激光输出功率增大,单位时间内材料获得的能量增加,材料温度升高,导致热影响区变宽,形变增大,切缝宽度也随之变大

  激光以脉冲方式工作,其原理是利用高能量密度在瞬间熔化和气化材料,在钢片上打一系列连续的孔得到连续的切缝,实现对钢片的连续切割。在这个过程中,相邻激光光斑的重复程度即光斑的重复精度是关键的参数,它是指相邻光斑重面积占光斑面积的百分比,可由简单的几何关系得出(在切割过程中打在钢片上的光斑变形小,可以认为仍是圆形的),它与激光重复频率、脉冲宽度和切割速度有关。它对切边的光滑度和切缝宽度都有较大的影响,重复精度越高则切边越平滑质量就越好

  切割速度决定了生产效率,在保证切割质量的前提下,尽量提高生产率,降低加工成本,对现代企业的发展是一个不容忽略的问题

  当其它参数不变时,切割速度的变化意味着激光与材料的相互作用的时间变化,即激光能量密度的改变,切割速度越快,激光能量密度越小。当切割速度较低时,激光能量密度过大,使得切缝周围的材料也被熔化或气化,导致熔渣多切缝粗糙,切割质量较差。随着速度的提高,当达到一个合适的范围时,激光能量密度足够大,材料就会完全熔化或气化,在辅助气体的作用下去除材料,可以形成光滑均匀的切缝;速度增大到一个极限值时,材料获得的能量不足以使其完全熔化或者气化,就不能完全切割材料;另外,当重复频率一定时,切割速度提高到一定程度就会使切缝由平 直状态变成不连续的小孔,因此,存在一个临界速度,大于这个临界值时,切割就会变为打孔

  软件部分用于数据接收、开口设计、处理并控制和驱动激光头以及移动系统。其中开口设计及处理这部分,具有对激光切割中的一些特殊问题的处理能力,弥补设计和转档过程中的缺陷和不足。例如:某电路板上既有0402chip,0.5 mm pich QFP IC,也有大于0805chip,甚至边长超过2.0 mm的大焊盘, 而板厚是固定的,为了使所有焊盘的锡膏量达到最佳,就要在开口尺寸上找到平衡点

  激光切割采用辅助气体是为了排除切口中的熔融物质,使切割过程得以顺利的持续进行,同时,保护镜头免受损伤,另外,如果辅助气体和被切割材料发生放热反应的话,还可以为切割提供额外的能量,加速切割的进行

  激光切割对辅助气体的基本要求是进入切口的气流量大、速度高,以便有足够的动量将熔融材料喷出,并有充足的气体与材料发生充分的放热反应。气体压力和气体流量是重要的参数,氧气压力越大,流速越高,燃烧化学反应和除去材料的速度也就越快

  同时,也可以使切缝出口处反应产物快速冷却。在附近的非切割区域,气体作为冷却剂,缩小热影响区。但气体的压力并非越大越好,当气体压力过低时,切口处熔融材料排除不尽,会形成毛刺及降低切割速度;随着气体压力的增大,气体流动量增大,排渣能力提高,可获得较光滑的切边;但压力过高时,不仅增加了气体的消耗量,还会使气流紊乱,在工件表面形成涡流,降低了除渣效果,切缝宽度也会稍有增大。因此,选择合适的气体压力才能得到较为理想的切割质量

  激光除了可以制作丝印焊膏的整张模板,也可以进行多个小型模板的制作,即在一张钢片材料上产生多个PCB的丝印焊膏小型模板,具有节省人力、物力,方便储存等优点

  同时,在需要对产品进行维修时还可以专门设计“返工小型模板”,用来返工或翻修单个元器件。如可制作针对某个元器件的模板,根据其在印制板上的位置,确定其需要的模板尺寸,以便进行后续的维修工作返回搜狐,查看更多


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