模板厚度對焊點(diǎn)質(zhì)量的影響
一個(gè)經(jīng)常被忽視的顯著影響焊點(diǎn)質(zhì)量的因素是模板厚度。但是,鋼網(wǎng)厚度究竟如何影響焊點(diǎn)質(zhì)量呢?簡而言之,模板厚度決定了沉積在 PCB 焊盤上的焊膏量,直接影響焊點(diǎn)的強(qiáng)度、可靠性和電氣連接。由于模板厚度不當(dāng)而導(dǎo)致的焊膏過多或過少都會(huì)導(dǎo)致橋接、焊料不足或機(jī)械粘合不良等缺陷。
模板厚度是指 PCB 組裝過程中模板印刷過程中使用的金屬板(通常是不銹鋼)的深度。該片材包含精確切割的孔徑,這些孔與印刷電路板 (PCB) 上的焊盤對齊。在印刷過程中,焊膏通過這些孔被推到焊盤上,然后在那里放置和焊接元件。
模板的厚度直接控制沉積的焊膏量。常見的鋼網(wǎng)厚度從 0.08 毫米到 0.15 毫米不等,具體取決于組件和設(shè)計(jì)要求。例如,像 0201 芯片這樣的更細(xì)間距元件通常需要更薄的模板(約 0.10 毫米)以避免過多的焊膏,而較大的元件可能需要更厚的模板(最多 0.15 毫米)以獲得足夠的焊料量。
焊點(diǎn)是電子元件和 PCB 之間的關(guān)鍵連接。它們提供導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。焊點(diǎn)質(zhì)量差會(huì)導(dǎo)致以下問題:
電氣故障:焊料不足會(huì)導(dǎo)致開路,而過多的焊料可能導(dǎo)致焊盤之間短路或橋接。
機(jī)械弱點(diǎn):薄弱的接頭在熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力下可能會(huì)開裂或斷裂,從而導(dǎo)致設(shè)備故障。
可靠性問題:不一致的焊點(diǎn)會(huì)隨著時(shí)間的推移而失效,尤其是在汽車或航空航天應(yīng)用等高應(yīng)力環(huán)境中。
鑒于這些風(fēng)險(xiǎn),控制焊接過程的各個(gè)方面(包括模板厚度)對于實(shí)現(xiàn)一致、高質(zhì)量的焊點(diǎn)和整體 PCB 組裝質(zhì)量至關(guān)重要。
模板厚度的主要作用是調(diào)節(jié)焊膏量。模板越厚,通過孔沉積的焊膏就越多。相反,較薄的模板沉積的漿料較少。焊膏的體積使用以下公式計(jì)算:
焊膏體積 = 孔徑面積 x 模板厚度
例如,1 mm2 的孔徑和 0.12 mm 的模板厚度將沉積 0.12 mm3 的焊膏。如果模板厚度增加到 0.15 mm,則體積會(huì)增加到 0.15 mm3,增加 25%。這可能看起來很小,但對于細(xì)間距元件,即使是輕微的超額也會(huì)導(dǎo)致緊密間隔的焊盤之間出現(xiàn)橋接。
另一方面,使用太薄的模板會(huì)導(dǎo)致焊膏不足,從而導(dǎo)致接頭脆弱或不完整。這對于需要更多焊料以實(shí)現(xiàn)牢固機(jī)械粘合的大型組件來說尤其成問題。
讓我們分解一下 PCB 組裝過程中模板厚度影響焊點(diǎn)質(zhì)量的具體方式:
當(dāng)模板太厚時(shí),它會(huì)沉積比需要的更多的焊膏。在回流焊過程中,這些多余的焊膏會(huì)擴(kuò)散到焊盤邊界之外,從而導(dǎo)致:
橋:焊料連接相鄰的焊盤,造成短路。這在焊盤間距緊密的細(xì)間距元件中很常見。
焊球:過多的焊膏會(huì)在接縫區(qū)域外形成小焊珠,有短路或污染的風(fēng)險(xiǎn)。
例如,對 0402 組件使用 0.15 mm 鋼網(wǎng)(通常需要 0.12 mm 鋼網(wǎng))可能會(huì)沉積比必要多 20-30% 的焊膏,從而增加缺陷的可能性。
太薄的模板沉積的焊膏較少,這可能導(dǎo)致:
不完整的關(guān)節(jié):焊料可能無法完全覆蓋焊盤或元件引線,從而導(dǎo)致導(dǎo)電性差。
弱機(jī)械粘合:焊料不足會(huì)降低接頭承受應(yīng)力的能力,隨著時(shí)間的推移會(huì)導(dǎo)致裂紋或失效。
例如,對于需要 0.12 mm 模板的較大組件,使用 0.08 mm 模板可能會(huì)導(dǎo)致接頭由于焊料量不足而在熱循環(huán)下失效。
不同的元件根據(jù)其尺寸和間距具有獨(dú)特的焊料量需求。球柵陣列 (BGA) 或 0201 芯片等細(xì)間距元件需要精確控制焊膏體積,以避免缺陷。模板厚度不匹配會(huì)破壞這種平衡,直接影響焊點(diǎn)質(zhì)量。
雖然模板厚度是一個(gè)關(guān)鍵因素,但其他模板印刷參數(shù)在實(shí)現(xiàn)最佳焊點(diǎn)質(zhì)量方面也發(fā)揮著作用。讓我們探索如何微調(diào)這些參數(shù)以及模板厚度,以獲得 PCB 裝配質(zhì)量的最佳結(jié)果。
模板孔徑的大小和形狀必須與焊盤設(shè)計(jì)和組件要求相匹配。面積比(計(jì)算方法是孔徑的開放面積除以壁面積)理想情況下應(yīng)高于 0.66,以獲得良好的色膏釋放。如果面積比太低,焊膏可能會(huì)粘在孔壁上,導(dǎo)致無論鋼網(wǎng)厚度如何,都會(huì)導(dǎo)致沉積物不一致。
焊膏的類型及其粒度應(yīng)與模板厚度和孔徑大小保持一致。對于與細(xì)間距組件一起使用的較薄鋼網(wǎng)(例如 0.10 mm),較小的粒徑(4 型或 5 型)可確保印刷順暢并防止堵塞。使用錯(cuò)誤的色膏類型可能會(huì)抵消精心選擇的模板厚度的好處。
印刷過程中刮刀的壓力和速度會(huì)影響焊膏填充孔的均勻程度。壓力過大會(huì)導(dǎo)致漿料涂抹,而壓力不足可能會(huì)留下縫隙。調(diào)整這些參數(shù)可確保一致地應(yīng)用由模板厚度決定的焊膏量。
在具有細(xì)間距和較大元件的電路板中,單個(gè)模板厚度可能并不適合所有區(qū)域。階梯式模板在不同區(qū)域具有不同的厚度,可以解決這個(gè)問題。例如,在具有細(xì)間距元件的區(qū)域,模板的厚度可能為 0.10 mm,在較大的連接器附近可能為 0.15 mm 厚,從而優(yōu)化了整個(gè)電路板的焊膏體積。
選擇合適的模板厚度是一種平衡行為,具體取決于您的特定 PCB 設(shè)計(jì)和元件組合。以下是一些幫助您做出正確選擇的一般準(zhǔn)則:
對于細(xì)間距元件(例如 0201、BGA):使用較薄的模板 (0.08-0.10 mm) 來限制焊膏量并防止橋接。
對于標(biāo)準(zhǔn)元件(例如 0402、0603):0.12 mm 的模板厚度通常是實(shí)現(xiàn)焊料量良好平衡的理想選擇。
對于較大的元件(例如,連接器、通孔):選擇較厚的模板(0.15 毫米或更大),以確保有足夠的焊料以實(shí)現(xiàn)牢固的機(jī)械粘合。
在原型制作階段使用不同厚度的模板進(jìn)行測試運(yùn)行也是明智的。使用 X 射線或目視檢查回流焊后焊點(diǎn),以識(shí)別橋接或焊料不足等問題。根據(jù)需要調(diào)整厚度和其他模板打印參數(shù),以優(yōu)化 PCB 組裝質(zhì)量。
即使使用正確的鋼網(wǎng)厚度,印刷過程中也可能出現(xiàn)挑戰(zhàn)。以下是一些常見問題以及如何解決這些問題以提高焊點(diǎn)質(zhì)量:
當(dāng)色漿由于壓力過大或模板未對準(zhǔn)而擴(kuò)散到焊盤之外時(shí),就會(huì)發(fā)生污跡。解決方案:降低刮刀壓力并確保模板與 PCB 正確對齊。
如果漿料沒有完全通過孔轉(zhuǎn)移,可能是由于面積比低或孔堵塞。解決方案:定期清潔模板,并檢查面積比是否達(dá)到建議的閾值 0.66。
焊點(diǎn)質(zhì)量的變化可能是由于印刷不均勻或電路板翹曲造成的。解決方案:在印刷過程中,使用穩(wěn)定的夾具將 PCB 保持平整,并驗(yàn)證模板厚度是否適合電路板上的所有元件類型。
隨著電子產(chǎn)品的不斷縮小和組件密度的增加,模板設(shè)計(jì)和印刷技術(shù)正在不斷發(fā)展。納米涂層鋼網(wǎng)等創(chuàng)新技術(shù)改善了超細(xì)孔徑的色漿脫模效果,而先進(jìn)的檢測系統(tǒng)有助于實(shí)時(shí)檢測印刷缺陷。及時(shí)了解這些趨勢可以使制造商在實(shí)現(xiàn)卓越的焊點(diǎn)質(zhì)量方面占據(jù)優(yōu)勢。
此外,混合組件的日益普及(將細(xì)間距表面貼裝元件與更大的通孔零件相結(jié)合)可能會(huì)增加階梯式模板的使用。這些設(shè)計(jì)允許在不同的電路板區(qū)域定制焊膏體積,無論元件多樣性如何,都能確保最佳結(jié)果。
模板厚度是 PCB 組裝過程中決定焊點(diǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。通過控制焊膏量,它直接影響接頭的電氣和機(jī)械完整性。選擇合適的厚度,同時(shí)優(yōu)化其他模板打印參數(shù),如孔徑設(shè)計(jì)、色漿類型和打印設(shè)置,可以顯著提高 PCB 裝配質(zhì)量。
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