SMT工藝流程及模板的作用

1.1 SMT工藝流程(cheng)

       SMT即表面組裝技術，是相對于傳統的THT通孔插裝技術而發展起來的一種新的組裝技術。由于組裝工藝類型的不同，具體的SMT工藝流程也有所不同，目前，SMT工藝流程通常按如下幾個步驟進行：

       生(sheng)產(chan)準備→激(ji)光(guang)模板制作→絲網印(yin)刷錫膏/點膠→貼(tie)裝(zhuang)SMD→回流(liu)焊(han)→插裝(zhuang)組件→波(bo)峰焊(han)→清(qing)洗→檢驗測試→返修(xiu)/包裝(zhuang)

       其中絲網印刷是使用模板將焊料印刷到承印物上的工藝過程，在SMT工藝中它是將焊錫膏通過SMT模板印刷到電路板的連接焊盤上，是SMT裝配的首要和必須的工序。

1.2 模板的作用

       在絲網印刷錫膏/點膠之前，涂覆焊錫膏需要用的一種平板式模具，即SMT或SMD焊膏漏印模版。  SMT激光模板技術，是SMT制造流程過程中關鍵的第一步，這項技術的應用，產生精確的絲網漏印焊膏模板，使焊膏漏印得以準確實現。

◎激光切割不銹鋼原理

       激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)加工技術(shu)采(cai)用激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)照(zhao)射到(dao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)板表面(mian)時釋放(fang)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)來使(shi)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)熔化(hua)并(bing)蒸(zheng)發(fa)。SMT激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)切(qie)(qie)(qie)割模板機一般由激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)頭(tou)，移(yi)動(dong)(dong)定(ding)位系統和軟件三部分(fen)組成(cheng)。采(cai)用原始電子資料(liao)(liao)，通過(guo)計算機直(zhi)接驅(qu)動(dong)(dong)設(she)備，通過(guo)透(tou)鏡(jing)和反射鏡(jing)，激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)聚(ju)集在很小的(de)(de)(de)(de)區域。能(neng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)度集中(zhong)能(neng)夠進行(xing)迅(xun)速局部加熱(re)，使(shi)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)蒸(zheng)發(fa)。被加工的(de)(de)(de)(de)片狀(zhuang)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)料(liao)(liao)張在工作臺(tai)的(de)(de)(de)(de)夾具上(shang)，移(yi)動(dong)(dong)定(ding)位系統驅(qu)動(dong)(dong)工作臺(tai)或(huo)(huo)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)頭(tou)，使(shi)得被切(qie)(qie)(qie)割材(cai)(cai)料(liao)(liao)在切(qie)(qie)(qie)割頭(tou)下高(gao)速運動(dong)(dong)。激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)頭(tou)由光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)部分(fen)和切(qie)(qie)(qie)割頭(tou)組成(cheng)，光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)部分(fen)產生波長很短(duan)的(de)(de)(de)(de)聚(ju)焦激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)，激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)通過(guo)切(qie)(qie)(qie)割頭(tou)，垂直(zhi)聚(ju)焦在被切(qie)(qie)(qie)割的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)表面(mian)上(shang)，加熱(re)、融化(hua)、蒸(zheng)發(fa)被切(qie)(qie)(qie)割材(cai)(cai)料(liao)(liao)，形(xing)成(cheng)切(qie)(qie)(qie)縫，閉合的(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)(qie)縫形(xing)成(cheng)焊盤開孔。由于能(neng)量(liang)(liang)非(fei)(fei)常集中(zhong)，所以(yi)，僅有(you)少量(liang)(liang)熱(re)傳到(dao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)其它部分(fen)，所造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)變形(xing)很小或(huo)(huo)沒有(you)變形(xing)。利用激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)可(ke)以(yi)非(fei)(fei)常準確地切(qie)(qie)(qie)割復雜形(xing)狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)坯料(liao)(liao)，所切(qie)(qie)(qie)割的(de)(de)(de)(de)坯料(liao)(liao)不(bu)必再作進一步的(de)(de)(de)(de)處理。切(qie)(qie)(qie)割不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)時由于焦點在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)底部，因此可(ke)以(yi)產生符合SMT焊膏漏(lou)印的(de)(de)(de)(de)倒梯形(xing)開口。

      · 質量好：非接觸式加工，無應力不變形，繃網后(hou)張(zhang)力分布均勻。通過(guo)調整激(ji)光(guang)聚(ju)焦(jiao)位(wei)置使開(kai)口(kou)自動(dong)形成錐形，利(li)于錫膏(gao)脫模。切邊(bian)光(guang)滑，可與(yu)電鑄模板媲美。

      · 速度快(kuai)：成(cheng)產工(gong)序少、操作簡便、成(cheng)產速度快(kuai)、交(jiao)貨(huo)日(ri)期短(duan)。

      · 成(cheng)本低：工序少，因(yin)此耗材少，模板重復使用率高(gao)，可達30萬次以上。實現(xian)機器自動化控制，操(cao)作簡(jian)便，節約人力資源。

      · 精度(du)高：直接使(shi)用設計文(wen)檔，沒有攝影步驟，消除了位置不正的(de)因素 。孔(kong)的(de)尺寸精度(du)小(xiao)，位置精度(du)高，非常適合(he)高密度(du)設計。

     ; · 無污染：生產過程無化學藥液，對(dui)環境(jing)沒(mei)有污染，對(dui)操作人員身體健康(kang)無害。

       基于模板對SMT工藝的重要性及激光模板所具有的優點，對SMT激光模板的切割質量做一個深入而詳細的探討，這對實際應用中工藝的改進及一些問題的克服有著重要的意義。

◎SMT激光模板切割質量控制

4.1 切割質量分析據統(tong)計，在(zai)SMT工藝中(zhong)，印刷引起的(de)(de)SMT缺(que)陷(xian)(xian)超過60%，其中(zhong)僅由(you)模(mo)板(ban)不良而引起的(de)(de)缺(que)陷(xian)(xian)占35%，另(ling)外，60%的(de)(de)組裝(zhuang)缺(que)陷(xian)(xian)和87%的(de)(de)回流焊(han)接缺(que)陷(xian)(xian)也(ye)是由(you)于(yu)模(mo)板(ban)不良造(zao)成的(de)(de)。因此，模(mo)板(ban)對SMT的(de)(de)品質、生產效率起著至關(guan)重要的(de)(de)作用，優質的(de)(de)模(mo)板(ban)可以顯(xian)著提高SMT工藝的(de)(de)質量。

4.2 影響模板質量(liang)的(de)因素主要體(ti)現在以下幾個方面：4.2.1 材料(liao)質量(liang)因素：材料(liao)質量(liang)因素相對穩(wen)定，一般選擇(ze)進(jin)口(kou)304#不(bu)銹(xiu)鋼，其硬(ying)度(du)、彈性(xing)等指標均能滿足要求。這是個相對穩(wen)定的(de)因素。

4.2.2 模板的(de)(de)設計：包括(kuo)鋼片厚度的(de)(de)選擇、孔的(de)(de)開(kai)(kai)口尺寸和開(kai)(kai)口形狀。其中(zhong)厚度與開(kai)(kai)口尺寸決定了焊(han)膏(gao)的(de)(de)涂覆量和準確程度，其是整個生(sheng)產過程中(zhong)非常重要的(de)(de)一(yi)環，開(kai)(kai)口的(de)(de)形狀則對(dui)施加(jia)錫的(de)(de)質量有影響。

4.2.3 模板的(de)制作：包括尺(chi)寸精度(du)、切(qie)邊(bian)平直(zhi)度(du)、開口孔(kong)壁(bi)的(de)粗(cu)(cu)糙度(du)及(ji)形(xing)狀。尺(chi)寸精度(du)是使用(yong)的(de)基(ji)本要求(qiu)，開口孔(kong)壁(bi)的(de)粗(cu)(cu)糙度(du)及(ji)形(xing)狀決定了(le)施錫質量(liang)。

4.2.4 激(ji)光參數(shu)對(dui)切(qie)(qie)割質量的影(ying)響激(ji)光切(qie)(qie)割機(ji)大(da)致上可以分(fen)為激(ji)光、機(ji)構(gou)電控(kong)和軟件三大(da)部(bu)分(fen)，在切(qie)(qie)割中(zhong)，“刀”是最(zui)關鍵的環節，因此，激(ji)光的參數(shu)是切(qie)(qie)割過程中(zhong)的關鍵因素，包括光斑直徑、激(ji)光功率、重復(fu)頻率、焦點位置等，必須對(dui)以上參數(shu)進(jin)行(xing)多次調(diao)試、校驗(yan)，找到各參數(shu)的最(zui)佳控(kong)制點，以得到最(zui)滿意的開口質量。

4.2.5 激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)功(gong)率與激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)重復(fu)頻率的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)能(neng)量E為功(gong)率P與時(shi)間t的(de)(de)(de)乘(cheng)積，當切(qie)(qie)割速度(du)(du)不(bu)變(bian)時(shi)，即激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)照射時(shi)間恒定(ding)，隨著(zhu)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)輸(shu)出功(gong)率增大(da)，單(dan)位時(shi)間內材料獲得的(de)(de)(de)能(neng)量增加，材料溫度(du)(du)升高，導致熱影響(xiang)(xiang)區變(bian)寬(kuan)(kuan)(kuan)，形(xing)變(bian)增大(da)，切(qie)(qie)縫寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)也隨之變(bian)大(da)。激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)以脈沖方式工作，是(shi)利用高能(neng)量密(mi)度(du)(du)在(zai)瞬間熔化和氣化材料，在(zai)鋼片(pian)(pian)上打一系(xi)列(lie)連續的(de)(de)(de)孔(kong)得到連續的(de)(de)(de)切(qie)(qie)縫，實(shi)現對鋼片(pian)(pian)的(de)(de)(de)連續切(qie)(qie)割。在(zai)這個過(guo)程中(zhong)，相鄰激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)斑(ban)的(de)(de)(de)重復(fu)程度(du)(du)即光(guang)(guang)(guang)(guang)斑(ban)的(de)(de)(de)重復(fu)精度(du)(du)是(shi)關鍵的(de)(de)(de)參數，它(ta)是(shi)指相鄰光(guang)(guang)(guang)(guang)斑(ban)重面(mian)積占光(guang)(guang)(guang)(guang)斑(ban)面(mian)積的(de)(de)(de)百分比，可由簡(jian)單(dan)的(de)(de)(de)幾何關系(xi)得出（在(zai)切(qie)(qie)割過(guo)程中(zhong)打在(zai)鋼片(pian)(pian)上的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)斑(ban)變(bian)形(xing)小，可以認(ren)為仍是(shi)圓形(xing)的(de)(de)(de)），它(ta)與激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)重復(fu)頻率、脈沖寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)和切(qie)(qie)割速度(du)(du)有(you)關。它(ta)對切(qie)(qie)邊(bian)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)滑度(du)(du)和切(qie)(qie)縫寬(kuan)(kuan)(kuan)度(du)(du)都(dou)有(you)較大(da)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，重復(fu)精度(du)(du)越高則切(qie)(qie)邊(bian)越平滑質量就越好。

4.2.6 切割速度的影響切割速度決定了生產效率，在保證切割質量的前提下，盡量提高生產率，降低加工成本，對現代企業的發展是一個不容忽略的問題。

當其它參數不變時，切割速度的變化意味著激光與材料的相互作用的時間變化，即激光能量密度的改變，切割速度越快，激光能量密度越小。當切割速度較低時，激光能量密度過大，使得切縫周圍的材料也被熔化或氣化，導致熔渣多切縫粗糙，切割質量較差。隨著速度的提高，當達到一個合適的范圍時，激光能量密度足夠大，材料就會完全熔化或氣化，在輔助氣體的作用下去除材料，可以形成光滑均勻的切縫；速度增大到一個極限值時，材料獲得的能量不足以使其完全熔化或者氣化，就不能完全切割材料；另外，當重復頻率一定時，切割速度提高到一定程度就會使切縫由平 直狀態變成不連續的小孔，因此，存在一個臨界速度，大于這個臨界值時，切割就變成打孔。

4.2.8 開口尺寸設計對切割質量及絲印質量的影響軟件部分(fen)用于數據(ju)接收、開口(kou)設計、處(chu)理并控制和驅動激(ji)光(guang)頭以及移動系(xi)統。其中(zhong)(zhong)(zhong)開口(kou)設計及處(chu)理這部分(fen)，具有對激(ji)光(guang)切割中(zhong)(zhong)(zhong)的一(yi)些特(te)殊(shu)問題(ti)的處(chu)理能力(li)，彌補(bu)設計和轉檔過程中(zhong)(zhong)(zhong)的缺陷和不足(zu)。例(li)如：某電路(lu)板(ban)(ban)上(shang)既(ji)有0402chip，0.5 mm pich QFP IC，也(ye)有大于0805chip，甚至邊長超過2.0 mm的大焊(han)盤, 而(er)板(ban)(ban)厚是(shi)固(gu)定的，為(wei)了使所有焊(han)盤的錫(xi)膏(gao)量達到最佳，就要在開口(kou)尺寸(cun)上(shang)找到平衡(heng)點。

4.2.9 輔助氣體的影響激光切割采用輔助氣體是為了排除切口中的熔融物質，使切割過程得以順利的持續進行，同時，保護鏡頭免受損傷，另外，如果輔助氣體和被切割材料發生放熱反應的話，還可以為切割提供額外的能量，加速切割的進行。

4.2.10 氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)壓(ya)(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)激(ji)光(guang)切(qie)(qie)割(ge)對輔助氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)基本要(yao)(yao)求是進(jin)入切(qie)(qie)口(kou)的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)流量(liang)大(da)、速(su)度高(gao)，以(yi)便有足夠的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)(dong)量(liang)將熔融材(cai)料(liao)噴出(chu)，并有充足的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)與材(cai)料(liao)發生(sheng)充分的(de)(de)(de)(de)(de)放熱反應(ying)。氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)壓(ya)(ya)力和氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)流量(liang)是重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)參數，氧氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)(ya)力越(yue)大(da)，流速(su)越(yue)高(gao)，燃燒(shao)化學反應(ying)和除去材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度也就越(yue)快。同時(shi)(shi)，也可以(yi)使切(qie)(qie)縫(feng)出(chu)口(kou)處反應(ying)產物快速(su)冷(leng)卻(que)(que)。在(zai)附近的(de)(de)(de)(de)(de)非切(qie)(qie)割(ge)區(qu)域，氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)作(zuo)為冷(leng)卻(que)(que)劑，縮(suo)小熱影響(xiang)區(qu)。但(dan)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力并非越(yue)大(da)越(yue)好，當氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)壓(ya)(ya)力過低(di)時(shi)(shi)，切(qie)(qie)口(kou)處熔融材(cai)料(liao)排(pai)除不盡，會(hui)形(xing)成毛刺及(ji)降(jiang)低(di)切(qie)(qie)割(ge)速(su)度；隨(sui)著(zhu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)壓(ya)(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)增大(da)，氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)流動(dong)(dong)量(liang)增大(da)，排(pai)渣能(neng)力提高(gao)，可獲(huo)得較(jiao)光(guang)滑的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)邊(bian)；但(dan)壓(ya)(ya)力過高(gao)時(shi)(shi)，不僅增加(jia)了氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)消耗量(liang)，還會(hui)使氣(qi)(qi)(qi)流紊亂，在(zai)工件表面形(xing)成渦流，降(jiang)低(di)了除渣效果(guo)，切(qie)(qie)縫(feng)寬度也會(hui)稍有增大(da)。因此，選擇合(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)壓(ya)(ya)力才能(neng)得到較(jiao)為理(li)想的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)割(ge)質量(liang)。    

◎激光模板的擴展應用

       除了制作絲印焊膏的整張模板，也可以制作小型模板，即在一張鋼片材料上產生多個PCB的絲印焊膏小型模板，具有節省人力、物力，方便儲存等特點。同時，還可以專門設計“返工小型模板”，用來返工或翻修單個元件。例如可制作針對某個元件的模板，根據其在印制板上的位置，確定小型模板的尺寸，如返修電源模塊和球柵陣列(BGA)等。當然，還可以制作點膠絲印模板等。

◎結束語

       經(jing)過各個方面(mian)做(zuo)了最合理的(de)配(pei)置及優化后(hou)，可(ke)使激光模板(ban)切割時形成微小(xiao)(xiao)金屬(shu)熔渣降低到最小(xiao)(xiao)，孔(kong)壁光滑，尺(chi)寸精(jing)確，錐(zhui)度合適，下錫良好，印(yin)刷(shua)效果滿足(zu)后(hou)續(xu)貼片、焊接等要求(qiu)。

       雙翌光電(dian)一直專注于從事(shi)機(ji)器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)(jue)(jue)行(xing)業，在機(ji)器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)(jue)(jue)系統及(ji)機(ji)器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)(jue)(jue)軟件(jian)領域(yu)(yu)不斷探索與研發，應用范圍涉及(ji)包(bao)裝印刷、電(dian)子、紡織(zhi)、汽車制造、半導體、等領域(yu)(yu)，為各(ge)行(xing)業工(gong)廠客戶提(ti)供機(ji)器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)(jue)(jue)產品(pin)、視(shi)覺(jue)(jue)(jue)自動檢(jian)測(ce)技術、視(shi)覺(jue)(jue)(jue)檢(jian)測(ce)設備(bei)，視(shi)覺(jue)(jue)(jue)定位，視(shi)覺(jue)(jue)(jue)對位，視(shi)覺(jue)(jue)(jue)測(ce)量(liang)，缺陷檢(jian)測(ce)，標(biao)簽檢(jian)測(ce)，印刷檢(jian)測(ce)，機(ji)器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)(jue)(jue)軟件(jian)，全套視(shi)覺(jue)(jue)(jue)解決(jue)方案(an)。