摘要：

在SMT的工藝流程中，一個(gè)首要的步驟是將焊錫膏準(zhǔn)確無(wú)誤地絲印在PCB焊盤(pán)上，并且有準(zhǔn)確的開(kāi)口位置和開(kāi)口尺寸；精確的開(kāi)口錐度大小；側(cè)壁光滑,無(wú)毛刺；材料厚度均勻,無(wú)應(yīng)力；模板張力分布均勻等要求。而隨著SMT朝著細(xì)間距元件的方向發(fā)展，SMD封裝引腳的密度越來(lái)越密，封裝尺寸減小的趨勢(shì)對(duì)焊膏印刷形成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此對(duì)SMT印刷模板的精密性有了更高的質(zhì)量要求。本文即從多個(gè)方面分析和探討影響SMT模板的切割質(zhì)量的因素，以促進(jìn)和提升激光模板的質(zhì)量，使這種工藝技術(shù)得到充分的應(yīng)用，使SMT的品質(zhì)、生產(chǎn)效率得到更多的提高。

關(guān)鍵詞: SMT激光切割；模板切割

SMT工藝流程及模板的作用

1.1 SMT工藝流程

SMT即表面組裝技術(shù)，是相對(duì)于傳統(tǒng)的THT通孔插裝技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新的組裝技術(shù)。由于組裝工藝類(lèi)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(gè)步驟進(jìn)行：

生產(chǎn)準(zhǔn)備→激光模板制作→絲網(wǎng)印刷錫膏/點(diǎn)膠→貼裝SMD→回流焊→插裝組件→波峰焊→清洗→檢驗(yàn)測(cè)試→返修/包裝

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

1.2 模板的作用

在絲網(wǎng)印刷錫膏/點(diǎn)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(shù)，是SMT制造流程過(guò)程中關(guān)鍵的第一步，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生精確的絲網(wǎng)漏印焊膏模板，使焊膏漏印得以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。

激光切割不銹鋼原理

激光加工技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時(shí)釋放的能量來(lái)使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。SMT激光切割模板機(jī)一般由激光頭，移動(dòng)定位系統(tǒng)和軟件三部分組成。采用原始電子資料，通過(guò)計(jì)算機(jī)直接驅(qū)動(dòng)設(shè)備，通過(guò)透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。被加工的片狀不銹鋼材料張?jiān)诠ぷ髋_(tái)的夾具上，移動(dòng)定位系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或激光頭，使得被切割材料在切割頭下高速運(yùn)動(dòng)。激光頭由光源部分和切割頭組成，光源部分產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的聚焦激光束，激光束通過(guò)切割頭，垂直聚焦在被切割的材料表面上，加熱、融化、蒸發(fā)被切割材料，形成切縫，閉合的切縫形成焊盤(pán)開(kāi)孔。由于能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小或沒(méi)有變形。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理。切割不銹鋼時(shí)由于焦點(diǎn)在鋼材的底部，因此可以產(chǎn)生符合SMT焊膏漏印的倒梯形開(kāi)口。

激光模板的優(yōu)點(diǎn)

目前，模板的制造方法有三種，即化學(xué)刻蝕、激光切割、電鑄成型。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工序、模板質(zhì)量等方面的比對(duì)，目前采用的激光模板具有以下優(yōu)點(diǎn)：

質(zhì)量好：非接觸式加工，無(wú)應(yīng)力不變形，繃網(wǎng)后張力分布均勻。通過(guò)調(diào)整激光聚焦位置使開(kāi)口自動(dòng)形成錐形，利于錫膏脫模。切邊光滑，可與電鑄模板媲美。

速度快：成產(chǎn)工序少、操作簡(jiǎn)便、成產(chǎn)速度快、交貨日期短。

成本低：工序少，因此耗材少，模板重復(fù)使用率高，可達(dá)30萬(wàn)次以上。實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)化控制，操作簡(jiǎn)便，節(jié)約人力資源。

精度高：直接使用設(shè)計(jì)文檔，沒(méi)有攝影步驟，消除了位置不正的因素 �？椎某叽缇�度小，位置精度高，非常適合高密度設(shè)計(jì)。

無(wú)污染：生產(chǎn)過(guò)程無(wú)化學(xué)藥液，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，對(duì)操作人員身體健康無(wú)害。

基于模板對(duì)SMT工藝的重要性及激光模板所具有的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)SMT激光模板的切割質(zhì)量做一個(gè)深入而詳細(xì)的探討，這對(duì)實(shí)際應(yīng)用中工藝的改進(jìn)及一些問(wèn)題的克服有著重要的意義。

SMT激光模板切割質(zhì)量控制

4.1 切割質(zhì)量分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在SMT工藝中，印刷引起的SMT缺陷超過(guò)60%，其中僅由模板不良而引起的缺陷占35%，另外，60%的組裝缺陷和87%的回流焊接缺陷也是由于模板不良造成的。因此，模板對(duì)SMT的品質(zhì)、生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用，優(yōu)質(zhì)的模板可以顯著提高SMT工藝的質(zhì)量。

4.2 影響模板質(zhì)量的因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4.2.1 材料質(zhì)量因素：材料質(zhì)量因素相對(duì)穩(wěn)定，一般選擇進(jìn)口304#不銹鋼，其硬度、彈性等指標(biāo)均能滿足要求。這是個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的因素。

4.2.2 模板的設(shè)計(jì)：包括鋼片厚度的選擇、孔的開(kāi)口尺寸和開(kāi)口形狀。其中厚度與開(kāi)口尺寸決定了焊膏的涂覆量和準(zhǔn)確程度，其是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一環(huán)，開(kāi)口的形狀則對(duì)施加錫的質(zhì)量有影響。

4.2.3 模板的制作：包括尺寸精度、切邊平直度、開(kāi)口孔壁的粗糙度及形狀。尺寸精度是使用的基本要求，開(kāi)口孔壁的粗糙度及形狀決定了施錫質(zhì)量。

4.2.4 激光參數(shù)對(duì)切割質(zhì)量的影響

激光切割機(jī)大致上可以分為激光、機(jī)構(gòu)電控和軟件三大部分，在切割中，“刀”是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此，激光的參數(shù)是切割過(guò)程中的關(guān)鍵因素，包括光斑直徑、激光功率、重復(fù)頻率、焦點(diǎn)位置等，必須對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行多次調(diào)試、校驗(yàn)，找到各參數(shù)的最佳控制點(diǎn)，以得到最滿意的開(kāi)口質(zhì)量。

4.2.5 激光功率與激光重復(fù)頻率的影響

能量E為功率P與時(shí)間t的乘積，當(dāng)切割速度不變時(shí)，即激光照射時(shí)間恒定，隨著激光輸出功率增大，單位時(shí)間內(nèi)材料獲得的能量增加，材料溫度升高，導(dǎo)致熱影響區(qū)變寬，形變?cè)龃�，切縫寬度也隨之變大。

激光以脈沖方式工作，是利用高能量密度在瞬間熔化和氣化材料，在鋼片上打一系列連續(xù)的孔得到連續(xù)的切縫，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼片的連續(xù)切割。在這個(gè)過(guò)程中，相鄰激光光斑的重復(fù)程度即光斑的重復(fù)精度是關(guān)鍵的參數(shù)，它是指相鄰光斑重面積占光斑面積的百分比，可由簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系得出（在切割過(guò)程中打在鋼片上的光斑變形小，可以認(rèn)為仍是圓形的），它與激光重復(fù)頻率、脈沖寬度和切割速度有關(guān)。它對(duì)切邊的光滑度和切縫寬度都有較大的影響，重復(fù)精度越高則切邊越平滑質(zhì)量就越好。

4.2.6 切割速度的影響

切割速度決定了生產(chǎn)效率，在保證切割質(zhì)量的前提下，盡量提高生產(chǎn)率，降低加工成本，對(duì)現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展是一個(gè)不容忽略的問(wèn)題。

當(dāng)其它參數(shù)不變時(shí)，切割速度的變化意味著激光與材料的相互作用的時(shí)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(dāng)切割速度較低時(shí)，激光能量密度過(guò)大，使得切縫周?chē)�的材料也被熔化或氣化，�?dǎo)致熔渣多切縫粗糙，切割質(zhì)量較差。隨著速度的提高，當(dāng)達(dá)到一個(gè)合適的范圍時(shí)，激光能量密度足夠大，材料就會(huì)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(gè)極限值時(shí)，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(dāng)重復(fù)頻率一定時(shí)，切割速度提高到一定程度就會(huì)使切縫由平 直狀態(tài)變成不連續(xù)的小孔，因此，存在一個(gè)臨界速度，大于這個(gè)臨界值時(shí)，切割就變成打孔。

4.2.8 開(kāi)口尺寸設(shè)計(jì)對(duì)切割質(zhì)量及絲印質(zhì)量的影響

軟件部分用于數(shù)據(jù)接收、開(kāi)口設(shè)計(jì)、處理并控制和驅(qū)動(dòng)激光頭以及移動(dòng)系統(tǒng)。其中開(kāi)口設(shè)計(jì)及處理這部分，具有對(duì)激光切割中的一些特殊問(wèn)題的處理能力，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)檔過(guò)程中的缺陷和不足。例如：某電路板上既有0402chip，0.5 mm pich QFP IC，也有大于0805chip，甚至邊長(zhǎng)超過(guò)2.0 mm的大焊盤(pán), 而板厚是固定的，為了使所有焊盤(pán)的錫膏量達(dá)到最佳，就要在開(kāi)口尺寸上找到平衡點(diǎn)。

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(zhì)，使切割過(guò)程得以順利的持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)，保護(hù)鏡頭免受損傷，另外，如果輔助氣體和被切割材料發(fā)生放熱反應(yīng)的話，還可以為切割提供額外的能量，加速切割的進(jìn)行。

4.2.10 氣體壓力的影響

激光切割對(duì)輔助氣體的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量大、速度高，以便有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴出，并有充足的氣體與材料發(fā)生充分的放熱反應(yīng)。氣體壓力和氣體流量是重要的參數(shù)，氧氣壓力越大，流速越高，燃燒化學(xué)反應(yīng)和除去材料的速度也就越快。同時(shí)，也可以使切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物快速冷卻。在附近的非切割區(qū)域，氣體作為冷卻劑，縮小熱影響區(qū)。但氣體的壓力并非越大越好，當(dāng)氣體壓力過(guò)低時(shí)，切口處熔融材料排除不盡，會(huì)形成毛刺及降低切割速度；隨著氣體壓力的增大，氣體流動(dòng)量增大，排渣能力提高，可獲得較光滑的切邊；但壓力過(guò)高時(shí)，不僅增加了氣體的消耗量，還會(huì)使氣流紊亂，在工件表面形成渦流，降低了除渣效果，切縫寬度也會(huì)稍有增大。因此，選擇合適的氣體壓力才能得到較為理想的切割質(zhì)量。     

激光模板的擴(kuò)展應(yīng)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(chǎn)生多個(gè)PCB的絲印焊膏小型模板，具有節(jié)省人力、物力，方便儲(chǔ)存等特點(diǎn)。同時(shí)，還可以專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)“返工小型模板”，用來(lái)返工或翻修單個(gè)元件。例如可制作針對(duì)某個(gè)元件的模板，根據(jù)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(dāng)然，還可以制作點(diǎn)膠絲印模板等。

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)各個(gè)方面做了最合理的配置及優(yōu)化后，可使激光模板切割時(shí)形成微小金屬熔渣降低到最小，孔壁光滑，尺寸精確，錐度合適，下錫良好，印刷效果滿足后續(xù)貼片、焊接等要求。

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