毕业设计（论文）印刷质量缺陷分析与印刷机的设备维护

南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 学号 系部 机电学院 专业 电子组装技术与设备（SMT） 题目 印刷质量缺陷分析与印刷机的设备维护指导教师 评阅教师 完成时间： 2012年 4月20日毕业设计(论文)中文摘要题目：印刷质量缺陷分析与印刷机的设备维护摘要：随着电子产品的不断普及，对于PCB板的质量要求也越来越高。所以印刷的缺陷会导致整个PCB板的不合格，提高它的质量是至关重要的，影响缺陷产生的无非是印刷机和焊膏两大类但是不排除人为的因素。就从这几个方面开始分析质量产生的原因和怎么去改进。其中设备的维护也是必不可少的部分。目前PCB板印刷主要是用丝印机来取代手工的印刷方式，焊膏的粘性和颗粒成分有直接的关系，还有就是焊点的分布也是很关键的。缺陷无非有少锡，塌陷，连点，错位等。本文研究了印刷质量缺陷的原因和怎么去减少这些缺陷常见缺陷，还有如何去更好的保养设备让其更好的工作。关键词： 印刷缺陷 焊膏 设备维护 毕业设计(论文)外文摘要Title : Print quality defects analysis and maintenance of printing equipmentAbstract: With the continued popularity of electronic products, quality requirements for PCB Board is getting higher and higher. Printing defects can cause the entire PCB Board is not eligible, improve its quality is vital, is none other than the printing press of the effect defect and solder two categories but not excluding the human factor. Several aspects from the start analysis of causes and how to improve quality. Equipment maintenance is also essential part of them. Current PCB printing screen printing machine for mainly to replace the hand printing, adhesive and solder paste is directly related to particle composition, there is distribution of solder is very critical. Defects are nothing more than small Tin, collapse, rolling, dislocation, and so on. In this paper, the print quality defect causes defects in and how to reduce the common, also how to better maintenance of the devices allow it to work better.keywords: typographic error soldering paste corrective maintenance目 录1 引言2 印刷机2.1 印刷机的组成和结构 2.2 印刷机的工作原理3 印刷质量缺陷及解决办法3.1 印刷不全3.2 塌陷3.3 焊膏太薄3.4 焊膏厚度不一致3.5 边缘和表面有毛刺4 影响印刷质量的因素及分析4.1 焊膏的特性4.2 模版的因素4.3 焊膏印刷过程的工艺控制5 印刷设备的维护结论致谢参考文献1 引言随着时代的发展，人们对生活的要求也越来越高，随之而来的就是对消费产品的要求有了更进一步的提高。现代的电子产品讲究高密度、高性能、小体积、低消费，所以这就要求各位商家采取措施来补救。SMT的出现正为这个问题提供了解决方案，它在我国的发展也随着社会要求开始了，很多公司正是看到了这个商机。作为SMT工艺的第一步印刷。印刷质量的好坏将直接影响贴片机和回流焊的质量，将直接关系到整个电子产品的性能。印刷机的状态是决定印刷质量好坏的主要因素，它将为后续动作提供一系列的铺垫，所以印刷机的维护就是相当重要的一部分。要正确做好印刷机的日、周、月、半年保养才能使印刷质量达到最好。2 印刷机2.1 印刷机的组成和结构 图1日立印刷机焊膏印刷机主要由网板、刮刀、印刷工作台、PCB定位系统等结构组成。日立印刷机如图1所示。2.2 印刷机的工作原理网板和印制电路板定位后，对刮刀施加压力，同时移动刮刀是焊膏滚动，把焊膏填充到网板的开口位置，进而利用焊膏的触变性和粘附性通过网孔把焊膏转印到印制电路板上 ， 下图是印刷原理示意图 图2 印刷原理示意图（1）图2 印刷原理示意图（2）3 印刷机的缺陷及解决办法焊膏印刷是一项十分复杂的工艺，既受材料的影响，同时又跟设备和参数有直接关系，通过对印刷过程中各个细小环节的控制，可以说是细节决定成败，为防止在印刷中经常出现的缺陷，下面简要介绍焊膏印刷时产生的几种最常见的缺陷及相应的防止或解决办法。3.1 印刷不完全印刷不完全是指焊盘上部分地方没有印上焊膏，产生的原因可能是；（1） 开孔堵塞或部分焊膏黏在模板底部（2） 焊膏黏度太小（3） 焊膏中有较大尺寸的金属粉末颗粒（4） 刮刀磨损图3印刷不完全防止解决办法：清洗开孔和模板底部，选择黏度适合的焊膏，并使焊膏印刷能有效的覆盖整个印刷区域；选择金属粉末颗粒尺寸与开孔尺寸相对的焊膏；检查更换刮刀。如图3所示。3.2 塌陷 印刷后，焊膏往焊盘两边塌陷产生的原因：（1） 刮刀压力太大（2） 印制板定位不牢（3） 焊膏黏度或金属含量太低图4焊膏塌陷防止或解决的办法：调整压力，重新固定印制板，选择合适黏度的焊膏。如图4所示。3.3 焊膏太薄产生的原因：（1） 模板太薄（2） 刮刀压力太大（3） 焊膏流动性差防止或解决办法：选择合适厚度的模板，选择颗粒度和黏度合适的焊膏，降低刮刀压力。3.4 厚度不一致印刷后焊盘上的焊膏厚度不一致，产生的原因：（1） 模板和印制板不平行（2） 焊膏搅拌不均匀，使得颗粒度不一样图5印刷厚度不一 防止或解决办法：调整模板与印制板的相对位置，印前充分搅拌焊膏。如图5所示。3.5 边缘和表面有毛刺图6印刷有毛刺产生的原因可能是焊膏黏度偏低，模板开孔孔壁粗糙。防止或解决的办法：选择黏度略高的焊膏，印刷前检查模板开孔的蚀刻质量。如图6所示。4 影响印刷质量的因素及分析4.1 焊膏的因素 焊膏比单纯的锡铅合金复杂得多，主要成分如下：焊料合金颗粒、助焊剂、流变性调节剂、粘度控制剂、溶剂等。确实掌握相关因素，选择不同类型的焊膏；同时还要选择产品制程工艺完善、质量稳定的大厂。焊膏如图7所示，通常选择焊膏时要注意以下因素：图7焊膏4.1.1 焊膏的黏度 (Viscosity) 焊膏的黏合性是指焊膏粘在一起的能力，其主要取决于焊膏中助焊系统的成分以及其他的添加剂（例如胶粘剂、溶剂、触变剂等）的配比量。如果焊膏本身粘在一起的能力强，它就利于焊膏脱模，并能很好的固定其上的元件，减少元件贴装时的飞片或掉片，并能经受贴装、传送过程时的震动或颠簸。4.1.2 焊膏的粘性 (Tackiness) 焊膏的粘性不够，印刷时焊膏在模板上不会滚动，其直接后果是焊膏不能全部填满模板开孔，造成焊膏沉积量不足。焊膏的粘性太大则会使焊膏挂在模板孔壁上而不能全部漏印在焊盘上。 焊膏的粘性选择一般要求其自粘能力大于它与模板的粘接能力 , 而它与模板孔壁的粘接力又小于其与焊盘的粘接力。 4.1.3 焊膏颗粒的均匀性与大小 膏焊料的颗粒形状、直径大小及其均匀性也影响其印刷性能 , 最近行业中由 01005 器件印发的对 3# 、 4# 、 5# 焊膏的印刷特性研究真是不少，笔者觉得某一类焊膏的焊料颗粒，型号范围内最大颗粒的直径约为或者略小于模板开口尺寸的 1/5, 再选用适当厚度和工艺打孔的网板就能达到理想的印刷效果。通常细小颗粒的焊膏会有更好的焊膏印条清晰度 , 但却容易产生塌边 , 被氧化程度和机会也高。一般是以引脚间距作为其中一个重要选择因素 , 同时兼顾性能和价格。 表1引脚间距和颗粒直径的关系引脚间距（mm）0.8以上0.650.50.4颗粒直径（mm）75以上60以下50以下40以下4.1.4 焊膏的金属含量 焊膏中金属的含量决定着焊接后焊料的厚度。随着金属所占百分比含量的增加 , 焊料厚度也增加。但在给定黏度下 , 随金属含量的增加 , 焊料的桥连倾向也相应增大。 回流焊后要求器件管脚焊接牢固 , 焊量饱满、光滑并在器件 ( 阻容器件 ) 端头高度方向上有 1/3 2/3 高度的爬升。为了满足对焊点的焊锡膏量的要求 , 通常选用 85% 92% 金属含量的焊膏 , 焊膏制作厂商一般将金属含量控制在 89% 或 90%, 使用效果更好。 4.1.5 工作寿命与存储期限工作寿命是指焊膏印后到安放元件允许经历的时间，若焊膏中所含溶剂挥发性过大，易使焊膏干燥而不易作业，且易失去对元件的黏着力。应选择至少有4h有效工作时间的焊膏，否则会对批次生产造成困扰。存储期限是指在规定的保存下，焊膏从出厂到性能布置严重降低的保存期限，一般规定为3-6个月，也有一年的，由于焊膏中有化学添加物，易因温度和时间而变化，失去原有功能，因此保存期限和使用器件需加注意。4.2 模版的因素4.2.1 网板的材料及刻制 通常用化学腐蚀和激光切割两种方法 , 对于高精度的网板 , 应选用激光切割制作方式 , 因为激光切割的孔壁直 , 粗糙度小 ( 小于 3 ) 且有一个锥度。有人已经通过实验证实针对盐粒大小的 01005 器件，焊膏印刷有更高的精度要求，激光切割已经不能满足，需要采用特殊电铸，也叫电镀。4.2.2 网板的各部分与焊膏印刷的关系 （1）开孔的外形尺寸网板上开孔的形状与印刷板上焊盘的形状几何尺寸对焊膏的精密印刷是非常重要的。在贴片的时候，高端的贴片机能精确控制贴装压力，目的也包括尽量不去挤压、破坏焊膏图案，以免在回流出现桥连、溅锡。网板上的开孔主要由印刷板上相对应的焊盘尺寸决定。一般为网板上开孔的尺寸应比相对应焊盘小 10% 。实际上不少企业在网板制作上采取的是开孔和焊盘比例 1 ： 1 ，小批量、多品种的生产还存在大量的手工焊接，笔者实验焊接过不少 QFN 器件，用的是手工点焊膏的方法，并且严格控制了每个点的焊膏量，但无论怎么调节回流温度，用 X-RAY 检测，器件底部都存在或多或少的锡珠。根据实际情况不具备制作网板的条件，最后用器件植球的方法才达到了较好的焊接效果，但这也是满足了特殊条件，并只能在很小批量生产时才能使用。QFN器件焊盘如图8所示。 图8 QFN器件焊盘（2）网板的厚度 网板的厚度与开孔的尺寸对焊膏的印刷以及后面的再流焊有着很大的关系 , 具体为厚度越薄开孔越大 , 越有利于焊膏释放。经证明 , 良好的印刷质量必须要求开孔尺寸与网板厚度比值大于 1.5 。否则焊膏印刷不完全。一般情况下 , 对 ,0.3 0.4 的引线间距 , 用厚度为 0.12 0.15 网板 ,0.3 以下的间距 , 用厚度为 0.1 网板。 （3）网板开孔方向与尺寸 焊膏在焊盘长度方向上的释放与印刷方向一致时 , 比两者方向垂直时的印刷效果好。4.3 焊膏印刷过程的工艺控制 焊膏印刷是一个工艺性很强的过程 , 其涉及到的工艺参数非常多 , 每个参数调整不当都会对贴装产品质量造成非常大的影响。 4.3.1 丝印机印刷参数的设定调整 （1）刮刀压力 刮刀压力的改变 , 对印刷来说影响重大。太小的压力 , 会使焊膏不能有效地到达模板开孔的底部且不能很好地沉积在焊盘上 ; 太大的压力 , 则导致焊膏印得太薄 , 甚至会损坏模板。理想状态为正好把焊膏从模板表面刮干净。另外刮刀的硬度也会影响焊膏的厚薄。太软的刮刀会使焊膏凹陷 , 所以建议采用较硬的刮刀或金属刮刀。（2）印刷厚度 印刷厚度是由模板的厚度所决定的 , 当然机器的设定和焊膏的特性也有一定的关系。印刷厚度的微量调整 , 经常是通过调节刮刀速度及刮刀压力来实现。适当降低刮刀的印刷速度 , 能够增加印刷至印制板的焊膏量。有一点很明显 : 降低刮刀的速度等于提高刮刀的压力 ; 相反 , 提高了刮刀的速度等于降低了刮刀的压力。 （3）印刷速度 刮刀速度快有利于模板的回弹 , 但同时会阻碍焊膏向印制板焊盘上传递 , 而速度过慢会引起焊盘上所印焊膏的分辨力不良。另一方面刮刀的速度和焊膏的黏稠度有很大的关系 , 刮刀速度越慢 , 焊膏的黏稠度越大 ; 同样 , 刮刀速度越快 , 焊膏的黏稠度越小。通常对于细间距印刷速度范围为 12 40 / 。表2为引脚间距与速度的关系。引脚间距（mm）推荐速度（mm.s -1）少于0.30.1-0.50.4-0.50.3-1.00.5-0.650.5-1.0超过0.650.8-3.0表2引脚间距与速度的关系（4）印刷方式模板的印刷方式可分为接触式（on-contact）和非接触式（off-congtact）,模板与印制板之间存在间隙的印刷为非接触试印刷，在机器设置时，这个距离是可调整的，一般间隙为0-1.27mm，而模板印刷没有印刷间隙的印刷方式称为接触式印刷，接触式印刷的模版垂直抬起可使印刷质量所受影响最小，它尤其使用细间距的焊膏印刷。（5）刮刀的参数 刮刀的参数包括刮刀的材料、厚度和宽度。刮刀相对于到刀架的弹力以及刮刀对于模板的角度等，这些参数均不同程度的影响着焊膏的分配，其中刮刀相对与模板的角度为60度到65度时焊膏印刷的品质最佳。在印刷的同时要考虑开口的尺寸和刮刀走向的关系，焊膏的传统印刷方法是刮刀沿着模板的X或Y方向以90度运行，这往往导致了器件在开口不同走向上焊膏含量的不同，经实验认证，当开孔长方向与刮刀方向平行时刮刀的焊膏厚度比俩者垂直对刮刀的焊膏厚度多了约60%，刮刀以45%的方向进行印刷时可明显改善焊膏在不同模板开孔走向上的失衡现象，同时还可以减少刮刀对细间距的模板开孔的损坏。（6）脱模速度印制板与模板的脱离速度也会对印刷效果产生较大影响。时间过长容易在模板底部残留焊膏，时间过短不利于焊膏的直立影响清晰度。其实每个丝网印刷设备的制造公司在型号研制都会做大量的印刷实验，设计细节上也都有各自的特色，当需要购买印刷设备的时候，应该向厂商做详细的咨询，多做比较把厂家针对上述几个参数的实验和论证过程仔细的研究。（7）模板的清洗在焊膏印刷过程中一般10块需要对网板底部清洗一次，以清除附着物，通常采用无水酒精作为清洗液。4.3.2 焊膏使用的工艺控制（1）严格有效期内使用焊膏，平日焊膏保存在冰箱内在使用的时候置于室温6小时以上，之后方可以开盖使用，用后焊膏单独存放再用时确定品质是否合格。（2）生产前操作者要用专用设备搅拌焊膏使其均匀，最好定期用粘度测试仪或定期对黏度进行抽测。（3）当日当班印刷首块印制板或设备调整后，要利用焊膏厚度测试仪对焊膏厚度进行测定，测试点选在印制板测试面的上下、左右、中间等5个点，记录数值，要求焊膏厚度范围在模板厚度-10%15%。5 印刷设备的维护确保SMT线的生产和品质，印刷工序的优劣是SMT生产线产品品质的关键环节。日常点检及预防保养对印刷机非常重要。（1） 日常点检表3点检项目实施项目点检内容对应措施备注周期使用前使用中1、气压源确认主压力计是否在0.49Mpa以上调整压力2、印刷合无损坏或无锡膏清扫3、钢网接受部滑动部固定好确认确已固定4、刮刀胶衬无损坏或污糟修补，交换，清扫钢网接受部无污槽5、钢网清洁是否有溶剂确定清洁纸的余量补充溶剂换清洁纸吸嘴无无槽6、传动系统确认传动带传动是否正确如有传到带松动请修理具体点检项目如表3所示。（2）印刷设备的维护1）确认气压源具体的内容如图9和图10所示。图9主压力表和减压阀使用前：请确认主压力计应显示在约0.5MPa以上图10确认气压源2）确认印刷台a）单侧夹紧部有没有被损坏 。b）底板上的污糟要将其拆卸清理干净。c）检查有没有焊屑跌落并凝固在里面。d）单侧夹紧部是否粘有溢出的焊料。3）确认钢网接受部图11为钢网接受部示意图。图11钢网接受部4）刮刀胶衬确认具体确认如图12所示。 图12刮刀固定部5）钢网清洁确认清洁纸部位的注意事项如图13所示。图13清洁纸部位结论随着表面贴装技术的快速发展，在其生产过程中，焊膏印刷对于整个生产过程的影响和作用越来越受到生产工艺师和工艺工程师们的重视，焊膏印刷技术是采用已经制好的网板，用一定的方法使丝网和印刷机直接接触，并使焊膏在网板上均匀流动，由掩模图形注入网孔。当丝网拖开印制板时，焊膏就以掩模图形的形状从网孔脱落到印制板相应的焊盘图形上，从而完成了焊膏在印制板的印刷。我们只有不断的去了解焊膏印刷的缺陷种类才能更好的去解决焊膏印刷对印制板的影响，比如说印刷不完全,塌陷，锡少，桥连等只有根据这些来更好的作出相对的解决方法才能有效的解决问题。在这里研究了焊膏对印刷质量产生的影响还有网板，PCB上焊点的分布。所以全面的剖析了导致这些因素的根源，方便以后能更好的实施。在设备维护这方面也具体的介绍了该做的哪些工作，以便能更好的去提高生产的效率。为保证表面贴装产品质量,必须对生产各个环节中的关键因素进行分析研究,制定出有效的控制方法。作为关键工序的焊膏印刷更是重中之重,只有制定出合适的参数,并掌握它们之间的规律,才能得到优质的焊膏印刷质量。致谢在实习期间和写论文的过程中，我的指导老师朱桂兵老师给了我很大的帮助；还有在将近三年的学习和生活中给我提供帮助的辅导员赵玉玲老师以及其他的各位任课教师、和为我提供良好环境的学校领导。是他们让我掌握了专业知识和专业技能，更重要的是让我学会了怎样在社会中与人相处，这使我很快适应了公司环境和与同事相处的技巧。在此，我衷心的感谢他们。参考文献1 文沛先.表面组装技术专业外语. 南京信息职业技术学院，20052 张文典.实用表面组装技术.电子工业出版社，20073 周德俭，吴兆华 .表面组装工艺技术,2002 4 宣大荣,韦文兰,王德贵.表面组装技术.电子工业出版社，19945 钟名湖，电子产品结构工艺