PIP技術(shù) 模板印刷簡(jiǎn)介

隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們的生活水平的提高，人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求已經(jīng)走向輕薄，小型化，高性能和多功能，使電子產(chǎn)品的微型化和完整性成為主流他們的發(fā)展方向。為了提高元件的密度水平，許多單面和雙面電路板主要表現(xiàn)為表面貼裝元件（SMC）或表面貼裝器件（SMD）。然而，就固有強(qiáng)度，可靠性和適用性而言，PIP組件在某些情況下仍然比SMC和SMD具有更多優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于邊緣連接器。例如，在雙面SMT（表面貼裝技術(shù)）電路板中，采用混合組件，頂部有少量PIP元件，PIP技術(shù)的應(yīng)用有助于降低工藝和控制成本。 PIP技術(shù)是一種模板印刷方法，即在SMC表面和通孔安裝元件的通孔和焊盤(pán)上印刷一定量的焊膏。安裝完成后，高溫烘箱完成焊接。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，PIP技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：由于沒(méi)有波峰焊接，PCB制造和工藝流程得以簡(jiǎn)化。
b。由于所需設(shè)備，材料和工人的應(yīng)用較少，因此節(jié)省了車間空間。
c。 PCB生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)周期縮短。
d。可以避免波峰焊引起的高缺陷率，從而可以提高第一次通過(guò)率?？梢允÷砸粋€(gè)或多個(gè)熱處理步驟，以便PCB可焊性和元件可靠性提高。通孔回流焊（THR）技術(shù)能夠減少焊劑的數(shù)量，避免波峰焊引起PCB上焊劑的污染。

OSP表面處理的性能

作為PCB的透明有機(jī)材料表面處理，一方面，OSP通常經(jīng)過(guò)一次性高溫焊接后，對(duì)PCB存儲(chǔ)的要求極高，工藝時(shí)間短，PCB表面的有機(jī)保護(hù)膜會(huì)被破壞，導(dǎo)致抗氧化能力下降，容易導(dǎo)致二次回流焊接困難。另一方面，具有OSP表面光潔度的PCB具有更差的焊膏流動(dòng)性并且銅傾向于暴露在焊點(diǎn)上，這影響焊點(diǎn)的可靠性。此外，錫涂層的外觀不符合IPC3標(biāo)準(zhǔn)。因此，通常，具有OSP表面光潔度的PCB很少應(yīng)用于具有PIP技術(shù)的產(chǎn)品中。盡管如此，大多數(shù)公司仍然喜歡使用具有OSP表面光潔度的PCB，因?yàn)殡娐钒寰哂袃?yōu)異的均勻性，而具有OSP的PCB具有相對(duì)穩(wěn)定的制造技術(shù)且成本低，這對(duì)于其他類型的表面處理難以獲得。

組件要求

?組件在溫度承受能力方面應(yīng)符合回流要求。

例如，無(wú)鉛工藝組件應(yīng)能承受超過(guò)260°C的溫度超過(guò)10秒。專業(yè)PCB制造商應(yīng)具備處理無(wú)鉛表面處理的能力。以PCBCart為例，這是一家定制的PCB組件制造商，在無(wú)鉛加工方面非常出色。出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，我們將僅在本文中應(yīng)用無(wú)鉛工藝。

?需要在THR的過(guò)孔頂部涂覆錫膏。

為了使這個(gè)過(guò)程適用，采用PIP技術(shù)時(shí)，元件和電路板之間的距離應(yīng)為0.3mm-0.7mm。在相同條件下（印刷參數(shù)，焊盤(pán)和孔徑設(shè)計(jì)等），具有浸金和其他類型表面光潔度的PCB組件的引腳厚度比板厚1.5mm，并且底部焊點(diǎn)的錫涂層能夠滿足IPC3的要求。但是，采用OSP的PCB上的焊點(diǎn)往往會(huì)發(fā)生銅泄漏，外觀不符合IPC3標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證，錫涂層在元件引腳上效果更好在帶有OSP的PCB上，板厚比板厚大0.5mm到1.0mm，如下圖1所示。

為了阻止元件引腳推出孔內(nèi)錫膏，孔內(nèi)錫量不足，必須在元件引腳上進(jìn)行尖角或錐形加工。

?元件材料封裝要求應(yīng)與SMT相同。

元件必須符合自動(dòng)安裝SMT設(shè)備的要求。該要求涵蓋了元件高度，元件形狀，元件引腳間距等方面。

焊盤(pán)設(shè)計(jì)要求

PIP技術(shù)適用于具有OSP表面光潔度的PCB。元件布局要求應(yīng)與其他類型表面處理所覆蓋的PCB大致兼容。一般原則是根據(jù)雙面回流焊接的要求，將小部件放置在底側(cè)，而將大部件放置在頂側(cè)。組件不得放置在PIP組件周圍2mm范圍內(nèi);如果存在多個(gè)PIP元件，為了防止自動(dòng)安裝過(guò)程中產(chǎn)生的干擾，相鄰PIP元件之間的距離至少應(yīng)為10mm。

為避免相鄰引腳之間或焊盤(pán)之間產(chǎn)生錫連接可能導(dǎo)致錫內(nèi)孔或短路不足，相鄰?fù)?a target="_blank">中心之間的距離應(yīng)至少為2mm，相鄰焊盤(pán)邊緣之間的距離應(yīng)至少為0.6mm，墊邊緣與孔徑之間的距離應(yīng)至少為0.3mm。焊盤(pán)孔徑應(yīng)大于元件引腳直徑0.2至0.4mm。

圖2顯示了通孔的設(shè)計(jì)要求 d 指的是方形銷的對(duì)角線直徑的孔和銷， d i 是指通孔的直徑和 d A 是指通孔的外徑。由于具有OSP的PCB比具有其他類型表面光潔度的PCB具有更小的工藝窗口，因此在回流中往往會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)泄漏，因此必須合理地設(shè)計(jì)通孔的直徑。下面的表1顯示了 d i 的選擇以及要采取的問(wèn)題和措施。

對(duì)模板開(kāi)放設(shè)計(jì)的要求

PIP技術(shù)成功的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確的計(jì)算用于印刷的所需錫膏量。焊點(diǎn)所需的合金體積能夠根據(jù)引線形狀，通孔直徑和基板厚度來(lái)確定錫膏的量。錫膏體積的計(jì)算始于應(yīng)用理想的固體金屬焊點(diǎn)，這是一個(gè)完全填充的電鍍通孔，焊接的圓角留在PCB的頂部和底部。

由于采用PIP技術(shù)的焊點(diǎn)條款，焊點(diǎn)所需的錫膏量大于SMT元件所需的量。通常，印刷錫膏中的焊料僅占體積的約50％，而其余的是焊劑，隨著焊接的完成而揮發(fā)。結(jié)果，焊膏的體積將縮小50％。為了獲得優(yōu)異的焊接效果，應(yīng)在通孔安裝元件的每個(gè)通孔焊盤(pán)上保持適量的錫膏以補(bǔ)充焊料，否則會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，例如通孔內(nèi)的錫量不足，空隙或氣泡。

模板厚度和開(kāi)口尺寸不變，為了解決帶有OSP，銅漏電和潤(rùn)濕不良的PCB的錫量不足的問(wèn)題，在底部應(yīng)用預(yù)鍍錫，顯示在如下圖3所示。

另外，應(yīng)用尺寸范圍為0.13/0.18到0.25mm的梯形模板在表面一側(cè)，如圖4所示。

其他技術(shù)要求

?打印參數(shù)

打印參數(shù)會(huì)在一定程度上影響通孔中錫膏的填充量。錫膏印刷參數(shù)主要包括刮刀壓力，印刷速度，分離速度，刮刀和模板之間的角度，以及模板清潔模式和清潔頻率。刮墨壓力和印刷速度影響印刷質(zhì)量，壓力太大和速度太快都可能導(dǎo)致錫量不足。分離速度影響印刷后錫膏邊緣的定義;印刷角度會(huì)影響通孔中錫膏的填充量。如果其他變量不變，則打印角度的減小可以增加錫膏的填充量，如圖5所示。

對(duì)于具有OSP的PCB，錫膏填充量大于90％的情況尤其如此，能夠確保優(yōu)異的焊接效果。通孔中理想的錫膏填充量是通孔的錫量應(yīng)比底墊高0.5至1mm。如果沒(méi)有在PIP技術(shù)組件周圍放置具有精細(xì)間距的組件，則首先選擇45度的刮刀。

?安裝技術(shù)要求

與普通元件的SMT不同，采用PIP技術(shù)的元件具有特殊的外觀，極高的高度和高重量，為SMD帶來(lái)了廣泛的安裝處理能力，如精確的安裝定位和圖像處理能力。具有OSP的PCB表現(xiàn)出對(duì)安裝精度的更高要求，確保了每個(gè)安裝的穩(wěn)定性。否則，會(huì)出現(xiàn)安裝不良和錫不足等問(wèn)題。

?烤箱溫度設(shè)定要求

熱傳輸方式回流焊接技術(shù)主要來(lái)自紅外輻射，熱空氣對(duì)流以及紅外和熱空氣的組合。正確設(shè)置回流焊溫度曲線是焊點(diǎn)焊接質(zhì)量的保證?；阱a膏，PCB材料，熱敏元件和有價(jià)值元件的熱性能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了PIP技術(shù)的回流焊溫度曲線的設(shè)定方法。通過(guò)實(shí)際測(cè)量，可以表明在PIP元件的底部焊點(diǎn)和元件表面之間出現(xiàn)3到5度的溫差。因?yàn)樵谛枰酂崮艿耐變?nèi)部有太多的焊錫，并且由于這種類型的部件的大尺寸而獲得更多的熱能，這導(dǎo)致部件底部和內(nèi)部孔中的焊點(diǎn)的溫度升高相對(duì)緩慢。如果在具有OSP的PCB的底部應(yīng)用預(yù)鍍錫方法，則在第二次回流焊接中液相線溫度將略微升高。通過(guò)應(yīng)用不同溫度區(qū)域的回流爐，可以在允許加工的窗口內(nèi)適當(dāng)提高低溫區(qū)的溫度，獲得更好的起效效果。

?質(zhì)量檢測(cè)和判斷焊點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)

PIP元件焊點(diǎn)的質(zhì)量測(cè)試與普通SMT元件不同。它主要在兩個(gè)方面進(jìn)行：通孔的填充程度和焊球區(qū)域外的潤(rùn)濕性。焊料外圍潤(rùn)濕性的最低標(biāo)準(zhǔn)是需要檢查焊球和外圍潤(rùn)濕?？梢酝ㄟ^(guò)外觀檢查來(lái)檢查底側(cè)的銷的焊點(diǎn)。對(duì)理想焊點(diǎn)的要求是外觀飽滿，焊點(diǎn)周圍清潔，沒(méi)有錫球或焊劑污染。對(duì)于埋在元件下的引腳和通孔焊點(diǎn)，可以應(yīng)用X射線檢測(cè)進(jìn)行測(cè)試。