SMT工艺讲座 第五讲：贴片胶 环氧树脂及涂敷技术

第五讲：贴片胶/环氧树脂及涂敷技术
涂敷贴片胶（SMA）时，要求X/Y精度很高，胶量准确，通常使用点胶机或者丝网印刷设备和工艺来进行敷。

丝网印刷的速度比较快，尤其是在需要印刷大量点的情况下，总的循环时间是不变的，并与所要印刷的点数无关。

例如，把贴片胶点印刷到尺寸为200×200mm的测试电路板上的总循环时间大约为三十秒，其中包括在机器内和机器外的传输时间。

这种尺寸的电路板可能需要把多达18000个甚至更多的元件贴装到电路板上，其中包括各种集成电路、去耦电容器、总线终端电阻器，其他小型无源元件以及连接器这类元件。

无论是180个还是18000个胶点，丝网印刷机的工作周期都不会超过30秒。

而高速点胶机的最高速度为每小时140000个点，在30秒内不到1200个胶点。

一块18000个点的电路板大约需要7.7分钟。

如果电路板的点数更多或者形状比较复杂，这会进一步降低点胶机的速度。

循环时间为30秒，不论点的数量、类型和形状，当每块电路板的点数增多时，印刷工艺的优势也就表现出来了。

此外，这个工艺需要的设备相对而言不是太贵。

事实上，可以很容易地把标准的焊膏印刷机改造成贴片胶印刷机，然后在需要印刷焊膏时再把它改回来，从而节约了投资。

图1 MELF二极管（上）和1206片状电阻器（下)
模板设计
只要稍微花点时间了解一下贴片胶印刷模板的工作原理，就可以简化工艺，避免许多缺陷出现的可能。

大多数贴片胶印刷缺陷都可以在模板设计阶段进行跟踪，避免错误的出现。

所幸的是，计算机辅助设计（CAD）工具可以根据基本的产品文件产生大部份其他的信息，从而避免这些缺陷的出现。

搞清楚贴片胶印刷模板是三维模板，这一点非常重要。

与用于焊膏印刷的金属模板不同的是，它的设计必须考虑到现有电路板的表面布置，以免影响预先安装的元件或者在反面上突出来的穿孔元件引脚──引脚剪短并且打弯了。

因此，如果用最终的模板来生产高质量的产品，那么，针对模板设计工艺的基础输入数据必须包含关于组装生产的信息和关于孔的大小和尺寸的基本信息。

模板材料通常是热塑树脂，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETE），它的热膨胀系数（CTE）比较小，机械加工性能比较好。

这些模板通常的厚度是均匀的，一般在3mm到8mm之间，比用于焊膏印刷的激光切割钢模板厚，而且，这样可以减少与电路板上现有布置的接触机会。

在一般情况下，在印刷贴片胶时，需要使用各种形状和尺寸的模板。

焊膏印刷通常必须与标准的焊盘尺寸相配，适合具体的元件的形状。

与此不同的是，生产工程师或者工艺工程师能够优化贴片胶印刷，提高元件和电路板之间的连接的粘度。

这在大型元件上是非常常见的，例如，集成电路，在它上面印刷方形、十字形或者条形贴片胶（例如，在元件中心的下面）可以得到最理想的结果。

它可以印刷单独的一个点，除此之外，还可以同时印刷两个点或三个点来提高印刷的贴片胶的量。

使用符合设计要求的模板，可以使这些经过优化的形状一次印刷成功，但是，在更复杂的顺序中，可能需要使用点胶机。

不过，要清楚地知道每个需要印刷贴片胶的位置所要贴装的元件的类型，这点也非常重要。

例如，Gerber文件描述的适合金属电极表面（MELF）二极管和1206芯片电阻器的焊盘图形几乎完全一样。

但是，把MELF贴到电路板的胶点的高度比起1206电阻器的胶点高度高很多（图1）。

没有一组贴片胶印刷特性适合这两类元件。

图2 弯曲引脚的位置是未知
的而且引脚周围的空间绰绰
有余，用左图。

弯曲引脚的
位置是已知的，或者如果引
脚周围的空间非常有限，用
右图。

表面贴装元件是在印刷焊膏之前贴上去的，通常需要把模板下面对应于这些元件的位置挖掉一些，当模板与电路板接触时，这些元件就不会碰到模板。

我们必须知道模板上所有元件的类型和位置，这样就可以准确地在模板底面挖槽，那么这些元件就不会碰到模板。

另一方面，模板设计人员必须知道所有穿孔元件的特点与位置，这点也非常重要。

在引脚凸起的地方，还必须在模板底面正确地挖槽，使得这些凸起的引脚不会碰到模板。

在某些情况下，可能需要把元件的引脚剪掉并且弯曲。

模板设计人员必须知道引脚剪去的长度和弯曲的方向。

如果引脚总是向着同一位置弯曲，那么就可以少挖掉一点。

图2是如何在模板底面挖槽避免剪短并弯曲了的引脚碰到模板。

用于设计的数据
电路板的Gerber文件包含了丰富的信息，能够生成适合激光切割的程序，但是在设计三维模板时，例如在底面挖槽以便印刷贴片胶的PETE模板，只依靠Gerber数据是不够的。

所需要的其他信息是可以得到的，而且这些信息大都就在产品的CAD文件中。

这只需要少量的人工干预就可以自动生成许多模板设计工艺的输入数据。

满足数据要求的关键是识别出各个位置上的SMT元件，并且确定对间隙的大致要求，这样就可以正确地在模板上挖槽，保证在整个印刷过程中，模板与电路板保持紧密的接触。

可以从许多方面得到这类信息，以便在印刷贴片胶时，达到最理想的结果。

例如，由CAD系统生成的材料清单（BOM）或者元件清单描述了所使用的SMT元件，它能够确定每一个点的贴片胶适当数量。

可以设计出适合的小孔，同时还可以从大多数CAD系统中提取合适的元件数据，正如自动生成Gerber层。

图3是电子数据，其中包括焊盘的尺寸和位置，以及元件外形和其他细节，以便用于印刷。

所需要的其他信息是穿孔元件引脚剪后的长度。

这些信息可能在支撑电路板的文件中有确切的规定，或者来自于适合自动或者半自动插装机器设置。

从理论上讲，还需要提供一个完整的组装来协助完成模板设计。

如果这种组装可行，那么，这个例子应该算是非常完善了，它符合最新的技术规范的要求，而且不会造成缺陷。

如果电路板坏了，例如，元件脱离电路板掉了下来，那么，模板设计就可能要冒着以一套不完整的数据为蓝本进行设计的风险。

如果无法提供一套完整的组装，那么可能就需要一幅关于电路板的清晰数字图像。

图4 为了使胶透過模板上
比较厚的孔，在刮刀一侧
把孔做成锥形，形成漏斗
形的孔。

改进模板
微调各个贴片胶点的高度而不改变模板的厚度，这是可以做到的。

由于各种贴片胶的特性，如果增大孔的尺寸，在模板分开后胶点的高度会增加。

正是出于这个因素的考虑，用精心设计的模板所印刷出来的胶点高度最低为50祄，最高在1000祄以上。

符合电子元件工业联合会（JEDEC）标准的表面贴装元件的出现，例如0402，进一步推动模板设计的发展。

0402元件的焊盘要求贴片胶点很小，在开始时，它超出了孔直径与模板厚度比例的实际极限。

如果模板厚度为3mm，孔的直径不超过0.6mm，往往不能把适量的胶量转移到电路板上，形成可以重复的胶点。

用机器在模板上表面打出一个锥形孔（图4）贴片胶可以更好地进到孔中，同时，在模板上与电路板接触的一面，孔的直径仍然在0.6mm以下。

现在大家知道，锥形孔可以有效地印刷贴片胶，用于0402元件。

进一步的意见
关于贴片胶的丝网印刷，在处理和使用模板时要采取一定的预防措施，这方面的意见更有价值。

例如，如果用来生产模板的丙烯酸材料没有抗静电的特性，就必须采取一定的措施来保护电路板和它上面的元件，避免受到静电放电的影响。

不论是什么模板，清洗也很重要。

贴片胶模板也不例外。

如果要使用溶剂，那么，最好是只使用贴片胶制造商许可的溶剂。

自动清洗使用的是超声波技术或者水下喷射技术，也能够得到令人满意的清洗效果。

结论
充分了解贴片胶印刷的模板和针对焊膏印刷研制的模板之间差别，用印刷取代点胶，能够为许多SMT组装生产线节约产权成本并且提高产量。

进行印刷工艺的设备可能都一样，但是各种模板在原理上却有微小但非常重要的差别。

需要更多输入数据来生成贴片胶模板，而且大部份数据可以从现有的产品文件中得到。

首先，必须对此有一个清晰的认识，这样就可以很快地设计出适合于印刷贴片胶的模板，并在大批量生产中提高成品率。