焊膏喷射：一种整体方法

喷射锡膏是一种技术，其机理与传统的锡膏沉积方法大不相同。每个都在生产线上占有一席之地。了解它们的工作原理，可以更好地选择浆糊并最大限度地提高生产效率。我们将回顾三种主要的沉积方法：锡膏分配、印刷和喷射。

焊膏分配

这种方法已经使用了几十年，其核心是在一个时间单位内以可控方式挤压焊膏。最简单的锡膏分配形式是一个时间压力阀，在注射器顶部施加空气，并通过喷嘴将材料从底部压出。在这种情况下，空气压力和喷嘴孔决定了单位时间内排出的材料量。平衡空气压力到喷嘴直径是精确分配的关键。过大的空气压力和材料会压缩，产生一个反压力，即使从注射器中移除空气压力，也会继续从喷嘴流出材料。

另一种更广泛使用的焊膏分配方法是螺旋阀，也称为阿基米德螺旋。与时间压力阀相比，由于螺旋钻螺钉提供的控制水平，这可以实现精确和快速的材料沉积（图1）。

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图1：通过转速和旋转角度控制精确定量液体的螺旋阀。

焊膏分配非常灵活，允许将焊膏分配到空腔和安装部件的顶部，并通过一个设置来制作小的和大的点。线条和不规则的分配路径也是可能的。其主要缺点是，与丝网印刷和喷射点胶相比，焊膏的点胶速度相对较慢。螺旋阀与丝网印刷一起用于附加和/或空腔分配应用，以最大限度地提高生产线的灵活性。

丝网印刷锡膏

丝网印刷是使用SMT在大批量生产环境中应用焊膏的最常用方法。这种技术可以快速地将印刷的锡膏图案转移到高产量的平面上。虽然过程控制引入了复杂性，但操作原理简单。一个模板或屏幕是与孔对齐的模式，需要存放在板上。板和模板对齐并相互接触。接下来，刮刀将锡膏沿着通常为Y方向的模具移动，锡膏进入模具孔，并用从模具孔转移到板上的材料填充（图2）。

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图2：丝网印刷，其中的浆糊通过刮刀运动在模具上滚动。

此过程允许在一次过程中生成许多打印特征，但模具厚度将限制此方法可应用的特征尺寸和材料体积。尽管存在阶梯式模具，允许使用单个模具进行大点和小点沉积，但有一些设计规则限制了其功能。根据IPC-7525模板指南，对于每25微米的高度（向下），必须允许900微米的距离（坡度）。对于100微米的台阶，需要允许3.6毫米的坡度。由于这一限制，空腔印刷对于高填充板来说是困难的。其他必须考虑的因素是转换和总体拥有成本，因为模板需要随着时间的推移进行清洁、存储和更换。在董事会变动频繁的情况下，这些成本开始累积。

喷印焊膏

一般来说，喷射印刷是将动量从活塞传递到材料上，在这种情况下，就是焊膏。在空中喷射是指在不停止龙门系统的情况下喷射物料的能力，这可以实现最大的吞吐量。最常见的喷射形式要求活塞与阀座直接接触以传递动量。由于焊膏中焊料颗粒的柔软性，这种方法不适用，因为它会导致球体变平（称为“压印”），最终堵塞喷嘴孔。

为了可靠地喷射焊膏，必须在不接触硬表面的情况下进行动量传递，以消除压印效应，从而随着时间的推移持续喷射。无接触传递动量的最佳方法是通过非常高的加速度，将高加速度与精确的体积控制相结合，可以通过一个硬件设置喷射各种不同的点尺寸（图3）。

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图3：焊膏喷射，螺旋钻以可控方式将焊膏送入气室，压电活塞将动量传递到喷射焊膏。

通过控制送入室中的材料，可以创建固定体积。通过在一次放炮中将该体积移出药室，您可以准备好药室以重新填充另一个固定体积。利用这一原理，您可以在不改变喷射频率的情况下创建一个可变体积的材料沉积，因为焊膏体积是通过将材料送入腔中精确控制的。容积由活塞在其静止位置的位置控制。定义该装置功能范围的机制存在物理限制，但这些都是定义良好的，能够以高达300 Hz或1000000 dph的恒定速度通过单个设置实现广泛的输出（图4）。

喷射焊膏不仅允许单点变化，还可以通过多种途径定制焊膏沉积物。可以对体积、粘贴高度、形状、位置和焊盘覆盖范围进行自定义（图5）。

图4：印刷电路板上不同体积锡膏的焊膏喷射打印示例。

喷射焊膏可以使焊膏沉积在同一程序中拉伸、在空腔内和部件顶部打印的柔性基板上，并在丝网印刷后以极快的速度添加焊膏，而不会浪费材料。这种喷射技术的未来是更小的点、更细的螺距和其他材料。一些较小的焊膏点和较细的间距目前是可能的——200-微米的点和300-微米的间距（图6）。

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图5：控制粘贴高度的喷射控制（顶部），并优化（底部）衬垫覆盖范围和体积。

生产喷射

为了了解在生产环境中喷墨打印的工艺能力，与SMT生产公司GP Elektronik A/S开始了合作。下面将介绍生产方法和结果的摘要。

方法论

测试系列包括大约400块分布在两种不同布局上的印刷电路板。所有的电路板都是用两台Mycronic My600喷墨打印机中的一台和两个v49喷射器制作的，用于实际沉积焊膏。试验中使用的焊膏为Senju LFAC19（来自Senju金属工业有限公司）。试验期间总共消耗了45 cm3焊膏。在MY600上喷射任何印刷电路板的每一个案例之后，每个面板都由Cyberoptics SQ3000和Cyberoptics Corporation的3D AOI机器扫描，以获得喷射沉积物的图像，以检测每个焊盘图案上的沉积物质量。

然后用Mycronic MY300拾取和放置系统安装PCB。此后，将印刷电路板转移到IBLvac645气相真空炉中进行回流。服务站的流程图如图7所示。

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图6：0.3毫米间距BGA喷墨打印的细间距能力测试示例。

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图7：测试流程图。