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SMT锡膏印刷

FPC 制程工艺 · SMT 组装段

SMT 印刷工艺详解

(印刷·磁性载具·钢网·SPI)

Surface Mount Technology for FPC

锡膏印刷 → SPI
从锡膏印刷到 SPI 的工艺、载具与钢网设计
贴件、回流焊、AOI、X-ray更新在下一版

SMT 印刷工艺详解

流程步骤

01 看懂 FPC 结构

单面/双面/多层、补强、覆盖膜、EMI

→ 知道印刷波动从哪里来

02 会设计磁性载具

三层结构、定位销、避位、磁铁阵列

→ 让 FPC 平、稳、可重复

03 会选锡膏与钢网

合金/粉径/助焊剂;0.1mm 激光钢网

→ 让锡膏填得进、脱得干净

04 会用 SPI 闭环

2D/3D、全检、判定、SPC 反馈

→ 让缺陷在印刷站被拦住

  • FPC 结构
  • 载具设计
  • 锡膏选型
  • 钢网设计
  • 印刷参数
  • SPI

看懂 FPC 叠层,才能解释印刷波动

典型 FPC 叠层(示意)

EMI/屏蔽接地与抗干扰
覆盖膜开窗决定可焊区
铜箔焊盘/线路/表面处理
PI绝缘、耐弯折、吸湿
补强连接器/元件底部
结构典型叠层SMT 印刷关注点
单面板1 层铜 + PI + 覆盖膜覆盖膜开窗、翘曲、焊盘平整度
双面板2 层铜 + PI 芯 + 覆盖膜过孔、两面开窗、板厚一致性
多层板3+ 层铜 + 胶 + PI层压厚度、盲埋孔、局部台阶
软硬结合FPC + FR4/金属补强补强高度、载具避位、热膨胀差
补强/EMIPI、FR4、SUS、屏蔽膜载具下沉/凸台、开窗与接地
典型 FPC 叠层示意
对印刷的影响

覆盖膜台阶、补强高度、表面处理与吸湿都会改变实际印刷间隙和锡膏转移率。

印刷站五步法

01 载具准备

• 平面度/磁铁/销钉
• 钢片清洁、无残锡
• FPC 方向与批次确认

02 放置FPC

• 按 ∅1.95 销钉定位
• 覆盖膜/补强避位
• 轻压贴平,不翘边

03 钢网对位

• FPC 光学点对位
• 钢网窗口避开光学点
• 确认钢片开窗无遮挡

04 锡膏印刷

• 填充—刮净—脱模
• 压力/速度/分离
• 首件 SPI 确认

05 SPI 全检

• 2D 面积/偏移/桥连
• 3D 高度/体积
• 越线报警与追溯

06 反馈/清洗

• 参数回写印刷机
• 钢网/钢片清洗
• SPC 趋势复盘

三个控制点

来料/载具

平面度 ≤0.2mm;钢片无残锡

对位/印刷

FPC 光学点 = 唯一基准

SPI/反馈

100% 全检;体积/高度趋势回写参数

磁性载具三层结构

总高 10 + 3 + 0.06 = 13.06mm(再加 FPC/锡膏)

电木底座 · 10mm基准与绝缘
固定FPC ∅1.95销钉
6061 铝板 /合成石· 3mm承载 FPC 过印刷/贴片/SPI/回流/AOI
背面嵌磁铁,正面做避位/下沉/凸台
平面度决定印刷间隙
SUS136 钢片 · 0.06mm压平 FPC,抑制翘起
贴件区/光学点必须开窗
表面清洁,防止锡膏反粘
磁性载具剖面磁性载具剖面
载具剖面|0.06mm钢片 10mm电木 3mm铝合金 FPC 定位销 钢网 ∅5×2mm 耐高温磁铁,嵌在铝板背面|钢网 → 锡膏 → FPC 焊盘(钢片开窗处)
  • 1.钢片是“压平层 + 开窗层”,0.06mm 厚度会在印刷面形成局部台阶,钢网开立和下锡量需预算。
  • 2.铝合金载具需做硬质氧化处理

铝板管“高度”,钢片管“开窗”

6061 铝板:高度补偿 + 避位

贴件区标准厚度:FPC + 补强 + Kapton =0.2mm~ 0.25mm

铝板

下沉

深度 = 超出量

凸台

高度 = 不足量

  • 高于 0.25mm:铝板下沉,补强外形外偏 0.5mm,深度 = 超出量
  • 低于 0.25mm:做凸台,补强外形外偏 0.2mm,高度 = 不足量
  • 非贴件区:1.按背面补强外偏 1.5mm 避位;深度补强厚度+0.1mm
    2.贴件面补强区靠FPC内侧避位至少2mm以上
  • 所有尖角;干涉图形修剪后再倒角,相交图形均需圆角过渡

SUS136 钢片:开窗 + 避位

贴件区/补强避位 · 光学点开窗

  • 贴件区按正面补强外偏 1.5mm 避位;需保证压住贴件区域
  • 非贴件区域非必要不要开窗
  • 开窗过多时不要留细节点,节点宽度应≥1.5mm
  • 钢片盖板为激光镭切,注意开口毛刺清洁以免造成FPC压伤

当贴件面的补强处于fpc中间时,在不影响贴件区需最大化避位,必要时按刮刀方向旋转FPC摆放角度设计,避开同一直线高低差影响。

锡膏选型:先定合金,再定粉径,最后定助焊剂

选型四步

01 合金

SAC305 默认;SnBi 低温;SAC0307 成本/热

02 粉径

按最小开孔/pitch 选 Type 4/5/6

03 助焊剂

免清洗、无卤、低空洞、抗塌陷

04 验证

黏度、金属含量、工作寿命、DOE

Type粒径(μm)典型适用
Type 145–75≥0.5mm pitch / 大焊盘
Type 220–380.4–0.5mm pitch,通用
Type 315–250.3–0.4mm pitch,细间距
Type 45–15<0.3mm / 超细开孔

合金选择

SAC305

默认,217–220°C

SnBi

低温 138°C,客户允许才用

SAC0307

成本/热平衡

默认建议

SAC305 Type 4/5,免清洗无卤,金属含量 88–89%,黏度 160–220 Pa·s;≤0.3mm pitch 选 Type 5/6;SnBi 仅在客户允许时使用。

磁铁排布要“均匀压平”,但不能干扰器件

磁铁五条要点

01 排布范围

磁铁必须在磁性钢片图形内,不能超出钢片。

02 间距

相邻磁铁圆心距 25mm;排布数量取决于钢片材质

03 安全距离

∅5mm:12.5mm;∅3mm:6.5mm;∅2mm:4.5mm(磁铁圆心到器件边/LPI 开口)。

04 埋入距离

距表面0.4mm~0.5mm

05 磁铁选型

钐钴 SmCo(耐 350 ℃)/ 铝镍钴(450 ℃)

磁铁排布
剖面图|∅5×2mm / 25mm 圆心距|磁铁远离器件>10mm|∅5×2mm 耐高温磁铁,嵌在铝板背面

锡膏使用管理

01 冷藏

2–10°C,密封,FIFO

02 回温

2–4h,整罐回温

03 搅拌

1–3min,不高速剪切

04 上线

8h 工作寿命,记录开罐

05 环境

20–25°C / 40–60%RH

06 回收

不回混、不加稀释剂

三条红线

  • 未经供应商批准,不加稀释剂
  • 不回混旧膏/新膏,不混批次
  • 不超工作寿命,不在钢网上长时间停置
  • 开罐、回温、上线、回收全部记录

与锡珠/气泡的关联

  • 过期/氧化/吸湿:飞溅、锡珠、空洞增大
  • 黏度下降/塌陷:印刷图形不稳,桥连风险上升
  • 回温不足/搅拌过度:助焊剂分离,脱模变差
  • 工作寿命超时:溶剂挥发,填充不足、拉尖

钢网设计:开口设计

宽厚比 = W / T > 1.5
面积比 = 开口面积 / 孔壁面积 > 0.66
孔壁面积 = 2×(长+宽)×T

阶梯钢网(Step Stencil)

  • 细间距区 step-down 减薄
  • 大焊盘区 step-up 增厚

阶梯高度差 0.025–0.05 mm;阶梯边界 1.5–2.0 mm 内不开孔(防应力开裂)。

钢网厚度适用元件说明
0.06–0.08 mm01005极薄钢网,防连锡
0.08–0.10 mm0201 / 0.4 mm pitch 以下细间距主流厚度
0.10–0.12 mm0402 / 细间距 IC常规与细间距兼顾
0.12–0.15 mm0603 以上 / 大焊盘功率件保证锡膏量
钢网开口钢网开口
开口宽 W 厚度 T 锡膏转移 焊盘

印刷参数:把锡膏“填满、刮净、脱干净”

参数起始建议(按自己厂内实际情况调整)
刮刀角度45–60°
压力5–10 kg / 300mm
印刷速度20–80 mm/s
分离速度1–5 mm/s
印刷间隙0–0.5 mm
清洗5–10 片/次

压力过大

锡膏挤到钢网背面 → 锡珠/桥连

速度过快

填充不足 → 少锡/空洞

分离过快

拉尖/带膏 → 锡珠/图形破损

印刷参数
刮刀类型

钢刮刀和胶刮刀,两种刮刀都有自己的使用场景,无特殊情况一般装钢刮刀。

SPI:3D 锡膏检测与闭环反馈

把印刷缺陷拦在贴件之前

为什么用 3D

2D 只能看「印没印偏」;3D 重构锡膏三维形貌,能量出体积与高度——少锡 20% 但位置正常的缺陷只有 3D 抓得到。

SPI 3D 锡膏检测
  • 量测项 体积 / 高度 / 面积 / X-Y 偏移 / 桥连 / 形状异常
  • 判据 体积 ±10–15%(按元件);桥连 100% 拦截;偏移超 1/3 焊盘判 NG
  • 技术路线 白光相移(主流)/ 激光扫描;亚微米级精度
  • 闭环价值 体积数据回馈印刷机自动补偿 + 钢网开口 DOE 依据——SPI 是「预防」不是「把关」
  • 代表机型 Koh Young KY8030 / aSPIre 3(行业标杆);CyberOptics;Omron;振华兴 VCTA

SPI:2D 看“有没有/偏不偏”,3D 看“够不够/高不高”

2D 检测
2D:面积 / 偏移 / 桥连 / 缺锡
3D 检测
3D:高度 / 体积 / 面积 / 共面

2D

• 速度快,适合全检筛查和桥连/偏移判定
• 不能直接测体积和高度,对 FPC 翘曲不敏感

3D

• 适合 FPC 翘曲与载具台阶场景,反映真实锡膏体积
• 全检 + SPC 趋势,比单次 PASS/FAIL 更有价值

FPC 易翘曲,优先用 3D 看体积/高度;2D 用于快速筛查。两者共用同一组 FPC 光学点。

回流气泡超规:印刷端能控制什么?

气泡来源(示意,回流后结果)

  • 助焊剂挥发/夹气
  • 填充不足/夹气
  • 焊盘污染/氧化
  • 气泡

气泡是回流后的结果;印刷端通过锡膏体积/高度一致性、助焊剂状态和夹气控制来降低风险。

快速判断

  • 锡膏是否充分回温、是否超工作寿命?
  • 钢片台阶/开孔是否夹气?
  • SPI 体积/高度是否连续波动?

印刷端可控

• 锡膏批次/回温/工作寿命/吸湿
• 粉径与助焊剂:低空洞、低飞溅配方
• 开孔面积比、钢片台阶、脱模完整
• SPI 体积/高度窗口与清洗频次
• 载具平面度、磁力均匀性

需后站协同(本次不展开)

• 回流曲线:预热/恒温/峰值/时间
• 氮气/真空回流、环境湿度
• 焊盘表面处理与污染
• 过孔/焊盘设计(如 via-in-pad)

行动顺序

锁批次/回温 → SPI 体积/高度趋势 → 低空洞锡膏评估 → 开孔/钢片台阶 DOE → X-ray 结果回写印刷窗口。

印刷不良图谱:现象 → 根因 → 对策

印刷贡献了 SMT 约六成缺陷——这里每一条都在后面的 SPI/AOI 有对应检出

不良现象主要根因对策
桥连相邻焊盘锡膏相连锡量过多 / 钢网偏厚 / 对位差开口内缩 / 阶梯减薄 / 校对位
少锡 / 漏印锡量不足或整块缺印堵孔 / 面积比 <0.66 / 刮刀磨损清钢网 / 重设开口 / 换刮刀
偏移锡膏偏离焊盘定位销磨损 / 板材涨缩 / CCD 未校准换定位销 / 靶标补偿 / 重新校准
拉尖脱模后边缘带刺(狗耳朵)脱模过快 / 孔壁粗糙 / 锡膏黏度高降脱模速度 / 电抛光孔壁 / 调黏度
锡珠 / 锡粉板面散落微小锡球助焊剂坍塌 / 板面污染 / 湿度高换高触变锡膏 / 清洁板面 / 控湿度 <60%
排查顺序口诀

先看钢网(开口/张力/底部)→ 再看刮刀(压力/角度/磨损)→ 再看参数(速度/脱模/间隙)→ 最后才怀疑锡膏与板。

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