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锡膏钢网制造简史

一月 11, 2019 | Greg Smith, BlueRing Stencils
锡膏钢网制造简史

表面贴装技术(SMT)是20世纪60年代发展起来的,并于20世纪80年代中期得到广泛应用。 我在80年代制作了自己的第一块SMT钢网,虽然我并不感觉我有那么老,我仿佛觉得那些钢网就像昨天发生的事一样。 最初的SMT钢网采用黄铜,并采用化学蚀刻工艺制成。那时的钢网没有框架。 客户将钢网与PCB对准,用胶带将一面粘贴到电路板或夹具上,用橡胶刮刀涂布焊膏,抬起钢网,然后对下块重复相同的工序,直到完成所有电路板。化学蚀刻,也称为光化学铣削(PCM),它使用照相工艺将蚀刻抗蚀剂施加到黄铜的顶部和底部。然后,黄铜钢网通过传送带式蚀刻机,同时从顶部和底部蚀刻掉不需要的金属,形成钢网上的开口。

上世纪80年代后期,化学蚀刻工艺是制造SMT钢网的主要方法。90年代初,不锈钢取代了黄铜。新的SMT印刷设备进入市场,钢网可安装在带有聚酯网的铝框架中,很像现在的钢网。90年代,随着元器件变得越来越小,行业意识到,更光滑的开口可以形成更好、更均匀的焊膏沉积,从而引入了电抛光。

20世纪90年代末期至21世纪00年代初期,引入了用于切割薄不锈钢SMT钢网的激光切割设备。这些钇铝石榴石(YAG)激光器改变了SMT钢网的发展,能够比以前更快、更精确地生产钢网。从化学蚀刻钢网到激光切割钢网的转变是一种大转型,它支持了向更小元器件的发展及SMT行业的持续发展。由于元器件不断缩小,激光切割钢网仍然需要后处理,例如电抛光,以产生平滑的开口侧壁,实现尽可能最佳的焊膏释放。

21世纪00年代末期和10年代初期引入了光纤激光系统,这种新系统再加之改进的线性运动系统把我们带入了支持产品微型化发展的表面安装组装的现代时代。这些光纤激光系统现在仍然是SMT钢网行业的主力,并且随着更高精度运动系统、新的激光控制器和更直观的软件的发展而不断改进。与其他钢网制造工艺相比,用这些激光系统切割的开口能够更好地释放焊膏,定位精度更高。整个21世纪10年代对这些系统的改进消除了后处理(如电铸)的需要。最近,为了支持可穿戴产品和移动电子产品对小型化的要求,引入了纳米涂层。

随着用于制造实际SMT钢网箔的制造方法的改变,钢网的设计方法、用于制造SMT钢网的材料以及安装钢网的框架也发生了许多变化。钢网设计总是从Gerber文件开始,设计和制造PCB也采用Gerber文件。最初,Gerber文件是标准的274-D格式。这包括一个包含D代码表的文件,每个D代码的X和Y位置以及描述每个D代码的形状和大小的孔径镜头。当加载时,软件会将特定的形状和大小放置在X和Y位置。可以通过改变形状和/或尺寸来调节开孔的大小。有一个问题是一些元器件共享相同的D代码,对一个元器件D代码所做的更改也会改变其他元器件的D代码。这个结果并不是所希望的。

20世纪90年代后期,扩展的Geber或RS-27 4X文件进入市场。这些文件将开口或D代码列表与X和Y坐标放在同一个文件中。软件不再需要单独的孔径镜头来装载数据。可以更容易地装载和操作文件,并且可控制开口形状来消除印刷问题变得更加普遍。

今天,我们仍然使用扩展的Gerber文件来设计SMT钢网。当前软件包括的新特性之一是使用内部开口。这些开口类型包括圆形矩形、方形散热开口、散热辐条开口等。现代Gerber编辑软件的另一个功能是能够创建由一组孔构成的部件库。一旦将一组开口作为特定组件进行教学,软件就会查找其他相同的组,并对保存在库中的组的每个开孔实施特定的更改。这种功能力加快了钢网设计过程,并且通过消除人的交互和重复以前的设计更改的需要,提高了精度。

用于制造SMT钢网的材料也在这些年中发生了变化。从黄铜到不锈钢的转变在早期是一个很大的改进,但是不锈钢的轧制方式的改变和在箔的制造过程中使用的后处理极大地改善了现代SMT钢网的脱模特性。主要地,制造这些新箔的公司致力于减少合金中的晶粒结构,并且已经证明,不锈钢中较小的晶粒结构使用光纤激光器可产生更平滑的切口。最近,这些晶粒结构被进一步减小,可为主流SMT组件提供非常光滑的孔壁。

在印刷过程中使箔片保持在印刷机中的框架和框架系统也得到了改进。已有几种“无框架”系统。在早期,已发布了许多这样的系统,其中张力只在一个或两个方向进行。这些箔比标准钢网便宜,但是随着技术的进步,这些系统不能在各个方向施加足够的张力,最终被淘汰了。

过去10-15年间已经开发和发布了其他可在在各个方向施加张力的系统。这些系统仍然可以产生良好的效果,占用空间较少,并且比标准有框架钢网便宜。有框架钢网也有所改进。为了节省生产车间的存放空间,几年前引进的节省空间框架只有0.5英寸,代替了之前的1.5英寸框架。最近,一些供应商用网焊接工艺代替了使用粘合剂将箔片附着到网上的工艺,其中使用聚合物条将箔片焊接到网上,消除了将箔片固定到网上的粘合剂出现缺陷的可能性。

结论

从80年代的化学蚀刻黄铜钢网,到今天的用现代光纤激光切割系统激光切割的细晶粒不锈钢钢网,和其他行业一样,这个行业已经取得了巨大的发展。众所周知,电子产品将继续存在,随着消费者需求的不断提高,产品微型化也将会继续不断发展。针对这一发展趋势,纳米涂层、新材料及新工艺也将继续发展和变化,以支持这个不断提出挑战和不断变化的行业。

标签:
#制造工艺与管理  #材料  #钢网 

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