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开发胶剂丝印工艺

By Manuel Osuna, Cirduits Assembly

　　本文介绍摩托罗拉公司的一个业务部门是怎样选择滴胶方案的，希望您从中受到启发。

　　在墨西哥索纳那Nogales的摩托罗拉宽带业务，面临着到1999年第四季度末为其DCT 2000产品扩容的挑战。DCT 2000是一种消费终端产品，它将数字音频和视频品质带入电视接收器。与此同时，开发该产品的下一个版本的计划也必须开始。新的DCT 5000将允许消费者同时看电视、冲浪英特网和使用摩托罗拉的互动数字电缆网络打IP电话。

　　在该项目的制造计划中要考虑的一个关键因素是在有限的底面积内达到最大可能的容量。被指定开发和实施该计划的小组决定，最有效的制造策略是专门为DCT 2000的装配设计一条高产量的表面贴装线，但是配置要接收DCT 5000产品的未来发展。生产速度目标是每个印刷电路板(PCB)25秒的周期时间。

　　现在的产品是以这样一个工艺步骤制造的：锡膏印刷、元件贴装、回流、通孔元件安装、滴胶、元件贴装、固化和波峰焊接。由于每个板大量的元件，最初的分析显示要求在一个非常优先、或无法得到的空间内放两台滴胶机。

　　一些迅速完成的研究提供了市场上现有滴胶设备和工艺及其优缺点的详细情况。在表面贴装装配中最普遍使用的施胶方法是针滴(needle dispensing)。虽然被广泛接受，但这个方法有局限性。它是一个缓慢、连续的过程，胶剂放入一个注射器内，通过压力或正向位移的方法从一个空心的针嘴中滴出。

　　针滴的胶剂局限于圆形，胶点的高度和直径受限与给定的针嘴直径。该工艺的整体速度是滴在基板上胶点数量的函数，这满足不了摩托罗拉的能力要求，除非增加更多的机器。可是，可用的空间已经是有限的。因此，考虑到地面空间和成本的问题，这个滴胶的技术是不适合的。

　　也考虑了针梢沉积(pin deposition)工艺。针梢沉积使用专门的定位工具和一个阵列的针梢，专门设计配合所要求施于PCB的胶点分布。该阵列浸入一个开式的胶剂托盘，湿润针梢达到预计的数量，然后向下接触板来转移胶剂。该工艺对现有的地面空间是合适的，但是有几个缺点。定位工具必须在每一次胶点分布变化是更换。胶剂在开式的托盘内的暴露可能导致吸收潮湿，造成多个品质问题，使得维护要求非常关键并费时间。

　　在评估所有现有的工艺和设备之后，小组决定买不到可以所要求的速度滴胶的滴胶机。必须有几台滴胶机满足所要求的能力，而现有的地面空间却是有限的。

　　胶剂印刷工艺是下一个要考虑的逻辑选项，它使用一台丝印机和一个塑料或金属模板来将胶印刷到PCB上。印刷胶剂将满足产量和空间限制的要求。可是，PCB设计要求胶剂是在通孔自动插件工艺之后印刷的。结果，即便胶剂印刷工艺已经使用几年了，但是标准的模板还是解决不了这个特殊情形。要求一个比通常厚的模板来提供在模板的板面上的必要间距，使得通孔元件引脚不会干扰板上的平坦的印刷。

选择一个模板设计者

　　几个问题在模板制造商的选择中是关键的：交货时间、以前的经验、技术支持和塑料模板的能力。DEK印刷机器有限公司是选择的供应商，来自该公司的现场工程师包括在摩托罗拉的小组中，帮助模板的设计。最终的模板设计出来，使得所有的敲弯的板上的引脚都坐落在凹槽内，允许模板底面接触到PCB的表面(图一)。

Fig.1
图一、所选择的模板设计

　　一旦小组完成了摸板设计，就必须决定特定的胶剂印刷工艺。在小组了解到当使用塑料模板印刷时刮刀会造成另外的问题之后，选择了一个全封闭的、增压的印刷头，ProFlow® DirEKt Imaging。(图二)。

图二、封闭的印刷头

　　封闭的印刷头将胶剂装在传送头内，留下相对干净的模板，并且保护胶剂不受环境问题的影响，如吸水或干燥。图三描述了在几次印刷之后要保持多干净和连续性。

图三、印刷之后的板

试验设计

　　开始进行了一个丝印试验，来验证该工艺的能力。在仔细考虑与模板印刷机有关的所有可能的参数之后，选择了五个参数来做实验：印刷速度、分离速度、头的压力、印刷头的压力与分离。胶点直径用作输出变量。表一显示在试验中与每个因素有关的设定水平。

Factor	Low Level	High Level
Print speed	10 mm/s	90 mm/s
Separation speed	0.5 mm/s	20 mm/s
Head pressure	1.5 psi	3.5 psi
Print head pressure	4 kg	20 kg
Separation	1 mm	10 mm
TABLE 1: Level settings for each factor in the experiment.

　　一个两级部分析因设计用来确认最关键的因素及其整体影响。在表二中列出了在这个实验中所进行的全套试验组合。所有试验组合都是以随机的次序分布，以减少在这个实验中不受控因素的试验错误的影响。

Pattern (mm/s)	Print Speed (mm/s)	Separation Speed (psi)	Head Pressure (kg)	Print Head Pressure (mm)	Separation
-+++-	10	20	3.5	20	1
---+-	10	0.5	1.5	20	1
+++++	90	20	3.5	20	10
++--+	90	20	1.5	4	10
+----	90	0.5	1.5	4	1
++-+-	90	20	1.5	20	1
--+--	10	0.5	3.5	4	1
-++-+	10	20	3.5	4	10
-+-++	10	20	1.5	20	10
----+	10	0.5	1.5	4	10
+-+-+	90	0.5	3.5	4	10
+-++-	90	0.5	3.5	20	1
--+++	10	0.5	3.5	20	10
+--++	90	0.5	1.5	20	10
+++--	90	20	3.5	4	1
-+---	10	20	1.5	4	1
TABLE 2: Test combinations.

　　使用计量设备来测量在这个实验中印刷胶点的直径。预先已经进行了校准已确认精度和准确度。在PCB上选择十个不同的位置来测量。五个是0805元件，五个是1206元件。每种方式运行三块板。测得的输出是十个胶点的每一个的平均值。

结果

　　那些对胶点直径产生最大影响的参数或输入变量是印刷速度和头的压力。剩下的参数对胶点的直径尺寸影响很小或没有影响。

　　模板的开孔界定了最小的胶点尺寸。一旦模板的开孔确定，证明通过简单地改变速度和头的压力可以非常容易地增加胶点直径。

结论

胶剂印刷工艺的开发帮助达到初始的项目目标，证明对于该小组是一个非常令人兴奋的学习经验。以下是取得的目标：
所要求的周期时间小于25秒，该工艺现在优化达到的时间小于17秒。
通过一整台机器减少生产线的长度，允许整个生产线的设计布局充分利用到可用空间。
培训要求减少一半，因为相同的印刷机已经在用于锡膏。
通过减少其他方法可能要购买的设备数量，节省相当数量的金钱。
该工艺的开发和实施在两个月的时间内完成。

Acknowledgments
Special appreciation to Jerry Hingtgen, Doug Black and Glenn Clevenger of DEK Printing Machines Ltd.; and Martin Ramos, Ernesto Gonzales, Gamalier Saez and John Palm of Motorola.

　　Manuel Osuna is a senior manufacturing engineer at Motorola Broadband in Nogales, Sonora, Mexico; 800-343-4566

(Aaron 11/15/2001)

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