锡膏印刷机的运行

2.1　锡膏印刷机的运行

锡膏印刷为SMT工艺流程的第一道工序，是保证SMT质量的关键工序，它直接影响到表面组装件的焊接质量和可靠性。目前应用得最多的是全自动印刷机金属网板锡膏工艺，全自动锡膏印刷机主要由设备主体、PCB传送机构、刮刀装置、印刷（工作）台、光学视觉系统、计算机控制系统、动力驱动装置、离网机构和网板清洁机构等组成。锡膏印刷机的基本工作原理是将PCB由传输带送入锡膏印刷机后，夹紧装置将它固定在X－Y－θ平台上，视觉系统根据PCB和网板上的各自两个（或更多）mark识别点的坐标值偏差，进行纠偏。驱动电机调节X－Y－θ平台，通过X－Y－θ三个方向的移动，使PCB与网板准确对齐，最后将锡膏通过网板特制的开口漏印在PCB焊盘上。

任务要点

☆锡膏印刷机的认知

☆锡膏印刷机运行前的点检维护

2．1．1　锡膏印刷机的认知

锡膏印刷是指将锡膏均匀地印在PCB的焊盘上，以保证贴片元器件与相对应的焊盘能牢固地结合在一起。锡膏印刷机可分为全自动、半自动和手动三种。其中，全自动印刷机自动化程度高，可与其他SMT设备连接，适用于大、中批量生产；半自动印刷机不能与SMT其他设备连接，而是采用手动传送，手动定位，自动印刷，适合于中、小批量生产；手动印刷机结构简单、价格便宜，上板、定位、印刷都是手动，适合于科研所和教学使用。目前在SMT生产线中配置的锡膏印刷机均为全自动印刷机，全自动锡膏印刷机功能全面，能自动完成一系列的锡膏印刷操作过程。

全自动锡膏印刷机主要包括：机械系统、光学视觉系统、PCB定位系统、气路控制系统、计算机控制系统、自动清洁系统等。随着SMT行业的发展，为了适应QFP、SOP、BGA、CSP、0603、01005等细间距、高密度电子封装技术的要求，我国生产的新一代全自动视觉印刷机与国际领先技术同步。该设备具有高分辨率的视觉处理系统，高精度的传动系统，悬浮式自适应刮刀，精确的板定位处理和灵巧的网框夹紧结构，其结构紧凑，兼具准确性和高度的灵活性，提供了高效、精确印刷所需的功能。凯格精机（GKG）生产的G3是高精度和高稳定性的全自动视觉印刷机，现以GKG的G3印刷机为例，介绍全自动锡膏印刷机的结构，其外观如图2－1所示。

1）锡膏印刷机的机械系统

锡膏印刷机的机械系统主要由传送机构、印刷工作台、刮刀机构、离网机构、网板夹紧机构和自动清洁机构等组成。

（1）传送轨道装置。传送机构采用了电机驱动，皮带轮传送和可自动调节导轨宽度的传送方式，如图2－2所示。在实际操作中先将基板由传入轨道送至印刷工作台印刷锡膏，印刷结束后，再由传出轨道传出。为了控制基板传送的顺序，传入、传出轨道分别设置了等待传感器。当基板通过轨道时，产生对光电传感器入射光束的遮挡或反射，实现对基板有无的检测，并通过气缸式基板止档器控制基板在轨道上的定位。

图2－1　全自动印刷机外观

图2－2　传送轨道

（2）灵巧的网板夹紧结构。如图2－3所示，高适应性网框装夹系统，能实现各种尺寸的网框的印刷，并可在生产过程中快速地更换机型。

（3）精确的平台校位。通过X－Y－θ驱动机构实现X－Y－θ三个方向的移动来进行平台定位。X－Y－θ的驱动机构均为伺服电机，用于保证校位精度，如图2－4所示。

图2－3　网板夹紧结构

图2－4　X－Y－θ平台校位

（4）刮刀头及驱动机构。印刷头采用悬浮自调整步进电机驱动，根据前后刮刀所需压力不同及升降的稳定性进行设计，并针对防止锡膏外泄及刀片具有一定弹性的要求进行了装夹设计。刮刀的压力、升降速度、印刷速度、印刷范围等均可使用软件设置。同时提供了多种脱模方式，来适应不同下锡要求的PCB板，并提供了一个良好的印刷控制平台。图2－5所示为印刷头，图2－6所示为悬浮式自适应刮刀。

图2－5　印刷头

图2－6　悬浮式自适应刮刀

2）光学视觉系统

精确的光学视觉系统如图2－7所示。该系统通过采用环形灯／同轴光等光源、独特的光路系统及全方位的光源补偿，实现PCB／stencil精确的mark点识别。CCD的X、Y方向均采用高精度伺服电机，配合高精度的ball screw，共同保证获取图像的精确性，从而保证机器的精度。

图2－7　光学视觉系统

3）PCB定位系统

稳定可靠的PCB定位系统如图2－8所示，包括圆皮带PCB传送导轨，独创的PCB板上压及弹性侧压装置，再配以底部真空吸嘴、磁性顶针，从而保证PCB板定位后稳固可靠且板面平整，彻底解决了全自动印刷机对于双面板、变形板及0．6mm以下薄板等异形板难定位的问题。

4）电气分开控制系统

便于维护的电气分开控制结构如图2－9所示。印刷机工作不仅需要电的驱动，也需要气的驱动。印刷机工作时，各种电器、电机需要电源电压驱动；而刮刀驱动、基板夹紧和网板夹紧、工作台上托板升降等机构需要气压驱动。通过使用电气分开的控制结构，印刷机的电控部分、气控部分、工控部分和转换卡集中于前后门。此结构不但节约空间，而且简洁，安全，维护方便。

5）网板清洗系统

自动有效的网板清洗系统有干式、湿式、真空三种清洗方式。如图2－10所示的结构具有自动有效的网板清洗功能，并可使用计算机设定其清洗周期和时间、速度等参数，清除网孔内的残留锡膏，保证印刷质量。

图2－8　PCB定位系统

图2－9　电气分开控制系统

6）计算机控制系统

计算机控制界面如图2－11所示，操作员用它来了解印刷机的状态、进行档案管理和所有的机器操作。鼠标用来移动屏幕上的光标，鼠标上的每个按钮（SELECT，NEXT，EXIT）用来设置参数和操作印刷机。

图2－10　网板清洗系统

图2－11　计算机控制界面

2．1．2　锡膏印刷机的运行前的准备

锡膏印刷前要做好准备工作，工艺及技术人员应做到以下几点：①熟悉产品的工艺要求；②根据产品的工艺文件，领取经过检验合格的PCB；③选择正确的锡膏材料、印刷机、网板和刮刀等；④确定可靠的工艺过程，如良好的定位、清洁拭擦等；⑤制作mark点的视觉图像等。并且应在深入了解产品结构工艺特性的同时，优化选取最佳设计方案。针对不同的产品，在印刷程序中设置其相应的印刷参数，如工作温度、刮刀的压力和速度、网板的自动清洁周期等，同时要制定严格的工艺管理和工艺规程，以确保锡膏印刷顺利良好地完成。

1．工艺分析与方案制定

1）制定锡膏印刷的工艺规程

为达到良好的印刷效果，操作人员应根据待加工的电子产品及成品的检验技术要求，全面了解产品结构的工艺特性，制订最优方案以保证印刷工作的顺利完成。对于小批量、多品种的待加工产品可采用半自动印刷机的半自动生产线。当全自动、大规模生产线的锡膏印刷可能造成影响生产效率的瓶颈时，则可采取在全自动生产线旁配置一台半自动印刷机来提高生产效率。半自动印刷机和全自动印刷机的原理、印刷工艺、操作原理基本相同，不同的是半自动印刷机的PCB装夹过程是由人工放置的。

切实做好运行前的准备工作，参考以下几个方面的内容来制订锡膏印刷的工艺规程。

（1）遵循锡膏选用的原则，正确使用和保管锡膏。在生产过程中，要对锡膏印刷质量进行100%的检验，即检查锡膏的图形是否完整、厚度是否均匀、是否有锡膏拉尖等现象。

（2）设置印刷编程参数，依据工艺要求，设定刮刀压力、刮刀速度、刮刀角度、离网速度、网板清洗模式和清洗周期，以及网板、PCB mark视角图像制作等。

（3）印刷条件设置的调整，通过试印刷确认印刷效果，对相关参数进行检查和修正，以达到最佳效果。

2）制定锡膏印刷工艺管理流程

锡膏印刷的成功与否取决于印制过程中的三个关键要素：锡膏滚动、填充、脱模。PCB的印刷效果直接影响到产品的质量，在实际生产中，最终产品中不能通过检验需要返工的PCB，有60%左右是由于锡膏印制不良造成的。因此对锡膏、刮刀、网板这三者准确地把握是保证稳定的印制品质的关键所在。

根据工艺要求及锡膏、印刷机的类型，制定各类作业指导书。如锡膏保存与使用作业指导书、××印刷机操作指导书、锡膏全自动印刷工艺作业指导书、检验作业指导书等。做到严格规范操作过程，保证锡膏印刷的质量。

2．锡膏印刷的工艺准备

1）工艺流程

锡膏印刷的工艺流程如图2－12所示。

2）运行前准备

（1）设备状态检查。印刷前设备所有的开关必须处于关闭状态；接通空气压缩机的电源，开机前要求排放积水，打开所有气阀，确认各部分气压值满足印刷机要求；检查空气过滤器有无积水，有则排出；安装好擦拭纸，检查网板清洁器容器内的酒精量，当少于总容量的1／3时应给予补充；检查机台各处机械部位是否正常，是否有影响机台正常运转的器件放于机台中，如果发现任何问题应及时处理，直到将问题解决。

图2－12　工艺流程

（2）检查网板、刮刀。网板应完好无损，漏网应完整、不堵塞；刮刀刀片与网板应清洁干净，并备好清洗用的毛刷、清洗剂、抹布等。

（3）准备锡膏。按产品工艺文件的规定选用锡膏，检查锡膏或红（黄）胶是否回温准备好，要完全回温后才能打开容器盖。印刷前用不锈钢搅拌棒将锡膏沿一个方向充分搅拌均匀后才能使用。

3）开机操作

（1）确保机器里边没有异物后，才可以开机。

（2）打开供气管道气阀门，确保空气压力符合印刷机要求。

（3）打开印刷机的电源开关。

（4）按下机器前边控制面板上绿色的“MACHINE ON”开关，这时控制面板上的“MACHINE ON”灯亮。机器开始初始化，进入主界面。

4）安装网板和刮刀

（1）先安装网板，再安装刮刀。

（2）安装网板时，将网板插入网板轨道，应推放到位并卡紧。

（3）安装刮刀时，要区分前、后刮刀。先安装后刮刀，再安装前刮刀，如图2－13所示。

5）工艺运行原理

PCB沿输送带被送入锡膏印刷机，机器自动寻找PCB的主要边，并且定位。Z形架向上移动至真空板的位置，加入真空，然后牢固地将PCB固定在特定的位置。视觉轴（镜头）慢慢移动至PCB的第一个目标mark（基准点）后，机器可移动网板使其对准PCB，并且机器可使网板在X、Y轴方向移动和在θ轴方向转动，如图2－14所示。一旦网板和PCB对准，Z形架将向上移动，带动PCB接触网板的下面，如图2－15所示。

当移动到位后，刮刀将推动锡浆在网板上滚动并通过网板上的孔印在PCB的PAD位上，锡浆填满网板的孔并堆积在PCB上，如图2－16所示。印刷完成后，Z形架向下移动带动PCB与网板分离（即脱模）。这时机器将以每秒21个点（最少0．0012英寸）的间隔实行2D、3D自动光学检测（检查锡浆覆盖），PCB通过常规检测后，机器将送出PCB至下一工序。然后印刷机将要求下一张要印的PCB进行同样的过程，只是用第二个刮刀向相反的方向印刷，如图2－17所示。PCB送出后，机器会自动进行网板清洗，以保证印刷质量。

图2－13　安装示意图

图2－14　PCB定位

图2－15　Z形架向上移

图2－16　刮刀推动锡浆印刷

图2－17　第二个刮刀反方向印刷

当刮刀以一定的速度和角度向前移动时，会对锡膏产生一定的压力，从而将锡膏注入网孔（即网板开口），锡膏的黏性摩擦力使锡膏在刮刀与网板交接处产生切变力，将锡膏顺利地注入网孔。锡膏填充网板开口的程度取决于锡膏量；脱模的完整程度取决于锡膏的漏印量和锡膏图形的完整性；脱模的完整程度也决定了锡膏印刷的成功与否。由于锡膏印刷是保证SMT组装质量的关键工序，因此必须严格控制锡膏印刷的质量。

2．1．3　锡膏印刷机运行前的点检维护

1．电、气系统的点检作业

电、气系统的点检作业项目由作业员确认，其方法如表2－1所示。

表2－1　电、气部分的点检作业

2．传送系统的点检作业

传送系统的点检作业项目、确认方法如表2－2所示。

表2－2　传送系统的点检作业

续表

3．印刷工作台的点检作业

印刷工作台的点检作业项目、确认方法如表2－3所示。

表2－3　印刷工作台的点检作业

4．视觉系统的点检作业

视觉系统的点检作业项目、确认方法如表2－4所示。

表2－4　视觉系统的点检作业

5．刮刀点检作业

刮刀点检作业项目、确认方法如表2－5所示。

表2－5　刮刀点检作业

6．清洁系统的点检作业

清洁系统点检作业项目、确认方法如表2－6所示。

表2－6　清洁系统的点检作业

7．安全保护系统的点检作业

安全保护系统的点检作业项目、确认方法如表2－7所示。

表2－7　安全保护系统的点检作业