模板印刷与喷射印刷：哪种方法最适合您的PCB组装需求？

如果您是一名从事 PCB 组装的电气工程师，那么选择正确的焊膏应用方法对于您的项目成功至关重要。那么，当谈到钢网印刷与喷射印刷时，哪个更适合您的需求呢？简而言之，由于其速度和成本效益，模板打印通常是大批量生产的首选，而喷气打印则以其灵活性和无模板的方法在原型制作和复杂设计中大放异彩。

锡膏在 PCB 组装中的应用介绍

焊膏应用是 PCB 组装表面贴装技术 （SMT） 的基础步骤。它涉及将精确数量的焊膏（微小焊料颗粒和助焊剂的混合物）沉积到将放置元件的 PCB 焊盘上。这种浆料在回流焊过程中充当粘合剂和导电材料。正确执行此步骤可确保牢固、可靠的连接，并最大限度地减少桥接或焊料不足等缺陷。

两种主要方法在该行业中占主导地位：模板印刷和喷射印刷。每个都有独特的优势和劣势，具体取决于产量、电路板复杂性和预算等因素。无论您是在高速生产线上工作还是在小批量原型上工作，了解这些 PCB 组装方法都是优化工作流程的关键。让我们分解这两种技术，看看它们是如何叠加的。

什么是模板印刷？

模板印刷是在 PCB 组装中使用最广泛的焊膏方法，尤其是在大批量制造中。它使用薄金属或聚合物模板，其切口与 PCB 的焊盘布局相匹配。将模板放置在电路板上，并使用刮刀将焊膏涂抹在其上，迫使焊膏通过开口到达下面的焊盘上。

模板打印的工作原理

该过程简单明了：

• 模板通常由不锈钢制成，使用基准标记或自动视觉系统与 PCB 对齐。

• 将焊膏涂在模板的顶部。

• 刮刀以受控的速度和压力（通常为 20-50 mm/s 和 2-5 kg 的力）在模板上移动，将浆料推入孔中。

• 模板被抬起，在 PCB 焊盘上留下精确的浆料沉积物。

这种方法具有高度可重复性，非常适合一致性至关重要的大规模生产。

模板印刷的优势

• 速度：模板打印速度很快，通常在 30 秒内完成一块板，非常适合高吞吐量环境。

• 体积成本效益高：一旦模板制作完成（成本 50 至 500 美元，具体取决于复杂性），每块板的成本就很低。

• 精度：现代钢网印刷机可实现严格的公差，焊膏沉积精度在 ±25 微米以内，确保细间距元件（低至 0.4mm 间距）的可靠焊接。

模板印刷的缺点

• 前期成本：模板价格昂贵且特定于每个 PCB 设计，因此对于小批量或频繁的设计更改来说，它们不太经济。

• 灵活性有限：调整色浆量或位置需要新的模板，这可能会延迟原型制作。

• 复杂设计：对于具有不同焊盘尺寸或阶梯状表面的电路板，模板印刷可能难以应用均匀的浆料，从而导致缺陷。

什么是喷射打印？

喷射印刷，也称为锡膏喷射，是一种更新的无模板印刷方法，它使用数字方法涂抹焊膏。它的工作原理类似于喷墨打印机，其中喷嘴根据编程的设计文件将微小的焊膏滴直接分配到 PCB 焊盘上。这项由 Mycronic 等公司率先开发的技术因其适应性而受到关注。

Jet Printing 的工作原理

该工艺无需物理工具：

• 喷射打印机使用 CAD 文件在 PCB 上绘制出锡膏应用点。

• 高速喷嘴将精确的焊膏微滴（直径小至 0.3 毫米）喷射到焊盘上。

• 该系统可以动态调整焊膏量，即使在同一板内也是如此，而无需更改硬件。

这种方法在灵活性和快速周转至关重要的环境中表现出色。

喷射打印的优势

• 灵活性：由于没有模板，喷射打印允许通过软件即时更改设计，非常适合原型制作或混合产品运行。

• 复杂电路板的精度：它可以轻松处理 3D 表面、不同的焊盘尺寸和细间距组件（低至 0.3 毫米间距），应用低至 1 纳升的浆料体积。

• 无模具成本：消除模板可以节省前期成本并缩短交货时间，因为无需等待模板制造。

• 减少浪费：喷射打印仅应用所需的浆料，与模板打印相比，最大限度地减少了多余的浆料。

喷射打印的缺点

• 速度较慢：喷射印刷每块板可能需要 2-5 分钟，与模板印刷的每板几秒钟的速度相比，它不太适合大批量生产。

• 更高的设备成本：喷射打印机价格昂贵，通常成本为 100,000 美元或更高，尽管它们可以通过没有经常性的模板费用来抵消这一费用。

• 保养：喷嘴可能会堵塞或磨损，需要定期清洁和校准以保持准确性。

钢网印刷与喷射印刷的比较：PCB 组装的关键因素

在这两种焊膏应用方法之间进行选择取决于您项目的具体要求。让我们根据对电气工程师至关重要的关键因素来比较它们。

1. 产量

对于大批量生产（每次运行数千块纸板），模板印刷显然是赢家。它的速度通常每小时处理 100-200 张印卡，击败了喷墨打印每小时 20-30 张印卡的较慢速度。如果您在生产智能手机或 IoT 设备的消费电子产品生产线上工作，模板印刷可以降低成本并提高吞吐量。

另一方面，喷射打印是小批量运行或原型制作的理想选择。如果您正在测试只有 10-50 块电路板的医疗设备的新设计，喷射打印无需工具成本且设置快速（不到 10 分钟，而钢网对齐需要数小时）可以节省时间和金钱。

2. 设计复杂性

现代 PCB 通常具有具有细间距元件、混合焊盘尺寸或 3D 结构的密集布局。喷射打印在这方面表现出色，因为它可以动态调整焊膏量——在同一电路板上，0402 电阻焊盘的焊膏应用量减少 30%，QFN 封装的焊膏量增加 50%。除非您投资阶梯式模板，否则模板印刷很难应对这种可变性，因为阶梯式模板的成本比标准模板高 20-30%。

对于更简单、统一的设计，例如用于基本控制器的单层板，模板打印可提供可靠的结果，而不会使过程过于复杂。

3. 成本考虑

预算一直是 PCB 组装中的一个问题。大批量钢网印刷的每块板成本较低——在初始钢网投资后，浆料应用通常低于每块板 0.10 美元。但是，对于小批量，模板成本（例如，基本设计为 200 美元）可能会使每块板的费用跃升至 10 美元或更多。

喷射打印没有模板成本，无论数量如何，每块板的费用都是可预测的，约为 0.50 至 1.00 美元。但是，机器的高前期成本意味着您需要一致的小批量或原型工作来证明投资的合理性。

4. 速度和周转时间

上市时间很重要，尤其是在竞争激烈的行业中。模板印刷需要 1-3 天的时间来制造和运输模板，然后才能开始生产，从而延迟了快速周转的项目。喷射打印是一种无模板打印，可让您上传设计文件并在几分钟内开始打印，从而显著缩短交货时间。

5. 缺陷率和可靠性

通过适当的设置，这两种方法都可以实现低缺陷率。优化后，由于焊膏沉积一致，钢网印刷会导致缺陷率低于 50 PP（百万分之一），以解决焊料不足或桥接等问题。喷射打印与复杂电路板相匹配，但如果不维护喷嘴，可能会出现更高的可变性，这可能会导致沉积物错位或体积不一致。

实际应用：何时选择每种方法

让我们看看实际场景，以帮助您决定哪种方法符合您的 PCB 组装需求。

场景 1：大批量消费电子产品

如果您要生产 10,000 台采用标准化 PCB 设计的智能家居设备，那么模板印刷是您的不二之选。300 美元的初始模板成本在分布在数千块电路板上时可以忽略不计，而且加工速度可确保您满足紧迫的期限。通过适当的钢网设计（例如，细间距焊盘的孔径比为 0.66），缺陷率保持较低水平，确保大规模的可靠性。

场景 2：航空航天组件的原型设计

对于设计迭代频繁的航空航天传感器的 20 个 PCB 的小批量，喷射打印是更好的选择。无需等待新模板即可调整焊膏应用的能力可以节省数天时间，并且在复杂、多高度电路板上的精度可防止关键元件出现焊接问题。在这个研发阶段，较高的每板成本值得灵活性。

场景 3：混合批量合同制造

如果您是同时处理大批量订单和原型订单的合同制造商，请考虑采用混合方法。投资一台钢网打印机进行大批量打印，投资一台喷射打印机进行较小的自定义作业。虽然这会增加资本支出，但它使您能够有效地处理不同的客户需求。

优化焊膏应用工艺的技巧

无论您选择哪种方法，请遵循以下最佳实践来确保获得高质量的结果：

• 材料选择：使用粒径一致的高质量焊膏（用于细间距工作的 3 型或 4 型），以避免喷射打印机堵塞或模板脱模不良。

• 环境控制：保持洁净室环境，控制温度 （20-25°C） 和湿度 （40-60%），以防止浆料干燥或氧化。

• 定期维护：对于模板印刷，每 5-10 块板后清洁一次模板，以防止糊状物堆积。对于喷射打印，每周校准喷嘴以确保液滴准确性。

• 检查：使用自动光学检测 （AOI） 粘贴后应用及早发现缺陷。寻找超过目标 ±10% 的浆料高度偏差（例如，大多数 SMT 元件为 100-150 微米）。

焊膏应用方法的未来趋势

PCB 组装行业正在发展，焊膏应用方法也在发展。喷射打印技术正在通过更快的喷嘴和 AI 驱动的校准而进步，有可能在未来 5-10 年内缩小与模板打印的速度差距。与此同时，钢网印刷正在出现创新，例如纳米涂层钢网，可在超细孔径（低于 0.3 毫米）上更好地脱模浆料。

此外，将钢网和喷射打印结合在同一条生产线上的混合系统正在出现，为具有不同需求的制造商提供了两全其美的解决方案。密切关注这些趋势可以帮助您在优化装配工艺方面保持领先地位。