8-900-374-94-44
Традиционно сложившиеся технологии нанесения припойных паст на печатные платы настолько вошли в технологический процесс, что при попытках повышения качества мы порой даже не задумываемся о том, как уйти от них, покупая дорогостоящее оборудование для увеличения точности. Между тем руководители мелкосерийных производств не всегда могут вкладывать большие средства в парк оборудования и из-за этого вынуждены переводить часть своих заказов на другие предприятия. Методы, описанные ниже, позволяют решить проблемы точности нанесения припойных паст без больших затрат, сократить длительность процесса сборки плат и повысить производительность всего сборочного участка.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили две техники нанесения припойных паст: трафаретная печать и диспенсерное (метод дозирования) нанесение. Первая более подходит серийному и массовому производству, вторая — прототипному и мелкосерийному.
Естественно, что трафаретная печать дает более точные результаты, но и она с трудом справляется с шагом контактных площадок 0,4 мм, что уже не редкость. Кроме того, изготовление качественного трафарета — процедура, требующая специального оборудования и дополнительных затрат (стоимость изготовления металлического трафарета методом лазерного гравирования превышает $400).
Учитывая темпы развития электронных компонентов и постоянную тенденцию к миниатюризации, можно с уверенностью говорить, что и без того дорогие технологические процессы сборки будут постоянно расти в цене, поэтому можно внести соответствующие корректировки в технологию изготовления печатных плат.
Рис. 1. Технология изготовления печатных плат Optipad
Европейские производители начинают использовать новые методы нанесения паст: Optipad, Sipad, Precision Pad Technology (PPT).
Технология Optipad подразумевает использование светочувствительной маски, играющей роль трафарета. На плату наносятся маски разных типов: основная маска — кислотостойкая, трафаретная маска — стойкая к воздействию щелочей, или наоборот. Трафаретная маска наносится поверх паяльной маски платы. Поскольку апертуры в этом случае формируются фотолитографическими методами, точность гораздо выше традиционной технологии трафаретной печати. После нанесения трафаретной маски паяльная паста заполняет апертуры, и, оплавившись, образует на плате готовые для сборки контактные площадки. После охлаждения припоя паяльная маска удаляется. При этом толщина припоя определяется толщиной трафаретной маски.
Технология Sipad подразумевает использование самой паяльной маски в качестве трафарета. Толщина припоя, как и в предыдущем случае, определяется толщиной паяльной маски. Паяльная паста, как и в традиционной технологии, наносится через паяльную маску и оплавляется. Казалось бы, в этом случае можно не оплавлять пасту и устанавливать компоненты прямо на нее (как в традиционной технологии), однако рельеф печатной платы таков, что в полостях паяльной маски останутся излишки припойной пасты, которые при оплавлении могут образовать закоротки на выводах компонентов. Поэтому конечным этапом технологии Sipad является отмывка паяльной маски.
Рис. 2. Технология изготовления печатных плат Sipad
Рис. 3. Технология изготовления печатных плат PPT
Технология PPT также подразумевает использование паяльной маски платы в качестве трафарета, но с помощью дополнительного внешнего трафарета (толщина паяльной маски должна быть больше толщины контактных площадок). На готовую печатную плату устанавливается трафарет небольшой толщины.
Через него в апертуры паяльной маски наносится и оплавляется паста. Такой подход позволяет увеличить толщину припоя по сравнению с толщиной паяльной маски. Многие справедливо заметят: а в чем отличие от традиционной методики? А отличие заключается в существенном повышении точности — внешний трафарет предназначен лишь для «загонки» основного количества паяльной пасты в апертуры маски. Следовательно, нет необходимости строго базировать внешний трафарет на печатной плате. Неточности, которые при этом возникнут, будут устранены на этапе оплавления: под действием сил поверхностного натяжения расплавленный припой образует на контактных площадках равномерные холмики.
Может возникнуть резонный вопрос: если паста оплавляется до процесса сборки печатной платы, как быть с удерживающими силами? Ведь компонент во время транспортировки платы упадет с контактной площадки. Достаточную силу для удержания компонента дает флюсование контактов печатной платы. Кроме того, можно воспользоваться адгезивами, но для этого понадобится, по меньшей мере, ручной диспенсер.
Описанные в данной статье технологии нанесения припойных паст позволяют избавиться от дорогостоящего оборудования и сократить количество операций в сборочном процессе, а следовательно, увеличить его производительность. Незначительно возрастающая стоимость изготовления печатной платы компенсируется выигрышем в стоимости сборочного процесса.
Несомненно, что описанные методы хорошо адаптируются на предприятиях, где присутствует изготовление печатных плат и сборочно-монтажное производство. Для изготовителей печатных плат эти методы могут явиться альтернативой дорогостоящего HAL-процесса (облуживание с выравниванием горячими воздушными ножами).
—Как быстро можно наносить паяльную пасту?
— Между углом наклона и давлением ракеля, а также скоростью нанесения и составом паяльной пасты есть взаимосвязи, которые нельзя нарушать, если хотите получить хорошее качество нанесения.
Для наилучшего результата паяльную пасту разного состава надо наносить с разной скоростью. Если ракели «планируют» (не касаются трафарета) и оставляют на трафарете тонкий слой пасты или флюса, то необходимо увеличить давление ракелей до очистки верхней стороны трафарета. Не следует увеличивать давление и
— Почему паста остается на трафарете после прохода ракелей?
— Это возможно по ряду причин. Мы рассмотрим две главные причины. Первая: кроме давления на ракель в принтерах существует такой параметр, как расстояние вдавливания ракелей в трафарет (downstop) (См.
ниже раздел «Вдавливание и отлипание»). Если величина расстояния вдавливания слишком мала, заданное давление не будет достигнуто, несмотря на то, что вы установили нужную силу давления ракелей. Вторая возможная причина — недостаточная поддержка платы снизу. При недостаточной поддержке платы она
— Почему с одной стороны платы слой пасты толще, чем с другой?
— Можно ли использовать паяльную пасту для нанесения в сквозные отверстия?
— Да, нанесение паяльной пасты теперь возможно и для этого типа монтажа. Процесс использования паяльной пасты для заполнения отверстий плат при сквозном монтаже часто называется «интрузи-онной пайкой» (intrusive soldering) или технологией pin-in-paste printing.
Объем пасты, необходимой для заполнения отверстия, равен разности объемов отверстия и вывода, умноженной на 2 (рис.
1).
Рис. 1. Расчет объема пасты, необходимой для заполнения отверстия
Размер равен квадратному корню из отношения «необходимый объем пасты/толщина трафарета» (рис. 2).
Рис. 2. Расчет размера апертуры квадратной формы
—Для чего нужны ракели разной жесткости и как их использовать?
— Для работы с сетчатым (экранным) и металлическим трафаретами нужны ракели разной жесткости. При работе с сетчатым трафаретом обычно используют полиуретано-вые ракели с жесткостью от 60 до 80 по Шору. Сетка трафарета должна мешать лезвию вычерпывать материал с подложки при работе с более мягкими материалами. Ракели с жесткостью от 90 до ПО по Шору обычно используются для нанесения пасты с помощью металлических трафаретов. Однако если при нанесении паяльной пасты с помощью металлических трафаретов используются
поли-уретановые ракели, может возникнуть такая проблема, как «вычерпывание» пасты из больших апертур.
Для нанесения пасты с помощью металлических трафаретов предпочтительнее использовать металлические ракели. Тем не менее, при работе с трафаретом, на котором имеются только маленькие апертуры, или при работе с многоуровневым раз-нотолщинным трафаретом (Step-stencil), использование полиуретановых ракелей даст лучшее качество печати и уменьшит износ трафарета. Многоуровневый разнотолщин-ный трафарет
— это трафарет с участками большей или меньшей толщины относительно общей толщины трафарета. Они обычно используются для плат, для которых одновременно нужны апертуры большого
и очень маленького размера.
— Какой величины должен быть угол контакта лезвий ракеля?
— Угол контакта кромки лезвий без нажатия составляет для металлических ракелей — 60°, для полиуретановых— 50°. Если автомат трафаретной печати оснащен блоком ракелей с контролем балансировки Prohead, то угол контакта можно регулировать на ±5° от номинального значения. Сила давления на лезвие должна быть достаточной для того, чтобы удалять с трафарета остатки пасты, но не такой большой, чтобы продавить трафарет и вызвать его преждевременный выход из строя.
Продавливание — это термин,
используемый для обозначения отпечатка краев платы снизу трафарета при излишнем давлении на трафарет за пределами поверхности платы.
— Что такое вдавливание (downstop)?
— Термин «вдавливание» используется для обозначения запрограммированного расстояния вдавливания ракелей в трафарет при печати. Плата будет поддерживать трафарет во время прохода ракелей. Тем не менее, если ракели выйдут за пределы платы и опорного рельса, то это может вызвать деформацию и преждевременный износ трафарета. Правильная настройка вдавливания позволит избежать этого, так как ракели не будут выходить за пределы неподдерживаемого участка трафарета и, следовательно, продавливать трафарет.
Однако если сила вдавливания недостаточна, то достичь нужной силы давления при нанесении паяльной пасты не удастся, так как лезвие ракеля не будет достаточно изогнуто. Обычные параметры вдавливания — от 0,065″ (1,6 мм) до 0,075″ (1,9 мм).
— Какая разница между контактным (contactprinting) и бесконтактным (snap-off printing) методом нанесения паяльной пасты, что значит термин «медленное отлипание» (slow snap-off)?
— Контактный метод (рис.
За) — это такой метод нанесения паяльной пасты, когда вся поверхность платы соприкасается с трафаретом. После прохода ракелей и заполнения апертур пастой, трафарет и плата отделяются друг от друга, причем движение должно быть равномерным и направленным по вертикали.
Бесконтактный метод (рис. 36) — это такой метод нанесения паяльной пасты, когда между платой и трафаретом в состоянии покоя есть зазор. Во время нанесения паяльной пасты ракель прогибает трафарет, и тот соприкасается с платой. Плата и трафарет контактируют только в том месте, где ракели давят на трафарет. После продвижения ракелей вперед сетка или металл отлипают от поверхности платы. Бесконтактный метод используется при работе с платами с высокой плотностью монтажа, при неравномерной скорости отлипания, высокой
скорости печати и использовании сетчатого трафарета. Бесконтактный метод нанесения с медленной скоростью отлипания (slow snap-off) — это термин, используемый для
описания процесса медленного отделения трафарета и платы после прохода ракелей.
Так как разные марки пасты по-разному выходят из апертур трафарета, то эта регулируемая настройка позволяет пасте «осесть» после нанесения пасты и четко выйти из апертур.
Рис. 3. Метод нанесения паяльной пасты а) контактный, б) бесконтактный
— Когда лучше всего использовать бесконтактный метод нанесения паяльной пасты?
— Бесконтактный метод нанесения паяльной пасты применяется при использовании сетчатых или металлических трафаретов для работы с платами с высокой плотностью монтажа. Расстояние отлипания — это расстояние между сеткой/металлом и платой до того, как ракели продавят сетку/металл до соприкосновения с поверхностью платы. При этом сетка или металл как бы прокатываются по плате, в результате чего создается равномерная скорость высвобождения пасты из апертур. Если при нанесении паяльной пасты на плату с высокой
плотностью монтажа компонентов использовать контактный метод, то скорость отделения сетки или металла по краям платы будет отличаться от скорости отделения в центре из-за разной силы сцепления.
— Я хочу разместить на трафарете два рисунка. На каком расстоянии они должны находиться друг от друга?
— Обычно рисунки должны находиться на расстоянии минимум 3″ (76 мм) друг от друга из-за задних кромок ракелей. Если есть допуск на небольшое движение ракеля после нанесения паяльной пасты, то расстояние должно быть увеличено до 4 дюймов (100 мм). Тогда максимальный размер платы при работе с трафаретом 29×29″ (736,6×736,6 мм) уменьшится до 6″ (150 мм). При работе с печатной головкой, оснащенной реометрической помпой, расстояние между рисунками может быть сокращено до 0,75″ (19 мм),
а общая ширина платы увеличится до 8,9″ (226 мм).
— Какой минимальный размер поверхности металлического трафарета может использоваться с сохранением эффективности нанесения паяльной пасты?
— При работе ракелями с задней кромкой минимальный размер поверхности трафарета по оси Υ (по ширине) высчитывается следующим образом: к размеру платы прибавляется 7″ (178 мм).
При работе ракелями ромбовидной формы минимальный размер поверхности трафарета высчитывается так: к размеру платы прибавляется 1″ (25 мм). Расстояние по оси X (длина) должно быть минимум на 1″ (25 мм) больше длины ракелей.
— Почему рекомендуетсярасполагать рисунок в центре трафарета?
— Чтобы добиться точного отделения трафарета и платы по вертикали, рисунок следует располагать в центре трафарета. Если рисунок смещен, то отлипание будет неравномерным.
— Всегда ли нужны реперные знаки для точного позиционирования трафарета относительно платы?
— Для достижения наилучших результатов предпочтительно, чтобы реперные знаки были. Однако если традиционных реперных знаков нет, хорошие результаты могут быть достигнуты при использовании вместо них контактных площадок и апертуры трафарета. На плате надо выбрать какой-либо однозначно определяемый знак, например для позиционирования платы и трафарета можно использовать последнюю площадку QFP. Отметим, что надо заботиться о том, чтобы апертуры всегда были чистыми, так как если они будут забиты пастой, то
могут возникнуть проблемы выравнивания, так как размер и форма апертуры будут отличаться от размеров и формы чистой апертуры, использованной во время программирования.
Пример правильной настройки с использованием QFP-компонента (рис. 4)
Как видно в приведенном на рис. 4 примере, в результате настройки создается однознач-
Рис. 4. Пример правильной настройки с использованием QFP-компонента
Площадка, относительно которой возможно ошибочное выравнивание
Рис. 5. Пример неправильной настройки с использованием SOIC-компонента
но читаемое изображение, так как система дополнительно запомнила пустое пространство слева от целевой площадки, и так как в поле зрения камеры нет других похожих объектов.
Пример неправильной настройки с использованием SOIC-компонента (рис. 5)
Здесь (рис. 5) проблема заключается в том, что корреляционное окно создано не для однозначно читаемого объекта, поэтому система может найти и другой похожий объект. Следовательно, система может произвести выравнивание относительно другой площадки, расположенной ниже в поле зрения камеры, а не той, которая нужна.
2D-контроль
— Для чего нужен 2D-контроль?
— 2D-контроль предназначен для проверки процесса нанесения паяльной пасты (это не инспекционная система и не предназначенная для ее замены функция).
Проще говоря, 2D-контроль помогает улучшить процесс работы и проверить, как процесс управляется принтером. Если бы процесс никогда не менялся, то вам никогда не понадобились бы контроль и инспекция. Однако большинство печатных плат содержат очень сложные компоненты или рисунки. Это особенно верно для компонентов с малым шагом, для которых особенно необходим
контроль. Системы 2D-контроля помогают добиться подходящего отделения трафарета и покрытия пастой площадок согласно эталонным образцам. Система контроля предупредит о любых
Рис. 6. Сравнение непокрытой площади площадки с сохраненной площадью площадки до нанесения пасты
отклонениях от заданного процесса, что позволит вам внести нужные изменения прежде, чем придется прибегнуть к другим, более дорогостоящим процессам, например мытью плат или ремонту.
— Как работает 2D-контроль?
— Подсчитано, что примерно до 90% и даже больше всего брака печати или отклонений от заданного процесса может быть обнаружено при проверке покрытия целевой площадки пастой.
При этом методе обнаруживаются площадки с недостаточным нанесением пасты, что приводит к недопустимому результату пайки.
В самую эффективную систему 20-инспек-ции должна быть встроена техника сравнения серой шкалы для определения в процентном выражении покрытия целевых площадок платы пастой. В этой технике происходит сравнение непокрытой площади площадки, на которую нанесена паста, с сохраненной площадью площадки до нанесения пасты, которая задается во время первого программирования (рис. 6). При помощи этих данных производятся следующие вычисления для определения покрытия площадки пастой в процентном выражении:
— Какие существуют стратегии для оптимизации процесса?
— Лучше всего находить и исправлять проблемы, связанные с нанесением паяльной пасты, по мере их поступления. За некоторым исключением, когда в линию включена линейная инспекция, 20-контроль не предназначен для проверки каждой отдельной площадки на каждой плате. Поэтому всегда должен быть способ программирования инспекционной системы для наиболее рационального использования основных устройств и проверки основных плат и площадок в качестве модели данных.
Инспекция последних будет проводиться на всех платах
в любом цикле. Чтобы узнать, как лучше создавать модели данных, необходимо понимать, какие категории компонентов надо проверять на плате. Также важно полностью понимать гибкость программного обеспечения инспекции, чтобы использовать эти модели данных наиболее правильно и эффективно для каждой отдельной операции.
— Как использовать расстановку приоритетов проведения 2D-контроля?
— Определите места на плате, которые вероятнее всего могут быть проблемными для печати. Используйте их в качестве образцов для теста. Если качество печати этих трудных мест удовлетворяет вас, то можно предположить, что и качество печати более легких мест на плате тоже будет в пределах необходимых параметров. Так как на цикл печати часто отводится мало времени, и, следовательно, и на инспекцию всего образца не будет хватать времени, ниже приведен список приоритетных мест, где могут возникнуть проблемы, связанные с нанесением пасты:
Выделите те компоненты, площадки которых будет трудно пропечатать. Это могут быть площадки для кристаллов, QFP-компонентов с малым шагом (в этом случае из-за малого количества наносимой пасты трудно проверить качество нанесения или объем нанесенной пасты) или CSP-компоненты.
Выделите места, которые будет трудно проверить позже (то есть после установки компонентов или оплавления в печи), например: BGA или micro-BGA, при работе с которыми практически невозможно проверить соединение с контактной площадкой без проведения рентгеновского контроля, хотя и с его использованием будет достаточно трудно проверить качество нанесения пасты.— Насколько необходима функция автоматической очистки трафарета?
— Для полуавтоматических устройств нанесения пасты, где оператор имеет возможность часто протирать трафарет вручную, эта функция не имеет такого значения, как в принтерах, встроенных в конвейерную линию. При печати QFP-компонентов с малым шагом, BGA, micro-BGA или CSP-компонентов эта функция необходима.
—Как часто должна осуществляться очистка трафарета?
— Очистку трафарета на простых платах включают с периодичностью 1 раз после каждых 10-20 проходов ракеля. На платах, где есть компоненты с шагом выводов до 0,5 мм, число проходов снижают до 3-5.
В особых случаях очистку производят после каждого нанесения.
— Что такое система статистической обработки данных?
— Система статистической обработки данных — это использование техники сбора статистических данных, таких как контрольные диаграммы, для анализа процесса или их вывода. Это необходимо для того, чтобы предпринять нужные действия для достижения и поддержания статистического контроля и для улучшения производительности процесса.
— Что такое контрольные диаграммы?
— Контрольные диаграммы — это просто эффективный инструмент статистического контроля. Они предоставляют наиболее надежную информацию о том, когда следует предпринять действия и когда не следует предпринимать никаких действий. Это графическое представление характеристик процесса с выводом в виде кривой значений некоторых собранных данных, центральной линией или линией среднего значения, одним-двумя предупреждениями и границами элементов управления.
— Что такое «Общая проблема» (Common Cause)?
— Это причина отклонения, повлиявшая на все отдельные значения изучаемого процесса. Эту причину обычно необходимо исправить менеджерам (например: качество платы, дизайн, выбранная паста и т. д.).
— Что такое «Особая проблема» (Special Cause)?
— Это скачкообразный, непредсказуемый или непостоянный источник отклонений. Эти причины отклонений не повторяются на всех платах в потоке и обычно это частные случаи (например, запущенная задом наперед плата или плата из другой партии). Все, что вызвало непредсказуемый скачок в сборе данных, будет рассматриваться как особая проблема.
В течение многих лет трафаретная печать была стандартным способом нанесения паяльной пасты при поверхностном монтаже компонентов. До недавнего времени этот способ (за некоторым исключением) считался единственным. Он совсем не плох для поверхностного монтажа компонентов, но с ним постоянно были связаны трудности.
Они не привели к исчезновению трафаретной печати, так как компании научились извлекать максимум пользы из этой технологии. Всегда будет множество компаний, которые полностью довольны результатами трафаретной печати, но также есть и те, кто может извлечь дополнительную пользу из технологии нанесения паяльной пасты методом каплеструйной печати. Компания MYDATA automation (Швеция) разработала каплеструйный принтер MY500 (рис. 1) для нанесения паяльной пасты: специально, чтобы преодолеть многие из существующих трудностей.
Каплеструйная печать — это способ нанесения паяльной пасты путем ее «выстреливания» при почти комнатной температуре (примерно 30 °С) из картриджа через эжектор на печатную плату точно в то место, куда необходимо нанести пасту согласно схеме платы. Картридж передвигается над поверхностью печатной платы по осям X и Y с помощью моторов с линейным приводом. Точность позиционирования привода составляет ±0,015 мм на 3σ, как и в высокоточных установщиках.
Приводная система обеспечивает установку картриджа в нужное время и в нужное место, но именно картридж обеспечивает правильное нанесение слоя пасты.
Принцип каплеструйной печати паяльной пасты (рис. 2) очень похож на тот, что используется при струйной печати на бумаге. Струйная насадка сканирует поверхность платы и наносит паяльную пасту согласно заданной программе со скоростью до 1 800 000 доз в час. Паяльная паста поступает из стандартного 30-мл картриджа, но роль эжектора (рис. 3), следящего за подачей пасты, не менее важна.
«Сердце» эжектора— это приводимый в действие мотором шнек (Архимедов винт), который подает измеренное количество паяльной пасты на иглу. Паста подается на шнек из картриджа под давлением примерно 1 бар. Пока шнек вращается и поддерживается давление, паста будет выдавливаться из иглы, находящейся на конце шнека. Если шнек прекратит вращение, то обратное давление предотвратит вытекание паяльной пасты из иглы. Необходимое для подачи пасты из иглы давление должно быть по возможности постоянным.
Если оно будет слишком низким, то при вращении шнека в камере могут возникнуть пустоты (кавитация), в результате чего дозы будут неравномерными. Если давление будет слишком большим, то паста будет нагнетаться на шнек и вытекать или капать на печатную плату. Поэтому для данного процесса очень важно следить за давлением. Слишком высокое или слишком низкое давление нежелательны. В худшем случае кавитация может привести к повреждению шнека. А ведь никто не хочет видеть подтекание паяльной пасты на те участки печатной платы, где нет контактных площадок!
Чтобы поддерживать по возможности одинаковую вязкость паяльной пасты, картридж работает при температуре 29…30 °С. Вязкость — это еще одна переменная, которая влияет на эффективность работы эжектора. Поэтому ее влияние нужно сводить к минимуму.
Сначала материал может поступать неравномерно, поэтому важно запрограммировать машину так, чтобы первые дозы паяльной пасты наносились не на печатную плату. Это позволит стабилизировать подачу пасты.
В принтере MY500 есть рулон бумаги, который предназначен для нормализации подачи паяльной пасты, а также для того, чтобы продемонстрировать правильность размера доз пасты. Конечно, на кромку печатной платы можно прикрепить и тест-купон паяемости, как это предписано Национальной физической лабораторией Великобритании (NPL) и ассоциацией Smart Group. Тест-купон может служить механизмом обеспечения равномерности подачи паяльной пасты.
С точки зрения состава металлов нет никакой разницы между паяльной пастой для трафаретного или каплеструйного принтера. Но для каплеструйной печати необходима паста 5-го типа с диаметром зерна 0,025 мм. В ней больше флюса и растворителя, чем в пасте для трафаретной печати, что необходимо для придания пасте текучести, чтобы ее можно было «выстреливать». Паста для каплеструйной печати недостаточно густа для трафаретной печати, а паста для трафаретной печати слишком густа для каплеструйной. Сейчас ассортимент паст представлен составами 1–8 типов.
Но все эти пасты предназначены для трафаретной печати. В пасте 8-го типа размер зерна составляет около 8 микрон, но у этой пасты большая склонность к «расползанию», то есть нанесенный слой пасты не сохраняет форму «кирпичика». Если нужно нанести слой пасты для крошечных компонентов, например для конденсаторов 01005, то паста 8-го типа будет наилучшим вариантом. Но такие компоненты лучше располагать рядом с маленькими, а не с большими. Принтер MY500 разработан специально для того, чтобы работать с различными компонентами, а значит, и с разными по величине слоями наносимой паяльной пасты. Поэтому для принтера лучше использовать ту паяльную пасту, которая подходит для работы с большим ассортиментом компонентов. Для этого оптимальный выбор — паста 5-го типа. И так как самый маленький тип компонента — 0201, то и диаметр насадки эжектора составляет 0,3 мм, что позволяет добиться при нанесении пасты лучших результатов (рис. 4).
В будущем будут созданы пасты для работы с компонентами 01005, но такие компоненты применяют на крупносерийных производствах, а это очень ограниченный рынок.
Сегодня паста для каплеструйной печати дороже пасты для трафаретной печати. Но стоимость паст для каплеструйной печати снизится, как только объемы и масштабы их производства станут выгодными для производителей. И даже если стоимость этих составов сравняется, то конечная стоимость пасты для каплеструйной печати и сам процесс имеют гораздо больший потенциал. Ведь при каплеструйной печати наносится столько пасты, сколько нужно для создания хорошей галтели.
При нанесении паяльной пасты через трафарет или методом каплеструйной печати паяльная паста никогда не расходуется до последнего грамма. Сегодня потери пасты при каплеструйной печати сравнимы с потерями пасты при работе с закрытой головой печати в трафаретном принтере.
Но дело не только в потере неиспользованной паяльной пасты. Немаловажно и то, что при работе с трафаретом без закрытой головы печати остатки пасты в конце рабочего дня собирают и помещают в специальную емкость. Постепенно характеристики пасты меняются, она теряет флюс и летучие растворители, ее труднее наносить, и, что хуже всего, изменяется качество галтелей.
Если на предприятии существует система контроля качества, то вся неиспользованная паста должна быть выброшена как негодная, а не возвращена в емкость для дальнейшего использования. Такая система контроля качества обеспечивает не только постоянное высокое качество галтелей, но и очень высокие издержки производства и расход пасты.
Существует три способа производства трафаретов, отличающихся технологией производства и стоимостью. Самый простой и дешевый способ — химическое травление, при котором на листе металла (обычно это нержавеющая сталь) с обеих сторон протравливается рисунок апертур. Так как травление осуществляется с обеих сторон, то в середине каждой апертуры формируется небольшой выступ, который слегка мешает проникновению паяльной пасты, поэтому трафареты, произведенные методом химического травления, не очень подходят для работы с крошечными апертурами и апертурами под выводы с малым шагом. При втором способе используется СО2-лазер, с его помощью наносится рисунок апертур.
На стенках не формируется никаких «выступов», а все неровности являются вертикальными (страты). Поэтому трафареты, произведенные методом лазерной резки, пользуются спросом у компаний, которые работают с компонентами с малым шагом выводов. Когда же необходимо сделать чрезвычайно маленькие апертуры для микро-BGA или компонентов 01005, то даже вертикальные страты в трафаретах, произведенных методом лазерной резки, могут привести к прилипанию пасты к стенкам апертур трафарета. В результате объем наносимой пасты трудно определить. В этом случае технически подойдут трафареты, произведенные методом гальванопластики, но они дорогие. Стоимость таких трафаретов зависит от их сложности и количества апертур, но обычно превышает стоимость «лазерных» трафаретов в два раза.
Металл (обычно это никель) наращивается слой за слоем вокруг фотомаски с нужным рисунком апертур. Апертуры могут быть очень маленькими и предназначены для работы с компонентами 01005, так как конечная толщина трафарета обычно не превышает 0,1 мм, а наносимый слой пасты, соответственно, еще меньше.
Производство трафарета методом гальванопластики занимает больше времени, чем производство трафарета методом лазерной резки или химическим травлением. И в результате получается очень хрупкий трафарет, чувствительный к любым повреждениям, так как такие трафареты предназначены для нанесения очень маленького количества пасты на очень небольшом расстоянии друг от друга, из-за чего участки трафарета между апертурами очень непрочные.
Как при внесении любых изменений в дизайн трафарета, так и для каждого отдельного дизайна печатных плат нужен новый трафарет, а значит, и соответствующая система учета и хранения трафаретов, в результате чего их стоимость существенно вырастает. Трафареты необходимо отмывать и хранить так, чтобы исключить их повреждение. Хранение трафаретов без рамки обходится недорого, и затраты на них немного ниже, чем на трафареты в индивидуальной рамке. Хотя специальная рамка в принтере, которая обеспечивает натяжение и фиксацию трафарета, стоит еще дороже обычной. Для каплеструйных принтеров трафареты не нужны, но, тем не менее, замена трафаретного принтера на каплеструйный только по этой причине не оправданна.
При полном отсутствии трафаретов остается только одна задача — создание программы.
Существует риск того, что для определенной печатной платы оператор может использовать трафарет, который ему покажется правильным, но на самом деле это будет не так. Для трафаретных принтеров нужно создавать правильную программу и подбирать правильный трафарет, для каплеструйных принтеров же необходимо только первое. Это может показаться несущественным, но вспомните, что чем больше в цепи звеньев, тем больше вероятность ошибок. Но они будут связаны со знанием процесса трафаретной печати, а не с созданием программы.
С ростом автоматизации производства в цехах требуется все меньше и меньше людей, поэтому возрастает необходимость в квалифицированном персонале, работающем с CAD-и CAM-данными.
Такие трафареты часто использовали, когда возникала необходимость нанести различное количество пасты для компонентов разного размера и их галтелей.
Разнотолщинные трафареты справляются со своей задачей, но, тем не менее, существуют некоторые ограничения. Со временем ракели или лезвия закрытых голов печати, которые «проталкивают» пасту в апертуры, подвержены большему износу, чем если бы они использовались на трафаретах с одинаковой толщиной. Из-за разной высоты участков трафарета бывает невозможно расположить рядом крошечные компоненты с очень маленькой высотой апертур и более крупные апертуры. Конструкторы печатных плат вынуждены были создавать материнские платы по «традиционной» технологии и трафарет толщиной, например 0,15 мм, а также одну или несколько дочерних плат с тонким трафаретом толщиной примерно 0,1 мм. Это уже мог быть трафарет, произведенный методом гальванопластики.
При работе с каплеструйным принтером вы полностью избавлены от этих неудобств, так как для него нужна только программа нанесения большего количества паяльной пасты на большие площадки и меньшего количества пасты на маленькие контактные площадки. Расстояние между контактными площадками ограничено лишь возможностями процесса оплавления.
Каплеструйный принтер (рис. 5) доказал свою работоспособность на шаге 0,4 мм и меньше и при размещении больших контактных площадок на расстоянии 0,4 мм от маленьких, то есть в тех случаях, когда использование разнотолщинного трафарета невозможно.
Толщина трафарета зависит от типа сборки и средней высоты слоя нанесенной паяльной пасты. При использовании разнотолщинных трафаретов на выбранные участки наносится большее количество пасты, но даже при работе с разнотолщинными трафаретами не всегда можно использовать любой диапазон толщины нанесенного слоя паяльной пасты. При каплеструйной печати полностью контролируется высота и форма слоя, поэтому есть возможность наносить паяльную пасту для интрузивной пайки (PIHR — Pin-in-Hole-Reflow) рядом с крошечными контактными площадками для конденсаторов 0201 и т. д. При этом паяльную пасту с различным типом и размером компонентов наносят, используя одну машину. А вот трафаретный принтер может и не справиться с этой задачей. В тех же случаях, когда важна скорость, имеет смысл наносить на большинство контактных площадок пасту в трафаретном принтере, а затем «достреливать» остальные участки каплеструйным принтером.
Современные трафаретные принтеры — очень точные машины, но их возможности ограничены из-за использования трафаретов. Платы в партии могут слегка отличаться друг от друга и быть деформированы по осям X и Y. Искажения деформированной или погнутой платы могут быть скомпенсированы установщиком компонентов с хорошим управлением перемещением по осям. Трафаретный принтер этим похвастаться не может. Если проектировщик вынужден использовать большую панель, например размером 450×450 мм, на которую по краям монтируются компоненты 0201, то существует большой риск того, что по углам платы паяльная паста будет нанесена на контактные площадки неточно. Понятно, что компоненты могут быть некачественно запаяны и что производительность будет низкой.
Для каплеструйного принтера не столь страшна деформация печатных плат. Такой принтер наносит слой пасты туда, куда нужно, вследствие чего повышается производительность. Конструкторы же получают больше свободы при проектировании ПП.
Каплеструйный принтер может работать и с местными реперными знаками, точно так же, как и установщик компонентов, и обеспечивать, таким образом, точность нанесения паяльной пасты на сложные контактные площадки или на площадки компонентов с малым шагом выводов. То есть, если конструктору нужно разработать печатную плату размером 600J500 мм с расположенными по краям компонентами с малым шагом или крошечными компонентами, то он больше не ограничен возможностями трафаретной печати.
С процессом нанесения паяльной пасты связано много видов брака. Компании, занимающиеся контролем качества продукции, часто публикуют данные, доказывающие, что на этапе нанесения паяльной пасты возникает гораздо больше брака, чем на других этапах. А если можно избежать появления дефектов на этапе нанесения паяльной пасты, то тогда появляется хорошая возможность добиться надежности процесса сборки. Обычно дефекты, возникающие в процессе нанесения паяльной пасты, приводят либо к непропаям, либо к перемычкам или замыканиям.
Существует множество причин возникновения этих видов брака. Далее приведены самые распространенные.
Дизайн апертур и их расположение
Если апертура не сочетается с контактной площадкой, то может быть нанесено слишком много или слишком мало пасты, результатом чего становится любой тип брака. Каплеструйный принтер будет запрограммирован таким образом, чтобы нанести правильное количество пасты в нужное место.
Подтекание пасты под трафарет
Иногда паста затекает под трафарет, в результате чего во время следующего цикла печати могут возникнуть перемычки. Этот дефект возникает чаще всего потому, что трафарет неплотно прилегает к печатной плате, поэтому паяльная паста затекает под него на плату и контактные площадки. В этом случае в трафаретном принтере нужно установить частую протирку трафарета, которая «съедает» много времени и может привести к тому, что в пасту будет попадать растворитель. В каплеструйном принтере подтекание пасты под трафарет невозможно, следовательно, нет необходимости и в его протирке.
Расползание пасты
Этот дефект обычно связан с пастой. После того как выбрана паста с нужными характеристиками, она может быть подвержена воздействию температуры, вследствие чего меняется ее вязкость, характеристики текучести, и она может стать либо такой густой, что ее трудно будет наносить, либо слишком текучей, изза чего будет растекаться по контактной площадке. В каплеструйном принтере температура пасты отлично контролируется, поэтому растекание пасты практически невозможно.
Забитые апертуры
Этот дефект часто возникает, если в трафарете толщиной 0,15 мм и больше есть очень маленькие апертуры. Паяльная паста остается на той площади, которая больше, и если площадь контактной площадки больше, то она останется на контактной площадке, если же площадь стенки апертуры больше, то паста останется в апертуре. В каплеструйном принтере это невозможно.
Копланарность
Если плата деформирована по оси Z, то часть деформации можно убрать с помощью хорошей фиксации платы по краям, но все равно будут участки, где трафарет может неплотно прилегать к поверхности платы.
Даже если паста не будет подтекать, то, возможно, будет нанесено недостаточно пасты для того, чтобы выводы, например QFP, достали до пасты и после оплавления сформировалась хорошая галтель. Гипотетически такое может случиться и с каплеструйным принтером, но если это будет происходить на многих платах, то можно просто изменить в принтере программу, чтобы он наносил больше или меньше пасты на данный участок.
Качество пасты
Плохое качество паяльной пасты всегда влияет на работу любого принтера, и каплеструйный принтер здесь не исключение, но благодаря хорошей работе системы контроля температуры негативные последствия можно свести к минимуму.
Паяльная маска и маркировка
При условии, что правильно определена высота паяльной маски, она находится на одной высоте с контактными площадками платы и ее высота однородна, то и трафаретный, и каплеструйный принтер хорошо нанесут пасту, но если паяльная маска неоднородна, то каплеструйный принтер справится с задачей лучше.
Если на плату нанесена маркировка компонентов, то она может помешать хорошему прилеганию трафарета к поверхности платы/паяльной маски. При использовании каплеструйного принтера такой проблемы не возникает.
Изменение температуры влияет на паяльную пасту: в результате теплового воздействия изменяются вязкость и реология пасты. Давно замечено, что если трафаретный принтер стоит в том месте, где часто меняется температура, например у двери, то в нем будет «плавать» качество печати. Трафаретные принтеры, установленные в помещениях с высокой влажностью воздуха или работающие в условиях, не поддающихся управлению, обычно дооснащаются внешним устройством управления окружающей средой. В каплеструйных же принтерах необходимо поддерживать стабильные параметры, чтобы насадка эжектора могла работать стабильно. Принтер MY500 оснащен встроенной системой управления температурой, поэтому в нем для пасты всегда созданы оптимальные условия.
Если в трафаретном принтере «плавает» давление, то паста может вести себя не так, как должна, в результате качество печати будет неоднородным.
В некоторых хороших трафаретных принтерах всегда осуществляется контроль давления, чтобы свести к минимуму возможные последствия. При использовании каплеструйного принтера такой проблемы не возникает.
Нежелательно, когда чего-то не хватает в тот самый момент, когда производство должно начаться. Представители многих компаний вынуждены признать, что такое случается, и до тех пор, пока система снабжения работает неидеально, таких проблем практически невозможно избежать. Каплеструйный принтер можно легко перепрограммировать, чтобы «обойти» те задачи, для выполнения которых не хватает, например, нужных материалов, и таким образом избежать необходимости дорогостоящей переналадки производственной линии. Логичный совет в такой ситуации — следить за поставками и управлять ими так, чтобы негативные последствия были минимальны. Но если отсутствия чего-то избежать никак не удается и если дешевле начать производство, несмотря на нехватку некоторых компонентов, а затем доустановить их позже, то каплеструйный принтер будет здесь просто незаменим.
Точно так же можно избежать последующего ремонта печатных плат, на которые уже нанесена паяльная паста, потому что каплеструйный принтер можно запрограммировать таким образом, чтобы он проверял качество нанесения пасты. Если камера в принтере «увидит», что на очень важную контактную площадку нанесено неверное количество пасты, то принтер отошлет плату на доработку.
В трафаретных принтерах плата должна надежно поддерживаться снизу, иначе не избежать подтекания пасты под трафарет и других дефектов. В каплеструйном же принтере поддерживать плату снизу совсем необязательно, так как в нем используется бесконтактный метод нанесения паяльной пасты. Поддержка снизу нужна только для гибких плат, но поддерживать их снизу нужно в любых принтерах.
Зачастую при использовании этих технологий один кристалл устанавливается на другой. Один из распространенных способов сделать это — создать проволочные соединения между кристаллами, но все больше производителей переходят к использованию флип-чипов и корпусов размером с чип.
При больших объемах партий поступают следующим образом: первый ряд кристаллов устанавливают в оснастку вверх контактной площадкой, наносят паяльную пасту на площадки, затем устанавливают второй ряд кристаллов и оплавляют все в оснастке. Конечно, так можно поставить кристаллы и в несколько рядов, но использовать при этом трафарет будет очень сложно и дорого. Здесь поможет каплеструйный принтер.
Каплеструйный процесс печати отличается рядом преимуществ:
Ивсе это с минимальными потерями пасты. Трафаретный принтер — правильный выбор для выполнения многих задач, но теперь появилась возможность применять технологию, которая отличается бульшими возможностями, чем предполагалось ранее.
Наиболее важным в массовом производстве печатных плат, является метод трафаретного нанесения припойной пасты, в котором паста продавливается через трафарет (окна) на контактные площадки печатной платы. Припойная паста уже содержит в себе и припой, и флюс, а их пропорция одна из важных характеристик пасты. Материалом трафарета может быть как сплав никеля, так и нержавеющая сталь. Отверстия в трафарете обычно прорезаются лазером или протравливаются.
В массовом производстве этот метод
эффективен, но относительно не гибок,
так как свой собственный трафарет
(причем несколько) требуется для каждой
платы. Гибкость достигается только за
счет быстрой смены трафарета и
автоматического распределения пасты.
Основные этапы этого метода показаны
на рисунке.
При проведении скребком по поверхности трафарета припойная паста продавливается сквозь отверстия в трафарете на контактные площадки. Наиболее важной фазой этого процесса является продвижение пасты вдоль поверхности трафарета, она должна продвигаться с правильной силой, углом и скоростью. Трафарет и скребок должны быть чистыми и паста должна иметь строго определенные характеристики для этой силы, угла и скорости. Ошибки в этих параметрах приводят к плохим характеристикам пайки, такие как непропай и другие. Практика показывает, что больше половины ошибок всего процесса сборки печатных плат приходятся именно на процесс нанесения припойной пасты. Преимуществом метода трафаретного нанесения припойной пасты является то, что паста может быть нанесена слоем до 300 мкм с очень высокой точностью. Также трафарет позволяет наносить пасту толщиной до 0,65 мм.
Довольно часто встречающимся методом
нанесения припойной пасты, применяемым
в штучном и мелкосерийном производстве,
является диспенсорный метод, в котором
используется диспенсер — шприц.
На
рисунке 2.2 показано: 1 — крышка; 2 — давящий
воздух; 3 — поршень; 4 — припойная паста;
5 — цилиндр; 6 — сопло; 7 — контактная
площадка. Автоматическая дозировка
осуществляется в соответствии с данными
САПР при помощи сжатого воздуха. Паста
поступает в виде «капель»
непосредственно на контактные площадки
печатной платы. Преимуществом диспенсорного
метода является высокая гибкость его
применения. Этим методом можно наносить
пасту на контактные площадки толщиной
от 0,75 мм.
Рисунок 2.2 – устройство для нанесения припоя дисперсным методом.
Традиционные компоненты, монтируемые в отверстия были наиболее узким местом в процессе установки их на печатную плату, поскольку практически полностью исключали возможность автоматизации процесса.
Огромная экономия достигается внедрением
технологии поверхностного монтажа в
процессе установки компонентов.
Гораздо
проще и быстрее автоматизировать процесс
установки поверхностно монтируемых
компонентов, чем монтаж традиционных
компонентов. Автоматизация процесса
установки поверхностно монтируемых
компонентов стала возможной, благодаря
их корпусной структуре — CHIP структуре
и, следовательно, поэтому нет необходимости
устанавливать компоненты в отверстия
на печатной плате. Также надо сказать
об автоматизации этого процесса, что
большинство автоматических машин для
установки компонентов, могу устанавливать
все типы SMD компонентов.
Качество работы электронной техники в большой мере зависит от прочности соединения компонентов схем c печатными платами. Хорошее спаивание обеспечивает паяльная паста. Эта смесь выполняет несколько функций.
Пастообразная масса содержит припой, фиксирующие вещества и флюс. Для создания консистенции в пасту вводят растворители, стабилизаторы, вещества для поддержания стабильной вязкости, активаторы.
Припойная компонента может быть представлена эвтектическими сплавами из свинца и олова, содержание которого составляет 62-63 %, с добавлением серебра или без такого. Иногда припой представлен бессвинцовыми сплавами из олова (95,5-96,5 %) и серебра с добавками или без добавок меди.
Большое значение имеют размеры частичек вязкой массы, в зависимости от которых для нанесения следует использовать трафарет либо дозатор для паяльной пасты. Оба способа реализуются без паяльника.
Если частицы имеют круглую форму, можно применять и трафарет и дозатор. Сферические крупицы обычно получаются вследствие пульверизации припойной компоненты при получении паяльной пасты.
Размеры и форма частиц обуславливают возможные сложности применения.
Паяльная паста с очень маленькими частицами в связи с большой поверхностью соприкосновения с воздухом может быстро окисляться. Мелкие крупинки могут образовывать шарики из припойной массы. Очень крупные круглые частицы, крупинки неправильной формы склонны закупоривать трафарет.
Согласно размерам и форме частиц паяльные пасты подразделяются на 6 типов. Выбор нужно осуществлять с учетом шага вывода и размерами окон трафарета.
Классификации подлежат также флюсовые компоненты. Существует 3 вида флюсов в составе паяльных паст:
Канифольная группа флюсов представлена активированными, умерено активированными и совсем неактивированными композициями. Паяльные флюсы, не подвергавшиеся активации, проявляют самую маленькую активность.
Наибольшее распространение получили флюсы со средней активностью. Они хорошо очищают поверхность, растекаются по ней, смачивают соединяемые детали. Однако они могут вызывать коррозию. Поэтому после пайки рабочую зону нужно отмывать специальными растворителями или горячими водными растворами.
Паяльные флюсы, подвергавшиеся значительному активированию, применяют для сильно окисленных деталей.
После пайки рабочее место отмывают органическими смесями со спиртом.
Водосмываемые флюсовые композиции изготовлены на основе органических кислот. Они обладают большой активностью, способствуют образованию хорошего шва, но требуют обязательного отмывания очищенной горячей водой.
Не нужно отмывание при работе с флюсами, сделанными из синтетических или натуральных смол. Даже если после пайки на поверхности будут присутствовать остатки, это не навредит изделию.
Остаток не проводит ток, устойчив к окислению. Его можно не отмывать. При желании промывание можно сделать специальными растворителями или горячими водными растворами.
Важными характеристиками паяльных паст для поверхностного монтажа являются вязкость, клейкость, длительность периода сохранения свойств, способность создавать объемное соединение на плате.
Знание количественных показателей реологических свойств позволяет правильно выбрать принтер для нанесения паяльной пасты, который сможет рационально дозировать порции.
Наносят пасту с учетом склонности к увеличению вязкости пастообразной массы. Уменьшение вязкости происходит при повышении температуры. Чтобы успешно паять паяльной пастой, нужно периодически к массе добавлять новые порции и контролировать показания температуры в рабочей зоне. Это можно легко делать при использовании автоматов для трафаретной печати, оснащенных термодатчиками.
На многих упаковках с импортными пастами указывают «время жизни». Значение определяет интервал времени с момента распечатывания банки до окончания пайки, в течение которого реологические свойства останутся неизменными.
Если показатель невысокий, для получения качественного соединения работать придется оперативно. Сейчас в продаже имеются смеси, со «временем жизни» 72 часа. С такими средствами можно работать не спеша.
Важной характеристикой является клейкость паяльной пасты, которая отображает способность детали удерживаться на плате до начала работы.
Некоторые пасты могут фиксировать электронные компоненты более суток, что удобно при монтаже больших плат. Составы с низкой клейкостью способны удерживать элемент 4 часа.
В продаже имеется большой ассортимент паяльных паст, часть из которых продается в шприце для ручного или автоматического дозирования, другие – в банках, картриджах.
Продукция в банках предназначена для станков трафаретной печати. Сделаны они из металлических листов с большой скрупулезностью, что позволяет вырезать на плате ячейки для нанесения паяльной пасты с точностью до 0, 1 мм.
Специальные виды трафаретов могут регулировать толщину нанесения пастообразной массы. Станки могут работать как в ручном, так и в автоматическом режимах.
Дорогостоящие модели дополнительно оснащены системой очистки трафаретов, что значительно увеличивает производительность работ.
На многокомпонентные паяльные смеси влияют внешние факторы. Условия, выполнение которых требуется для правильного хранения, указывают на упаковке. С ними следует ознакомиться и неукоснительно соблюдать.
Обязательно указывают не только температуру, пригодную для хранения, но и диапазон ее возможных отклонений.
Обычно, при температуре хранения, превышающей 30 ℃, смесь необратимо ухудшается. Очень холодное окружение может ухудшить выполнение функций активаторами, содержащимися в припое или термопасте.
Большое значение имеет время, через которое паста приобретает комнатную температуру. Важно знать:
youtube.com/embed/6-K10QEEWF4″ frameborder=»0″ allow=»autoplay; encrypted-media» allowfullscreen=»»/>
При влажном воздухе в паяльной массе из-за впитывания воды могут появляться шарики припоя. Срок, условия хранения паяльных паст отличаются, зависят от состава. Ели выполнять указания производителей, то качество пайки будет соответствовать ожиданиям.
Совершенно отдельную группу составляют пастообразные композиции, предназначенные для монтажа паяльником фитингов из меди и ее сплавов в системах водоснабжения. К этим составам предъявляются особые требования, которые строго регламентирует ГОСТ.
Ни один из компонентов пасты не может быть токсичным. Флюс должен полностью исключить окисление шва, попадание продуктов коррозии в воду.
Пасты для водоснабжения абсолютно не подходят для работы с электронными схемами по многим причинам, в частности потому, что к ним, для увеличения прочности соединения, часто добавляют медь или серебро.
В электронике такие композиции не находят применения.
При создании печатных плат различной сложности используются методы SMD- и DIP- монтажа элементов. Применение первого способа крепления компонентов осуществляется после нанесения паяльной пасты. Для ее распределения используются трафареты для поверхностного монтажа. Их применение в процессе подготовки характеризуется множеством достоинств:
— паяльная паста распределяется максимально точно, так как создаваемые дорожки ограничиваются стенками апертур;
— использование трафарета позволяет ускорить процесс изготовления платы;
— за счет автоматизации снижается себестоимость производства электроники.
Четкость линий, по которым распределяется припойная паста, и ее дозировка прямо влияют на качество монтажа. Поскольку выводы поверхностных компонентов находятся на одном уровне, недопустимы перепады дорожек по высоте или контурам контактных площадок.
Достичь идеально равномерного распределения не удается даже в ручном режиме, так как выдавливание пасты из шприца не гарантирует точной дозировки.
Изделия для точного распределения и дозирования паяльной пасты бывают:
— одноуровневыми;
— многоуровневыми.
Трафареты первого типа представляют собой пластины, в которых апертуры находятся на одном уровне. Они применяются для большинства печатных плат. Их использование актуально в тех случаях, когда требуется зафиксировать на пластине элементы с выводами одинаковой длины.
Более сложные печатные платы часто создаются с применением чипов различных размеров. При этом выводы некоторых элементов оказываются короче, других — длиннее. Для их припоя требуется наносить пасту слоями разной толщины. В таких случаях требуются многоуровневые трафареты. Они представляют собой пластины с выступающими или утопленными участками на фоне основной поверхности.
Если площадка выступает, то стенки апертур имеют большую высоту. По ним паста распределяется более толстыми слоями. Если же площадка утопленная, то стенки апертур имеют меньшую высоту. Соответственно, паста по ним распределяется тонкими слоями.
Основной материал для изготовления таких пластин — жесткая листовая нержавеющая сталь. Не так давно трафареты для SMD-монтажа также изготавливались в виде металлических сеток, натянутых на прочный каркас. Однако недолговечность таких конструкций стала причиной снижения их популярности, несмотря на более низкую стоимость, и замены листовыми вариантами.
Трафареты из нержавейки изготавливаются одним из способов:
— химическим травлением;
— гальванопластикой;
— лазерной резкой.
Наиболее популярный метод — лазерная резка. Он используется при изготовлении более чем 90% трафаретов. Вторым по популярности считается метод двустороннего химического травления.
Производство трафаретов таким способом возможно только при использовании более мягких заготовок (из бронзы, латуни).
Популярность изделий, изготовленных методом лазерной резки, обеспечена множеством их достоинств:
1. Гладкие стенки апертур. Лазер фактически не прорезает, а прожигает пластину, что предотвращает образование микроскопических кромок;
2. Конусообразная форма отверстий. Со стороны, которой трафарет укладывается на диэлектрическую пластину, апертуры шире. Благодаря этому дорожка или точка из паяльной пасты сужается от основания к верхнему уровню, что обеспечивает легкое снятие листа с заготовки по завершению печатного цикла;
3. Точность апертур. Лазерная резка осуществляется на основании компьютерного алгоритма. Каждое отверстие и линия соответствуют параметрам техдокументации;
4. Четкость профилей контактных участков.
Комплекс отверстий, предназначенных для нанесения пасты под выводы каждого поверхностного элемента, точно совпадает с рабочей площадкой платы, что гарантирует распределение флюсо-припойного состава строго по металлизированным дорожкам;
5. Широкий диапазон размеров апертур. Толщина лазерного луча изменяется в настройках оборудования. Это позволяет создавать отверстия любой толщины.
Паяльная паста-важный элемент технологии поверхностного монтажа. Паяльная паста служит временным клеем во время установки компонентов и образует постоянное электрическое и механическое межсоединение после операции пайки.
Паяльная паста-смесь порошкообразного припоя и флюса, имеющая консистенцию сметаны. Такая консистенция паяльной пасты позволяет наносить ее с помощью автоматического оборудования, например, автомата трафаретной печати или дозатора, тем самым создавая возможность проведения высокоскоростной высокопроизводительной технологии производства.
Размер частиц припоя варьируется в зависимости от конечного исполнения электронной сборки. Меньший размер частиц позволяет использовать ее в микропроизводстве, что особенно важно в современных условиях широкого распространения миниатюризации электронных сборок.
Не меньшая роль в составе паяльной пасты придается флюсу. Основная функция флюса – удаление оксидных пленок с паяемой поверхности, удаление загрязнений в виде жиров, карбонатов металлов и многих других загрязнений, что обеспечивает растекаемость и смачиваемость припоя. Кроме того, флюс выполняет связующую функцию в общем объеме пасты (связка). Реологические свойства флюса-связки не только обеспечивают устойчивое взвешенное состояние порошкообразного припоя в пасте при хранении и использовании, но и обеспечивают повторяемость свойств паяльной пасты.
При правильно подобранном составе пасты, она отвечает всем вышеуказанным задачам и строгим требованиям производства в электронной промышленности.
Наиболее широко используемые методы нанесения пасты — это нанесение дозированием, трафаретная печать, перенос штырями, нанесение валиком.
Трафаретная печать – самая используемая технология нанесения, обеспечивающая высокую скорость, большую производительность, лучшее совмещение и управляемость объемом нанесения пасты.
Дозирование — продавливание пасты через сопло и управление положением нанесения и объемом наносимого материала. Наиболее эффективно использовать данную технологию нанесения при проведении пайки неплоских поверхностей. Дозирование рекомендуется использовать также при производстве и ремонте компонентов. Дозирование отлично обеспечивает нанесение пасты при пайке компонентов, установленных вручную. Паста для дозирования имеет более низкую вязкость, чем паста, используемая при нанесении трафаретной печатью.
Перенос штырем рекомендуется при нанесении на печатные платы малых размеров с относительно большим расстоянием между контактными площадками.
Нанесение валиком используется в монтаже выводных компонентов, например выводных CHIP-конденсаторов.
Паяльная паста достаточно чувствительна к воздействию теплоты, влаги и атмосферы.
Необоснованный нагрев пасты приводит не только к возникновению химического взаимодействия между компонентами самой пасты, но и приводит к расслоению пасты на припой и связку. Вовлечение газов из атмосферы также ведет к химическим реакциям, высыханию, или, наоборот, к поглощению влаги. Поэтому хранить пасту необходимо в строгом температурном режиме, в вертикальном положении упаковки.
Приводим часто встречающиеся в производстве проблемы, которые возникают при нанесении.
Факторы смачивания и результаты их проявлений
|
Фактор |
Результат проявления |
|
Неравномерный прогрев |
В процессе оплавления часть профиля остается недостаточно прогретой, и жидкий припой стремится в направлении высоких температур. Непрогретые участки остаются вне требуемых зон заполнения припоем. |
|
Несовместимость подложки и припоя |
Несовместимость материалов, состава покрытия подложки, металлизация, состояние паяемой поверхности могут препятствовать образованию связей между металлами, что ухудшает смачивание. |
|
Образование оксидов |
На металлических поверхностях, подверженных пайке, могут образовываться промежуточные оксиды, как до, так и после оплавления, что препятствует оплавлению припоя. |
|
Наличие инородных неметаллических примесей |
Производство печатных плат, обработка поверхности, работа с материалами могут быть источниками загрязнений. Все типы загрязнений могут снижать силы сцепления с подложкой, следовательно, препятствовать смачиванию. |
|
Эффект дополнительного перегрева |
Оплавление в печи будет неравномерным из-за разной теплоемкости отдельных материалов, монтируемых на плате. |
|
Избыточная металлизация поверхности |
Избыточная металлизация поверхности выводов и плат, или их неполная металлизация, влияет на оплавление припоя. Припой должен равномерно смачивать поверхность, которая была обработана флюсом, но из-за неравномерного нанесения материала при металлизации может произойти распайка. |
Критерии выбора паяльной пасты
Ниже приводятся рекомендации для потребителя по выбору паяльных паст
— Является ли рекомендованная паяльная паста отмывочной или безотмывочной и даны ли к ней рекомендации по способу отмывки*.
— Рекомендуемый или идеальный профиль оплавления*.
— Классификация флюса по стандарту J-STD-004В (IEC 61190-1-2) *.
— Результаты тестирования на испытание медного зеркала*.
— Содержание галогенидов*.
— Содержание твердого остатка (нелетучих флюса) *.
— Коррозия*.
— Сопротивление поверхностной изоляции* (SIR).
— Характеристики паст по стандарту J-STD-005*.
— Размер частиц*.
— Форма частиц*.
— Содержание металла*.
— Вязкость*.
— Осаждение (растекание) *.
— Возможность образования шариков (брызги) припоя*.
— Клейкость*.
— Смачивание*.
— Обозначение припойного сплава*.
— Кислотное число.
— Удельный вес флюса.
— Вязкость флюса для пасты.
— Внешний вид пасты.
— Показатель растекания флюса.
— Результаты проверки на баланс смачивания продукта.
— Стойкость к плесени.
Позициям, помеченными значком «*», обычно придается более важное значение.
Паяльная паста выпускается в промышленных упаковках
— для трафаретной печати — банка, 0.
5 кг
— для дозирования – шприц-картридж, 30 г и 100 г.
Однажды я слышал, как комик Рита Руднер задала вопрос во время выступления; «Почему, когда вы смешиваете воду и муку, получается паста … а затем вы добавляете яйца и сахар, и получается торт? Куда девается паста? » Мои познания в химии кулинарии недостаточно высоки, чтобы ответить на ее вопрос, но основная форма пасты в точности такая, как она описала, и все еще может многое сделать. В течение многих лет это было идеальным решением для детских художественных проектов в начальной школе, и даже сегодня люди все еще используют эту простую пасту для создания удивительных поделок из папье-маше, таких как пиньяты и маски.
Знаете, для чего еще хороша паста? Пайка печатных плат. Ладно, ты прав. Паста, используемая для пайки компонентов на печатные платы, представляет собой гораздо более сложный рецепт, чем просто вода и мука, но все же паста.
Паяльная паста на самом деле представляет собой изобретенную комбинацию порошкового припоя и густого пастообразного флюса, используемого в процессе оплавления припоя. Как это используется в различных применениях паяльной пасты для сборки печатных плат — это то, о чем должны знать дизайнеры печатных плат, и мы рассмотрим это подробнее здесь.
Электронные компоненты сначала припаивались к печатным платам вручную, пока процесс пайки волной припоя не был усовершенствован для массового производства печатных плат. Затем были разработаны детали для поверхностного монтажа, которые были меньше, чем их аналоги для сквозных отверстий, из-за отсутствия длинных выводов, и в конечном итоге они стали доминирующим типом корпусов компонентов, используемых на печатных платах. Однако отсутствие сквозных выводов в деталях для поверхностного монтажа заставило разработать новый метод пайки, чтобы удерживать их на плате до тех пор, пока пайка не будет завершена.
Этот новый процесс известен как оплавление припоя, и он не использует стандартную ванну расплавленного припоя, которую использует волновой процесс. Вместо этого используется липкая паяльная паста, чтобы удерживать детали на месте и припаивать их.
Паяльная паста представляет собой комбинацию порошка, состоящего из частиц металлического припоя и липкого флюса, имеющего консистенцию замазки. Флюс не только выполняет свою обычную работу по очистке поверхностей пайки от загрязнений и окисления, но также обеспечивает временный клей, который удерживает компоненты для поверхностного монтажа на месте.Порошок припоя, используемый в пасте, может различаться по своему химическому составу в зависимости от используемых типов материалов и процентного содержания в зависимости от потребностей паяемой платы. Например, паяльная паста доступна как в свинцовом, так и в бессвинцовом вариантах, чтобы соответствовать директиве об ограничении вредных веществ (RoHS). Паяльная паста также классифицируется по размеру металлических частиц, из которых состоит порошок припоя.
Эти частицы должны иметь сферическую форму и могут различаться по размеру в соответствии со стандартами типа, указанными в IPC J-STD 005.
Марки паяльной пасты в зависимости от размера частиц | |||||||||
| Тип 1 | Тип 2 | Тип 3 | Тип 4 | Тип 5 | Тип 6 | Тип 7 | Тип 8 | ||
| 150-75 мкм | 75-45 мкм | 45-25 мкм | 38-20 мкм | 25-10 мкм | 15–5 мкм | 11–2 мкм | 8–2 мкм | ||
После того, как паяльная паста выбрана, следующим шагом будет ее нанесение на печатную плату.
Паяльная паста может наноситься индивидуально на контакты с помощью шприца, но, как вы понимаете, это очень медленный ручной процесс, который никогда не подойдет для обычных производственных работ.
Вместо этого сборщики печатных плат будут использовать трафаретную или струйную печать для нанесения паяльной пасты.
Трафарет: Используя данные САПР из ваших инструментов проектирования печатных плат, производитель разработает трафарет с отверстиями или отверстиями, размер и форма которых соответствуют контактным площадкам для поверхностного монтажа на вашем дизайне.Эти трафареты часто вырезаются лазером для обеспечения точности и могут быть изготовлены из различных материалов разной ширины в зависимости от компонентов, которые нужно паять, и требуемого количества пасты. На трафареты можно нанести покрытие и материалы, которые сделают отверстия отверстий гладкими и помогут равномерно нанести пасту. Ракель используется для распределения припоя по трафарету и равномерного заполнения всех отверстий. Эта операция обычно занимает от 15 до 45 секунд на плату. После завершения процесса печати плата проверяется с помощью оптического сканирующего оборудования для проверки качества нанесенной паяльной пасты.
Далее трафарет очищается и процесс печати повторяется для следующей платы.
Струйная печать: Хотя трафаретная печать отлично справляется с большими производственными тиражами, на создание трафарета уходит время, а также могут возникнуть трудности с контролем правильного количества припоя для каждого компонента. Паяльная паста для струйной печати, с другой стороны, изготавливается по другой формуле, так что паста более жидкая, решает эти проблемы. Используя те же конструктивные данные печатной платы, из которых изготавливается трафарет, струйный принтер наносит правильное количество припоя на каждую площадку для поверхностного монтажа на плате.Принтер выбрасывает крошечные капельки паяльной пасты из картриджа, который можно легко вставлять и выключать в зависимости от типа припоя, необходимого для каждого применения. Струйная печать дает сборщикам печатных плат большую гибкость, а также возможность точно контролировать количество наносимого припоя.
После нанесения паяльной пасты следующим шагом будет пропустить печатную плату через систему оплавления припоя для завершения процесса.
Паяльная паста и процесс оплавления припоя используются в основном для компонентов поверхностного монтажа.Однако существует также возможность использования паяльной пасты вместо пайки волной припоя для сквозных отверстий. Припой с навязчивым оплавлением, известный также как «штифт в пасте» (PIP) или «штырь в отверстии» (PIH), экономит время и деньги, поскольку существует только один процесс — процесс оплавления. Пока компоненты со сквозными отверстиями сами могут выдерживать температуры печи оплавления и есть достаточный зазор вокруг выводов в отверстиях для распределения паяльной пасты, процесс оплавления может обеспечить хорошие сплошные паяные соединения на металлических сквозных отверстиях.
После того, как на плату нанесена паяльная паста и установлены компоненты, она готова к оплавлению. Доска будет проходить через серию промышленных конвекционных печей, которые регулируют различные уровни температуры для завершения всего процесса оплавления.
Плата сначала нагревается до определенной температуры, а затем выдерживается при этой температуре, чтобы активировать флюс в паяльной пасте и удалить оксиды с поверхности пайки. Затем плата снова нагревается для оплавления припоя, после чего плата проходит процесс охлаждения для отверждения вновь образованных паяных соединений.
Пайка SMT Включает:
Методы пайки SMT
Пайка волной
Пайка оплавлением
Пайка BGA
Что такое паяльная паста и как ее использовать
См. Также: Основы пайки Ручная пайка: как паять Паяльники Инструменты для пайки Припой — что это такое и как пользоваться Распайка — секреты, как правильно сделать Паяные соединения
Паяльная паста — это форма припоя, которая используется в инфракрасных машинах оплавления в процессе сборки печатных плат.
используется при сборке печатных плат, поскольку она обеспечивает значительные преимущества, а ее форма позволяет сделать процесс простым и легким.
Паяльная паста может применяться при сборке крупномасштабных печатных плат или даже при производстве прототипов. Фактически, он используется в большинстве форм сборки SMT, что является простой в использовании средой для припоя.
Паяльная паста — это смесь мельчайших сфер припоя, удерживаемых в специальной форме припоя.Как видно из названия, он имеет текстуру пасты, отсюда и название.
Тот факт, что это паста, означает, что ее можно легко нанести на плату во время сборки печатной платы.
Частицы припоя представляют собой смесь припоя. Традиционно это были олово и свинец, но в соответствии с законодательством во всем мире были введены только бессвинцовые припои. Они могут быть приготовлены из множества смесей. Одна из них — 99,7% олова и 0,3% меди, тогда как есть другие смеси, которые включают другие металлы, включая олово.
Существуют различные сорта паяльной пасты, и можно выбрать требуемый тип, соответствующий используемому процессу сборки печатной платы. Паяльная паста сортируется по размеру маленьких шариков припоя. Поскольку их нельзя точно отсортировать, разные типы имеют полосу размеров шариков припоя, между которыми попадает 80% мелких шариков припоя.
| Обозначение типа IPC | Размер частиц (мкм) * |
|---|---|
| Тип 1 | 75–150 |
| Тип 2 | 45–75 |
| Тип 3 | 25–45 |
| Тип 4 | 20–38 |
| Тип 5 | 10–25 |
| Тип 6 | 5–15 |
| Тип 7 | 2–11 |
| Тип 8 | 2–8 |
* минимум 80% между указанными размерами
Припой также можно разделить на категории в зависимости от типа используемого флюса:
Эти флюсы при необходимости можно очистить после процесса пайки с помощью растворителя (возможно, включая хлорфторуглероды). Чтобы гарантировать, что паяльная паста подходит для обеспечения высочайших характеристик сборки печатных плат, необходимо убедиться, что она сохраняет требуемые свойства.
Для этого обязательно, чтобы паяльная паста хранилась правильно. Его всегда следует хранить в герметичном контейнере, чтобы предотвратить окисление.Очень большая площадь поверхности мельчайших сфер припоя означает, что окисление может представлять очень большую проблему.
Кроме того, припой необходимо хранить при низких температурах. Это не только снижает скорость любого возможного окисления, но также снижает скорость разложения флюса. Хотя низкая температура является обязательной, ее нельзя хранить при температуре ниже нуля.
Ввиду того, что паяльная паста может разлагаться, у нее также есть определенный срок хранения, и ее не следует использовать после истечения срока ее годности.Если используется старая паяльная паста, существует явный риск гораздо более высокого уровня дефектов, и стоимость любой доработки будет намного выше стоимости замены паяльной пасты.
Когда паяльная паста используется при массовой сборке печатных плат, а также при сборке прототипов печатных плат, выполняется ряд этапов.
Сначала на печатные платы наносится паяльная паста. Паяльная паста наносится только на те участки, где требуется припой. Это достигается с помощью трафарета для паяльной пасты, который пропускает паяльную пасту только в определенных областях.
Есть много способов добиться этого, но обычно трафарет накладывается на плату, и паста наносится через него, обеспечивая нанесение необходимого количества — слишком мало, и на стыки будет достаточно припоя — слишком много и стыки будет слишком большим, и может быть вероятность плохого соединения и даже короткого замыкания между соседними накладками и т. д.
После того, как паяльная паста нанесена на печатную плату, она подается в машину для захвата и установки, где добавляются компоненты.Паяльная паста имеет достаточное натяжение, чтобы удерживать компоненты на месте. Однако следует проявлять осторожность, чтобы не ударить по плате на этом этапе, иначе компоненты могут сдвинуться или упасть. Кроме того, плату следует припаять в течение нескольких часов после установки, иначе паяльная паста может испортиться.
Паяльная паста, очевидно, может быть куплена в промышленных количествах для крупных заводов по сборке печатных плат, но ее также можно купить в меньшем количестве.Его можно купить в тубах и шприцах. Они особенно полезны для таких приложений, как общие участки или области переделки BGA, или для сборки небольших прототипов.
Паяльная пасташироко используется при сборке печатных плат — как в массовом производстве, так и при сборке прототипов печатных плат. Это отличный метод нанесения припоя, применимый к большим и малым формам сборки печатных плат.
При осторожном использовании он позволяет производить паяные соединения очень высокого качества, однако для его сохранения требуется очень тщательный контроль процесса, и любые обнаруженные проблемы необходимо возвращать в процесс, чтобы исправить проблему как как можно быстрее.В частности, необходимо наносить правильное количество и в правильном месте. Кроме того, паяльная паста должна быть использована до истечения срока годности, чтобы обеспечить соответствие соединений требуемому стандарту.
Другие идеи и концепции конструкции:
Пайка
Пайка компонентов SMT
ESD — Электростатический разряд
Производство печатных плат
Сборка печатной платы
Вернуться в меню «Строительные методы». . .
и ее применение в SMT — узнайте, что такое паяльная паста и как ее использовать для припайки электронных компонентов SMD к печатной плате.
Здесь мы узнаем о паяльной пасте и ее применении в SMT. Что такое паяльная паста и как ее использовать?
Паяльная паста — это просто суспензия мелких частиц припоя в носителе флюса. В электронной промышленности паяльная паста используется в технологии поверхностного монтажа (SMT) для пайки электронных компонентов SMD на печатную плату.
Состав частиц может быть адаптирован для получения пасты с желаемым диапазоном плавления.Дополнительные металлы могут быть добавлены для изменения состава пасты для специализированных приложений.
Размер и форма частиц, содержание металла и тип флюса можно варьировать для получения паст с различной вязкостью.
С введением RoHS (Ограничение использования опасных веществ) в электронной промышленности Европейским Союзом и многими другими странами, большинство электронных компаний переходят на использование бессвинцовой продукции. Бессвинцовая паяльная проволока и паяльная паста производятся с различным составом и соотношением.Но наиболее популярным и широко используемым составом и соотношением является SAC ( олово, серебро, медь, ) при соотношении 96,5% олова + 3,0% серебра и 0,5% меди.
Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления, чем обычный оловянно-свинцовый припой 63/37 или 60/40. Кроме того, паяные соединения не такие блестящие, как оловянно-свинцовый припой.
Машина для трафаретной печати Некоторые из основных характеристик, которые следует учитывать при выборе трафаретного принтера для паяльной пасты, — это максимальный размер печатной платы SMT, с которой можно работать, элементы управления точным выравниванием экрана и воспроизводимостью печати, а также механизм удержания платы.
Значительный прогресс был достигнут в области дозатора паст, растрирования и трафарета для паст на подложках. Каждый метод нанесения паяльного крема имеет свои плюсы и минусы, но наиболее широко используемый метод — это трафарет как для переделки, так и для крупносерийного производства. Vastex — известный производитель и поставщик оборудования для трафаретной печати.
Машина для трафаретной печати
Трафареты для нанесения паяльной пастыСуществует три основных способа изготовления трафаретов:
Химическое травление — самый старый, наиболее широко используемый и наименее дорогой способ.Лазерная резка и гальванопластика, особенно последнее, находят применение там, где точность имеет первостепенное значение. Помимо типа трафарета, очень важен тип лезвия швабры. Скребки с металлическими лезвиями широко используются, потому что они требуют меньшего обслуживания, чем резиновые скребки.
Паяльная паста выпускается как в свинцовой ( со свинцом, ), так и в бессвинцовой ( без свинца ) формах. Он может быть неочищенным или растворимым в воде.С пастами без очистки нет необходимости очищать плату после пайки. Водорастворимые паяльные пасты легко растворяются в воде без вреда для здоровья.
Alpha Cookson — ведущий производитель и поставщик всех типов паяльных материалов, включая припой, пасту и пруток.
Как получить лучшие паяные соединенияДля достижения хороших результатов печати необходимо сочетание правильного паяльного материала, правильных инструментов и правильного процесса.
Хотя поставщики, такие как PCBA Tools, несут основную ответственность за предоставление желаемой паяльной пасты и экранов или трафаретов и лезвий ракеля, пользователь должен контролировать параметры процесса и оборудования для достижения хорошего качества печати. Даже самая лучшая паяльная паста, оборудование для поверхностного монтажа и методы нанесения сами по себе недостаточны для обеспечения приемлемых результатов.
Пайка — это эффективность.Если вы часами паяете все эти SMD-компоненты на своем последнем прототипе, то мы чувствуем вашу боль. Нет более быстрого способа сделать это? В те времена, когда компоненты со сквозными отверстиями преобладали в дизайне электроники, ручная пайка была идеальным вариантом для дизайнеров-любителей. С паяльником и флюсом в руке было легко прикрепить выводы к плате. Но в наши дни, когда устройства могут поместиться в кармане или на запястье, компоненты со сквозными отверстиями уступают место их миниатюрным аналогам, устройствам для поверхностного монтажа (SMD).Эти крошечные компоненты сложнее припаять вручную, и если вам нужно собрать десятки прототипов, вам понадобится более эффективный способ разместить эти компоненты на своей плате. Если вы только начинаете работу со своим первым прототипом или, может быть, ищете более быстрый способ собрать все ваши SMD-компоненты, то самое время подумать о нанесении паяльной пасты по трафарету .
Нанесение паяльной пасты по трафарету — это процесс использования трафарета, сделанного из металла или полимера, для быстрого нанесения паяльной пасты на все контактные площадки на голой плате.Этот трафарет содержит множество отверстий, которые представляют все контактные площадки SMD на макете вашей платы.
Металлический трафарет для паяльной пасты, идеально подходящий для сотен прототипов. (Источник изображения)
Когда вы кладете этот трафарет на голую плату, вы можете нанести на него слой паяльной пасты, оставив красивый равномерный слой припоя на всех ваших контактных площадках SMD. Это упрощает сборку вашего следующего прототипа, где естественной альтернативой является нанесение припоя по одной контактной площадке с помощью шприца, а затем умноженное на 100, 200… 1000 !?
Основным компонентом трафарета паяльной пасты является, конечно же, паяльная паста.Если вы впервые работаете с этой серой слизью, то полезно знать, что она делает.
Паяльная паста выполняет три основные функции:
Без паяльной пасты у вас не было бы возможности прикрепить компоненты к голой плате, и это клей, который скрепляет весь ваш электронный проект.
Расплавленный припой образует прочное соединение между контактными площадками и выводами компонентов, подобных этим корпусам 1206. (Источник изображения)
При покупке паяльной пасты вы найдете ее в тюбике, шприце или банке. Внутри этих контейнеров вы найдете порошковый припой серого цвета, взвешенный в другом материале, называемом флюсом.
Когда вы впервые прикрепляете SMD-компоненты к плате, флюс действует как временный клей, позволяя удерживать детали на месте до того, как припой расплавится. Когда придет время пропустить вашу плату через печь оплавления, флюс уступит место припою, который плавится, образуя паяное соединение между каждой контактной площадкой на ваших SMD-компонентах. Паяльная паста бывает разных составов, в том числе:
Приобретая паяльную пасту для трафарета, вы захотите приобрести ее в банке у такой компании, как Kester.
Это позволит легко нанести каплю паяльной пасты на пластиковые трафареты.Вы можете выбрать один из двух типов: «без чистки» или растворимый в воде.
Типичная баночка с паяльной пастой, именно то, что вам нужно для трафарета.
Паяльная паста«Не чистить» содержит канифоль из древесного сока, которая позволяет безопасно оставлять остатки припоя на печатной плате. Если при нанесении трафарета на доску попало немного этой пасты, ее не нужно счищать. Однако, если вам нужно удалить с доски излишки пасты, подумайте о том, чтобы выбрать водорастворимую версию, которую можно удалить, осторожно взмахнув кимвипом, пропитанным IPA.Этот тип также известен своей улучшенной термической стабильностью, что позволяет использовать более высокие температуры пайки.
Когда вы получаете паяльную пасту по почте, вы должны обязательно хранить ее в холодильнике при температуре 0–10 ° C (32–50 ° F). Хранение паяльной пасты при этой температуре поможет уменьшить окисление и деградацию флюса.
Вам также следует следить за сроком годности паяльной пасты, поскольку использование припоя по истечении срока годности определенно увеличивает риск возникновения дефектов.Хотя это может не иметь большого значения, если вы используете просроченную пасту на нескольких прототипах печатных плат, вы можете себе представить, как могут возрасти затраты, если вы работаете с сотнями печатных плат, и ваша паста в конечном итоге приводит к плохим соединениям.
Пайка по трафарету — это экономия времени и повышение эффективности. Было бы легко вытащить это железо для пайки компонентов со сквозным отверстием, но работа с SMD-компонентами представляет собой совершенно новую проблему для наших неуклюжих рук с меньшими контактами контактных площадок.При использовании трафарета для паяльной пасты вы получаете следующие преимущества:
Использование трафарета для паяльной пасты — это быстрый процесс, требующий всего лишь нескольких движений кредитной карты или металлического ракеля, чтобы нанести красивое, равномерное покрытие на все контактные площадки SMD на вашей печатной плате.Но этот метод используется не только в домашних проектах, связанных с электроникой. Вы также найдете трафареты из паяльной пасты, используемые производителями по всему миру.
После того, как ваша плата будет изготовлена вашим производителем, они нанесут слой паяльной пасты на все SMD вашей платы с помощью трафарета. После того, как паста будет нанесена, ваша плата будет помещена в машину для подбора и установки, где установлены все SMD-компоненты.
Здесь флюс в паяльной пасте удерживает все компоненты на месте до тех пор, пока плата не будет приготовлена.
Машины для захвата и размещения быстро устанавливают компоненты SMD на голую плату. (Источник изображения)
Со всеми SMD-компонентами на вашей плате, она затем пройдет либо пайку оплавлением, либо печь для пайки волной припоя. В процессе пайки волной припоя ваша печатная плата проходит через волну расплавленного припоя, который расплавляет весь припой на вашей плате. Это идеальный производственный процесс, когда на вашей печатной плате есть как сквозные, так и SMD-компоненты. Альтернативой является пайка оплавлением, когда ваша плата пропускается через большую промышленную печь, а тепло оплавлением подается на верхнюю часть платы, что расплавляет припой на контактных площадках SMD.
Дома вы обычно проходите весь производственный процесс с небольшими изменениями. Вместо промышленной паяльной печи многие дизайнеры-любители используют меньшую печь для горячей пайки или паяльную станцию с горячим воздухом, а некоторые даже выполняют свою работу с помощью электрической сковороды или модифицированной тостерной печи.
Вместо машины для подбора и установки вы, вероятно, будете использовать свои навыки ручного управления с помощью пинцета, чтобы разместить все свои компоненты.
Эта сковорода для пайки оплавлением обеспечивает доступный вариант пайки.(Источник изображения)
Когда вы будете готовы заказать свой первый трафарет для паяльной пасты, вы должны решить, из какого материала вы хотите его сделать: из металла или полиимида.
Металлический трафарет
Мы рекомендуем сделать трафарет из какого-нибудь металла, обычно из нержавеющей стали, если вы знаете, что будете использовать его для сотен прототипов. Этот материал, как правило, является излишним для многих дизайнеров-любителей, которым нужно собрать всего несколько прототипов, но это хороший вариант, о котором стоит помнить, если у вас ограниченный бюджет.
Полиимидный трафарет
Для дизайнеров-любителей, которые работают только с несколькими прототипами, мы рекомендуем сделать трафарет из полиимида, который является синтетическим полимером.
Эти трафареты для лазерной резки представляют собой недорогую альтернативу металлическим трафаретам.
Типичный полиимидный трафарет, идеально подходящий для небольшого числа прототипов. (Источник изображения)
Вы можете приобрести трафареты из полиимида и нержавеющей стали у таких поставщиков, как OSH Stencils, примерно за 5–10 долларов.Эта компания уже много лет обслуживает электронное сообщество и предлагает недорогую альтернативу разработчикам, которым требуются небольшие объемы трафаретов для печатных плат. У них есть простой процесс загрузки вашего дизайна на свой веб-сайт, который позволяет вам увидеть, как ваш трафарет будет выглядеть до того, как он будет создан. Вы также можете добавить на свой трафарет индивидуальную гравировку для таких вещей, как имена файлов, версии платы, даты или названия проектов.
Набор трафаретов OSH в комплекте с распределителем паяльной пасты!
Прежде чем получить трафарет для паяльной пасты из OSH Stencils, полезно знать, где найти слой паяльной пасты в инструменте проектирования печатных плат.
В Autodesk EAGLE трафарет для паяльной пасты будет состоять из Layer 31 tCream и / или Layer 32 bCream . Чтобы просмотреть слой с кремом в EAGLE, сделайте следующее:
Теперь ваш вид должен измениться на набор серых фигур, как показано на изображении ниже. Вот как будет выглядеть ваш трафарет в физическом виде! Каждая из этих коробок является площадкой для всех посадочных мест ваших SMD-компонентов, и при разрезании по трафарету они будут правильно совмещаться с площадками на вашей пустой плате.
Готовы заказать трафарет для паяльной пасты? Большинство распространителей трафаретов потребуют от вас загрузить набор герберов для верхнего и нижнего слоев пасты.
Однако, если вы используете OSH Stencils, вы можете напрямую загрузить свой файл .brd, и их онлайн-инструмент изолирует слои вставки для вас. Вот шаги, которые необходимо предпринять, если вам нужно сгенерировать набор герберов для слоев пасты в EAGLE:
Если у вас также есть SMD-компоненты, размещенные в нижней части вашей платы, вы можете повторить тот же процесс, описанный выше, на этот раз выбрав Layer 32 bCream.
После создания файла Gerber вы найдете его в папке проекта дизайна.
После того, как ваш трафарет для паяльной пасты заказан и доставлен, самое время надеть его! Обязательно посмотрите видео ниже от Sparkfun с подробными инструкциями. Вот общий обзор шагов, которые вы будете предпринимать во время процесса пайки по трафарету:
Итак, все, что вам нужно для начала работы с трафаретной пастой. Трафарет — отличный способ равномерно нанести паяльную пасту на все контактные площадки SMD на печатной плате, а также позволяет быстро и легко собрать компоненты вручную.Это метод, который выбирают многие любители электроники, которым нужно работать с десятками прототипов, но он предназначен не только для использования в домашних условиях. Вы также обнаружите, что производители печатных плат используют трафареты для нанесения паяльной пасты на вашу плату, а затем используют высокотехнологичное оборудование, такое как подъемно-установочные машины и печи для оплавления, чтобы склеить все вместе.
Независимо от того, наносите ли вы трафарет паяльной пастой дома или позволяете сделать это производителю, благодарите эту серую слизь!
Готовы получить собственный трафарет для паяльной пасты? Зайдите в OSH Stencils и получите один всего за 5 долларов!
Консультации по применению припояРасстояние или зазор между верхней стороной носителя для печати и нижней стороной экрана или трафарета.Отслаивание используется по двум основным причинам: для облегчения отделения паяльной пасты из отверстий апертуры трафарета и для облегчения печати более сильного осаждения пасты на подложке.
Во время цикла печати давление, оказываемое лезвием ракеля, заставляет трафарет / трафарет опускаться на подложку, герметизируя непосредственно печатаемую область. По мере прохождения лезвия ракеля экран / трафарет возвращается на исходное предварительно заданное расстояние отрыва, теоретически отделяясь от паяльной пасты, оставляя ее на печатной подложке.
Snap-off — это пережиток времен печати через трафареты. Это может оказаться жизнеспособной альтернативой для облегчения использования плохо вырезанного трафарета и все еще может быть необходимо для конкретного оборудования или приложений; однако это не обязательно повторяемый процесс, и он не будет работать во всех случаях.
Использование защелкивания устраняет любой эффект «уплотнения» (герметизация области печатной площадки трафаретом), необходимый для нанесения с более мелким шагом. Это может привести к «вытеканию» паяльной пасты или ее растеканию под трафаретом во время цикла печати, вызывая непрерывный мостик из паяльной пасты на том, что раньше было контактными площадками отдельных компонентов.
Использование защелкивания также может привести к появлению пиков в отложении паяльной пасты, плохой однородности нанесения пасты и нестабильным результатам печати.
Ключевые преимущества печати на контакте просты. Этот процесс обеспечивает полную «прокладку» контактных площадок компонентов во время цикла печати, что предотвратит «вытекание» и перекрытие даже на компонентах UFP.
Контактная печать также обеспечивает более равномерное нанесение паяльной пасты и более стабильную высоту пасты.
Важно помнить, что на некотором оборудовании, управляемом компьютером, простой установки расстояния отрыва в меню настройки недостаточно.Расстояние отрыва в этих станках зависит от того, как выполняется калибровка оси, управляющей отрывом. Всегда проверяйте свои настройки.
При регулировке защелкивания не забывайте постоянно проверять всю площадь платы. Часто внешние края доски соприкасаются с трафаретом раньше, чем область печати. В этом случае проверьте поддержку платы или размещение платы или убедитесь, что плата, которую вы используете, не деформирована. Проблема заключается в том, что в конечном итоге можно получить слишком сильное давление трафарета вниз, что приведет к ложному и непоследовательному отрыву.
Рекомендация
от 0,010 «до 0,050» — в зависимости от толщины платы, настроек защелкивания и упора прижима.
Определение
Расстояние Z-башня или опора для платы будут опускаться с контролируемой скоростью, чтобы очистить трафарет, прежде чем перейти в исходное положение.
Как это работает
Разделительное расстояние — это функция, предназначенная для отделения паяльной пасты от отверстий трафарета.Некоторые опоры для плат при опускании вибрируют (это результат низкой скорости вращения шагового или серводвигателя), что также способствует высвобождению паяльной пасты.
После завершения цикла печати Z-образная стойка, удерживающая только что напечатанный носитель, опустится с заданной скоростью (обычно низкой, средней или высокой) до предварительно заданного расстояния разделения. Как только это расстояние будет достигнуто, Z-образная башня опустится на полной скорости в исходное положение.
Недостатки разделительного расстояния
Самый большой недостаток использования разделительного расстояния заключается в том, что это замедляет общее время цикла печати.При меньших настройках это вряд ли будет заметно; однако при приближении к более высоким пределам будет замечено резкое увеличение.
Преимущества разделительного расстояния
Основным преимуществом использования разделительного расстояния является то, что он почти всегда способствует лучшему отделению паяльной пасты от отверстий трафарета. Это также способствует более равномерному нанесению паяльной пасты и минимизирует образование пиков.
Регулировка
Чтобы установить оптимальное разделительное расстояние, начните с настройки разделительного расстояния в меню настройки на 5 мил толще, чем используемый материал трафарета, затем выполните следующие шаги.Например: если текущая толщина трафарета составляет 0,006 дюйма, то начальное разделительное расстояние должно быть 0,011 дюйма.
Примечание
Важно знать, что на некотором оборудовании, управляемом компьютером, простой установки расстояния отрыва в меню настройки недостаточно.Расстояние отрыва в этих станках зависит от того, как выполняется калибровка оси, управляющей отрывом. Всегда проверяйте свои настройки.
При регулировке отрыва не забывайте постоянно проверять всю площадь платы. Часто внешние края доски соприкасаются с трафаретом раньше, чем область печати. В этом случае проверьте поддержку платы или размещение платы или убедитесь, что плата, которую вы используете, не деформирована. Проблема заключается в том, что в конечном итоге можно получить слишком сильное давление трафарета вниз, что приведет к ложному и непоследовательному отрыву.
_______________________________________________________
Рекомендация
Менее 1–12 дюймов в секунду (в зависимости от состава и вязкости)
Определение
Скорость печати, также известная как скорость цикла ракеля, представляет собой скорость перемещения или перемещения узла ракеля во время цикла печати.
Как это работает
Скорость печати зависит от многих других параметров, включая давление ракеля, тип материала ракеля, химический состав или вязкость пасты, размер и ориентацию отверстия трафарета и т. Д.Например, чтобы использовать высоковязкую паяльную пасту на более высокой скорости печати, обычно необходимо увеличить давление ракеля, чтобы получить хорошее чистое протирание поверхности трафарета во время цикла печати.
Недостатки скоростной печати
Важно понимать, как химический состав паяльной пасты реагирует на изменение скорости печати. Паяльные пасты испытывают явление, известное как истончение сдвига. Истончение сдвига можно спутать с оседанием, но причина совсем в другом.Разжижение при сдвиге вызвано повышением температуры в точке, где материал ракеля встречается с трафаретом. Это повышение уровня нагрева является прямым результатом более высоких скоростей цикла ракеля и повышенного давления ракеля, необходимого для выполнения высокоскоростной печати. Самая большая разница между паяльной пастой, подверженной оседанию, и пастой, подверженной разжижению при сдвиге, заключается в том, что после остановки цикла печати хорошая реологическая паста обычно восстанавливает свою прочность после разжижения при сдвиге. С другой стороны, просадка — это своего рода расплавление реологии паяльной пасты, вызванное повышенными температурами и / или низкой загрузкой металла или химическим составом с низкой вязкостью.
Дефекты, обычно вызываемые диапазоном высокой скорости печати, от недостаточного покрытия контактной площадки до короткого замыкания контактной площадки. Недостаточное покрытие тампона при высокоскоростной печати обычно вызвано либо неправильной формулой пасты, либо выбором вязкости, либо слишком маленьким отверстием трафарета. Короткое замыкание между подушками обычно происходит в результате истончения при сдвиге. В любом случае, при высоких скоростях ракеля, паяльная паста не успевает должным образом заполнить отверстия трафарета до того, как ракель пройдет, оставляя меньше отложений на контактной площадке компонента и часто недостаточный припой или открытые дефекты после оплавления.
Кроме того, дополнительные настройки давления и скорости, необходимые для высокоскоростной печати, сказываются на датчиках, серводвигателях, лезвиях ракеля и сроке службы трафарета, и обычно требуют большего обслуживания, чем обычно.
Преимущества высокоскоростной печати: Пропускная способность.
Регулировка
Под высокой скоростью обычно понимается скорость печати от 4 до 8 дюймов в секунду.В случае сомнений свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о вашем конкретном приложении.Примечание
В идеале скорость печати должна быть достаточно высокой, чтобы принтер не замедлял остальную часть вашей линии. Высокая скорость печати бесполезна, если для вашего процесса нет другой альтернативы. Как показывает практика, высокоскоростная печать бесполезна, если для вашего процесса нет другой альтернативы. При настройке высокоскоростного процесса печати настройте циклы печати на частоту цикла по требованию, когда принтер «ждет» как можно более короткое время между циклами печати.Это позволит вам оптимизировать время цикла печати и позволит вашей паяльной пасте поддерживать более стабильную реологию.
Если у вас нет другого выбора, кроме как печатать на высоких скоростях, обязательно используйте паяльную пасту, которая выдерживает этот процесс. Также необходимо обеспечить лучшую и более тщательную поддержку печатного продукта печатной платой. В случае сомнений свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о вашем конкретном приложении._______________________________________________________
Рекомендация
1 к 1.Типичное давление 5 фунтов на погонный дюйм лезвия швабры. См. Настройку ниже.
Определение
Давление вниз, измеряемое в фунтах на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм), оказываемое лезвием ракеля на поверхность трафарета во время цикла печати.
Как это работает
Во время цикла печати необходимо прикладывать контролируемое давление, равномерно распределенное по всей длине лезвия швабры.Это необходимо для обеспечения силы, необходимой для проталкивания паяльной пасты по ширине области печати, заполнения всех отверстий и чистой очистки поверхности трафарета, оставляя только очень тонкий слой паяльной пасты, который будет виден.
Недостатки давления ракеля
Преимущества давления ракеля
Основными преимуществами надлежащего давления ракеля являются более постоянная высота пасты, равномерный контроль нанесения, уменьшенный износ лезвия ракеля и трафарета.
Регулировка
Чтобы установить надлежащее давление ракеля для вашего процесса, при условии, что лезвия ракеля правильно установлены и отрегулированы, начните со следующих шагов.
Примечание
Ключевым моментом при использовании пластикового ракеля является использование материала с достаточно высокой твердостью, чтобы минимизировать дефекты во время стандартной обработки. Края лезвия поли-швабры всегда должны быть прямыми и острыми.
Некоторые производители станков предлагают комплект для модернизации, позволяющий заменять лезвия поли-швабры металлическими.
_______________________________________________________
Печать паяльной пастойПри пайке оплавлением сборки для поверхностного монтажа паяльная паста используется для соединения между выводами или выводами компонентов для поверхностного монтажа и контактными площадками.Существует множество переменных, таких как паста, трафаретный принтер, метод нанесения пасты и процесс печати. При печати паяльной пастой подложка размещается на держателе заготовки механически или с помощью вакуума и совмещается с инструментальными штифтами или смотровым окном. Для нанесения паяльной пасты используется экран или трафарет. В этой колонке я сосредоточусь на некоторых ключевых вопросах печати пасты, таких как дизайн трафарета и процессы печати; в колонке следующих месяцев я расскажу о процессах печати компонентов с мелким шагом и сквозных отверстий в сборке для смешанного поверхностного монтажа.
Процесс печати и оборудование
В процессе печати паяльной пастой принтер имеет решающее значение для достижения желаемого качества печати. Доступные сегодня трафаретные принтеры делятся на две основные категории: лабораторные и производственные. Каждая категория имеет дополнительные подразделения, потому что компании ожидают различного уровня производительности от лабораторных и промышленных принтеров. Например, лабораторное приложение, которое является НИОКР для одной компании, может быть прототипом или производством для другой. Более того, производственные требования могут сильно различаться в зависимости от объема.Поскольку точная классификация оборудования невозможна, лучше всего выбрать трафаретный принтер, соответствующий желаемому приложению.
В ручных или полуавтоматических принтерах паяльная паста наносится вручную на трафарет / трафарет валиком для печати на одном конце трафарета. В автоматических принтерах паста распределяется автоматически. Во время процесса печати ракель для печати давит на трафарет до такой степени, что нижняя часть трафарета соприкасается с верхней поверхностью платы. Паяльная паста печатается на площадках через отверстия в трафарете / трафарете, когда ракель проходит по всей длине области изображения, вытравленной в металлической маске.
После нанесения пасты сетка отслаивается или отрывается сразу за ракелем и возвращается в исходное положение. Этот зазор или расстояние до защелкивания зависят от конструкции оборудования и составляют от 0,020 до 0,040 дюйма. Расстояние до защелкивания и давление ракеля — две важные переменные, зависящие от оборудования для обеспечения хорошего качества печати.
Если защелки отсутствуют, эта операция называется «контактной печатью», которая используется при использовании цельнометаллического трафарета или ракеля.Если происходит отключение, процесс отключается — печать контактов. Бесконтактная печать используется с гибкими металлическими масками и экранами.
Типы ракелей
Износ, давление и твердость ракелей определяют качество печати и должны тщательно контролироваться. Для обеспечения приемлемого качества печати края ракеля должны быть острыми и прямыми. Низкое давление ракеля приводит к пропускам и рваным краям, в то время как высокое давление ракеля или мягкий ракель приводит к размазыванию отпечатков и может даже повредить ракель, трафарет или трафарет.Избыточное давление также имеет тенденцию вынимать паяльную пасту из широких отверстий, вызывая недостаточное количество галтов припоя.
Распространены два типа ракелей: резиновые или полиуретановые и металлические. При использовании резиновых скребков используются скребки с твердостью по твердометру от 70 до 90. При чрезмерном давлении паста, истекающая из-под трафарета, может привести к образованию перемычек и потребует частого протирания нижней поверхности. Чтобы предотвратить кровотечение изнаночной стороны, отверстие тампона должно обеспечивать уплотняющий эффект во время печати.Это зависит от шероховатости стенок апертуры трафарета.
Также обычно используются металлические ракели. Их популярность выросла за счет использования компонентов с более мелким шагом. Они изготовлены из нержавеющей стали или латуни в конфигурации с плоским лезвием и используются под углом печати от 30 до 45 °. Некоторые ракели покрыты смазочным материалом. Поскольку используется более низкое давление, они не собирают пасту из отверстий, а поскольку они металлические, они не изнашиваются так легко, как резиновые ракели, и, следовательно, их не нужно затачивать.Они стоят значительно дороже резиновых ракелей и могут вызвать износ трафарета.
Использование ракелей различных типов имеет разветвления в сборках печатных схем (PCA) как со стандартными, так и с мелкими компонентами. Требования к объему паяльной пасты сильно различаются для каждого типа компонентов. Компоненты с мелким шагом требуют гораздо меньшего объема припоя, чем стандартные компоненты для поверхностного монтажа. Площадь контактной площадки и толщина регулируют объем паяльной пасты.
Некоторые инженеры используют трафарет двойной толщины для нанесения соответствующего количества пасты на контактные площадки с мелким шагом и стандартные контактные площадки для поверхностного монтажа.Это обычный подход, требующий резинового ракеля, чтобы протолкнуть пасту через отверстия трафарета. Другие инженеры придерживаются другого подхода: они используют более дорогой металлический ракель, не требующий частой заточки. Легче предотвратить изменение объема нанесения пасты с помощью металлического ракеля, но этот подход требует модифицированной конструкции апертуры трафарета, чтобы предотвратить отложение избыточной пасты на подушках с мелким шагом. Этот подход стал более популярным в отрасли, но резиновые ракели с печатью двойной толщины никуда не делись.
Типы трафаретов
Важные параметры качества печати включают точность и гладкость боковых стенок апертуры трафарета. Важно поддерживать правильное соотношение сторон между шириной и толщиной трафарета. Рекомендуемое соотношение сторон (ширина апертуры, деленная на толщину трафарета) — 1,5. Это важно для предотвращения засорения трафарета. Обычно паяльная паста остается в отверстии, если соотношение сторон меньше 1,5. В дополнение к соотношению сторон, также хорошо иметь соотношение площадей (площадь контактной площадки, деленная на площадь стенок апертуры) больше 0.66 в соответствии с рекомендациями IPC-7525, Руководства по проектированию трафаретов. (Этот документ может служить хорошей отправной точкой для дизайна трафарета.)
Процесс создания апертуры контролирует как гладкость, так и точность стенок апертуры. Существует три распространенных процесса изготовления трафаретов: химическое травление, лазерная резка и аддитивный процесс.
Трафареты с химическим травлением
Трафареты для металлических масок и гибких металлических масок протравливаются химическим фрезерованием с обеих сторон с использованием двух позитивных изображений.Во время этого процесса травление происходит не только в желаемом вертикальном направлении, но и в боковом направлении. Это называется подрезанием отверстий большего размера, чем требуется, что приводит к дополнительному отложению припоя. Поскольку травление 50/50 происходит с обеих сторон, в результате получается почти прямая стена, сужающаяся к небольшой форме песочных часов в центре.
Поскольку стенки трафарета с электротравлением могут быть не гладкими, электрополировка, процесс микротравления, является одним из методов получения гладких стенок. Еще один способ добиться более гладких боковых стенок проема — никелирование.Полированная или гладкая поверхность хороша для удаления пасты, но может привести к тому, что паста будет скатываться по поверхности трафарета, а не катиться перед ракелем. Этой проблемы можно избежать путем выборочной полировки стенок апертуры без полировки поверхности трафарета. Никелирование дополнительно улучшает гладкость и качество печати. Тем не менее, это уменьшает отверстие диафрагмы и требует корректировки изображения.
Трафареты для лазерной резки
Лазерная резка также является субтрактивным процессом, но при этом не возникает проблемы с подрезкой.Трафарет изготавливается непосредственно из данных Гербера, поэтому точность диафрагмы повышается. Данные могут быть скорректированы для изменения размеров по мере необходимости. Лучшее управление процессом также улучшает точность диафрагмы. Еще одно преимущество трафаретов, вырезанных лазером, заключается в том, что стены можно сужать. Трафареты с химическим травлением также могут быть скошенными, если они протравлены только с одной стороны, но размер апертуры может быть слишком большим. Коническое отверстие с отверстием немного больше на стороне платы, чем на стороне ракеля (0.От 001 до 0,002 дюйма для получения угла около 2) желательно для более легкого высвобождения пасты.
Лазерная резка способна создавать ширину апертуры от 0,004 дюйма с точностью до 0,0005 дюйма, поэтому он очень подходит для сверхтонкой печати. Печать компонентов шага. Лазерная резка трафаретов также дает рваные края, потому что испаренный металл превращается в металлический шлак в процессе резки. Это может вызвать засорение пасты. Более гладкие стенки могут быть получены с помощью микротравления. Лазерные трафареты не могут создавать ступенчатые многоуровневые трафареты без предварительное протравливание участков, которые необходимо истончить.Лазер вырезает каждое отверстие индивидуально, поэтому стоимость трафарета зависит от количества вырезаемых отверстий.
Электроформованные трафареты
Третий процесс изготовления трафаретов — это аддитивный процесс, обычно называемый гальванопластикой. В этом процессе никель наносится на медную оправку для создания отверстия. На медную фольгу (толщиной около 0,25 дюйма) ламинируют светочувствительную сухую пленку. Пленка полимеризуется ультрафиолетовым (УФ) светом через фотошаблон с рисунком трафарета.После проявления на оправке создается негативное изображение, на котором фоторезистом остаются только отверстия трафарета. Затем трафарет выращивают путем никелирования вокруг фоторезиста. После достижения нужной толщины трафарета фоторезист удаляется из отверстий. Никелевая фольга, полученная методом гальванопластики, отделяется от оправки путем изгибания на ключевом этапе процесса. Теперь фольга готова к обрамлению, как и в других процессах изготовления трафарета.
Ступенчатые трафареты для гальванопластики могут быть выполнены за дополнительную плату.Из-за возможных жестких допусков гальванические трафареты обеспечивают хороший эффект уплотнения, что сводит к минимуму просачивание пасты из-под трафарета. Это означает, что частота протирания нижней стороны трафарета резко снижается, что снижает вероятность образования мостиков.
Заключение
Химическое травление и лазерная резка — это субтрактивные процессы для изготовления трафаретов. Процесс химического травления — самый старый и широко используемый. Лазерная резка — относительное новшество, в то время как гальванические трафареты — последняя мода.
Для достижения хороших результатов печати сочетание правильного материала пасты (вязкость, содержание металла, наибольший размер порошка и наименьшая возможная активность флюса), правильных инструментов (принтер, трафарет и ракельное лезвие) и правильного процесса (хорошее совмещение, чистота развернуть) необходимы.
Даже самые лучшие пасты, оборудование и методы нанесения не обеспечивают достаточных результатов. Пользователь должен контролировать параметры процесса и оборудования для достижения хорошего качества печати. Это еще более важно при печати с мелким шагом и сквозными отверстиями, о которых идет речь в моей следующей колонке.
SMT
Эта колонка адаптирована из главы 9 учебника Ray Prasads «Технология поверхностного монтажа: принципы и практика».
РЭЙ П. ПРАСАД является членом редакционного совета SMT и автором учебника «Технология поверхностного монтажа: принципы и практика». Он также является основателем Ray Prasad Consultancy Group, которая специализируется на помощи компаниям в создании сильной внутренней SMT-инфраструктуры. Свяжитесь с ним на его сайте www.rayprasad.com.
При пайке оплавлением сборки для поверхностного монтажа паяльная паста используется для соединения между выводами или выводами компонентов для поверхностного монтажа и контактными площадками.
Паять довольно просто… .Нанесите немного флюса, нагрейте поверхность и нанесите припой. Но когда дело доходит до пайки компонентов SMD, это требует некоторых навыков и некоторых инструментов и принадлежностей. В промышленности для массового производства печатных плат используются печи с обратным потоком с контролем температурного профиля. Если у вас нет печи с обратным потоком, есть также альтернативы, сделанные своими руками.
Одна альтернатива — горячая плита.Поместите все компоненты для поверхностного монтажа и поместите плату на горячую пластину. Включите электрическую плиту и дождитесь, пока паяльная паста расплавится, и выньте плату сразу после расплавления паяльной пасты. Паяльная паста плавится где-то от 180 до 220 градусов Цельсия. Поскольку для завершения пайки может потребоваться до трех минут и отсутствует температура, контроль этого может быть проблематичным для некоторых компонентов. Заяц — видео пайки конфорок:
Наилучший способ пайки устройств поверхностного монтажа (SMD) на печатные платы (PCB) — это печь оплавления, но когда это невозможно, можно успешно использовать станцию горячего воздуха.Паяльная станция с обратным потоком горячего воздуха — надежный инструмент и не очень дорогой по сравнению с сушильными шкафами с обратным потоком. После тщательной очистки голой печатной платы спиртом, следующим шагом будет нанесение припоя. Для любителей есть два основных метода нанесения паяльной пасты на печатную плату для устройств поверхностного монтажа: вручную с помощью шприца или очень маленького шпателя (например, деревянной зубочисткой) и вручную с помощью трафарета. После размещения компонентов на печатной плате настройте паяльную станцию на требуемую температуру и скорость воздуха.Поднесите сопло воздуходувки к печатной плате и подождите, пока паяльная паста не расплавится и не соединится с контактами микросхемы.
Проблема в том, что при использовании станции горячего воздуха в игру вступает больше переменных. Помимо времени и температуры, переносной термофен учитывает несколько других факторов, в том числе размер сопла, расстояние от сопла до припоя, угол воздушного потока от сопла к припою, скорость воздух, выходящий из сопла, скорость, с которой сопло перемещается по участкам, подлежащим пайке.В идеале термофен следует держать так, чтобы отверстие сопла было перпендикулярно поверхности печатной платы и примерно на 12 мм (0,5 ″) над ней. Следует проявлять осторожность, чтобы направить сопло на паяные штыри / контактные площадки, максимально избегая при этом корпусов компонентов. После небольшой практики пайка горячим воздухом не представляет особой сложности, но каждый человек должен найти подходящий для него баланс температуры, воздушного потока, размера сопла и движения пистолета. В результате всех этих факторов пайка горячим воздухом становится очень индивидуальной — каждый человек разрабатывает свой собственный «стиль» работы.Вот несколько видео:
Пайка SMD горячим воздухом
Пайка SMD горячим воздухом (паяльная паста)
Пайка SMD — Ручной выбор и установка — Микроскоп для печатной платы
Далее идет подбор паяльной пасты. Паяльная паста доступна в различных смесях металлов. Самый простой в использовании — это примерно 60% олова и 40% свинца. Сплавы, обычно используемые для электрической пайки, — это 60/40 Sn-Pb, который плавится при 188 ° C (370 ° F), и 63/37 Sn-Pb, используемый в основном в электрических / электронных работах.Эта смесь представляет собой эвтектический сплав этих металлов, который: имеет самую низкую температуру плавления ( 183 ° C, или 361 ° F ) из всех сплавов олово-свинец. Типичные пиковые температуры обратного потока, используемые для свинцовых припоев, находятся в диапазоне 210–220 ° C.
Поскольку во многих странах электронная промышленность пытается избавиться от свинца и переходить на бессвинцовые припои. Существует много бессвинцовых паяльных паст, но недостатком многих из них является то, что бессвинцовые припои имеют высокие температуры плавления по сравнению с свинцовым припоем и, как правило, с ними труднее работать.Температура процесса, необходимая для пайки бессвинцовыми сплавами на основе олова, является сложной для некоторых сборок. Некоторые сборки не могут выдерживать температуры, используемые для бессвинцовой пайки, которые обычно достигают 240–250 ° C. Эти высокие температуры могут повредить чувствительные компоненты.
По этой причине в настоящее время также существуют специальные низкотемпературные бессвинцовые припои. Индий и висмут можно использовать для понижения температуры плавления припоев на основе олова. Например, 52% олова / индия и 58% олова / висмута являются бессвинцовыми припоями, которые имеют значительно более низкие температуры плавления, чем 37% -ный припой олово / свинец.Температура рециркуляции сплавов олово / висмут низкая (160–170 ° C). Эти низкие пиковые температуры позволяют пайку термочувствительных сборок. Температура все еще достаточно высока, чтобы эти припои не начали плавиться в большинстве обычных электронных устройств.
Паяльные пасты на основе олова и висмута можно найти во многих источниках. Как правило, их можно использовать во многих областях, но при работе со сплавами олова / висмута мало что следует учитывать. Преимущества кажутся очевидными, но почему-то в маркетинговой литературе не упоминаются недостатки этого типа паяльной пасты.Олово / висмут 42/58 известен как низкотемпературный припой, но у него есть проблемы. Он имеет приемлемую прочность на сдвиг и усталостные свойства, но может быть очень хрупким. Сплавы с более чем 47% Bi расширяются при охлаждении, что может быть использовано для компенсации напряжений несоответствия теплового расширения. Важно отметить, что сочетание свинцово-оловянного припоя может значительно снизить температуру плавления и привести к разрушению соединения. Смешивать олово / висмут со сплавами, содержащими свинец, опасно, потому что олово, висмут и свинец могут образовывать очень легкоплавкую комбинацию, которая плавится около 95 ° C.Это потенциально может привести к выходу из строя паяного соединения из-за естественного нагрева сборки во время использования. Хорошо то, что сплавы олова / висмута безопасны для использования в сочетании с другими бессвинцовыми сплавами на основе олова.
Для тестирования пайки с использованием низкотемпературного припоя я заказал шприц BEST BST-706 10cc 138 ℃ DIY Паяльная паста Чипы для флюса Компьютерный телефон BGA SMD PGA PCB Repair Tool продукт от Banggood (5,27 евро). Идея состоит в том, что при более низкой температуре процесса пайки мне будет легче выполнять пайку SMD своими руками, не повреждая компоненты.
На странице продукта есть эти данные об этом продукте:
Бренд: BEST
Модель: BST-706
Количество: 1PCE
Точка плавления: 138 ℃
Состав: Sn99% Cu0,7% Ag: 0,3%
Объем: 10 см3
Вес: 38 г
Компонент Sn42 / Bi588
В шприцах
Вот моя фотография продукта:
Этот эвтектический припой Sn42 Bi58 с низкой температурой плавления был разработан для низкотемпературной пайки.Олово-висмутовая паста 670 с температурой плавления 138 ° C и максимальной температурой оплавления около 173 ° C подходит для пайки чувствительных к температуре компонентов для поверхностного монтажа.
Маркировка на шприце выглядит несколько иначе, чем на странице продукта. Но похоже, что то, что написано на странице продукта, соответствует температуре плавления. Я использовал регулируемый традиционный паяльник, чтобы проверить температуру плавления, и она была низкой (хорошо плавился при чуть более 150 градусах во время теста).
Чтобы проверить, насколько хорошо это работает на практике, я вручную нанес немного паяльной пасты на плату для пайки SMD и добавил компонент:
Затем я припаял термофеном. Я использовал температуру нагрева 240-260 градусов Цельсия при почти максимальном потоке воздуха.
С этими настройками, когда я держу источник горячего воздуха, мне потребовалось около 20-30 секунд, чтобы расплавить пасту для олова и превратить ее из серого в яркий цвет олова.
В электронике такие композиции не находят применения.
Часть платы с высокой теплоемкостью будет нагреваться менее быстро, чем остальная часть платы, и, соответственно, на менее прогретых частях смачиваемость будет хуже.