Войти
Трафаретная печать - это процесс нанесения паяльной пасты на печатные монтажные платы (PWB), чтобы установить электрические соединения. Сразу за ним следует этап размещения компонентов. Оборудование и материалы, используемые на этом этапе: трафарет, паяльная паста и принтер.
Функция трафаретной печати достигается с помощью одного материала, а именно паяльной пасты, которая состоит из металлического припоя и флюса. Паста также действует как клей при размещении компонентов и паять припой. Липкость пасты позволяет компонентам оставаться на своих местах. В хорошем паяном соединении паяльная паста хорошо расплавилась, растеклась и смочила вывод или вывод компонента и контактную площадку на плате.
Для создания такого паяного соединения компонент должен быть в нужном месте, необходимо нанести правильный объем паяльной пасты, паста должна хорошо смачиваться на плате и компоненте, и на доске должен быть остаток, который можно безопасно оставить или легко очистить.
Объем припоя зависит от трафарета, процесса печати и оборудования, порошкового припоя и реологии или физических свойств пасты. Хорошее смачивание припоя зависит от флюса.
Входы в процесс можно классифицировать как входные данные для проектирования, входные данные и входные параметры процесса. Результатом процесса является печатная монтажная плата, которая соответствует ограничениям спецификации процесса. Эти характеристики обычно соответствуют объему и высоте паяльной пасты, а также нанесению паяльной пасты на контактные площадки печатной платы. Это определяет выход процесса.
В автоматизации проектирования электроники маска паяльной пасты и, следовательно, трафарет определены в слое, обычно называемом tCream / bCream (EAGLE ), PasteTop / PasteBot (TARGET ), PASTE-VS / PASTE-RS (WEdirekt ), GTP / GBP (Gerber и многие другие).
Для повышения точности трафареты традиционно часто устанавливались в запатентованные алюминиевые рамки различного типа. Сегодня использование систем быстрого монтажа более распространено, по крайней мере, для небольших партий, устанавливая трафарет пневматически или механически. Для этого на трафарете необходимы дополнительные перфорации для совмещения в соответствии с одним из нескольких стандартов систем крепления, включая QuattroFlex, ZelFlex, ESSEMTEC, PAGGEN, Metz, DEK VectorGuard, Mechatronic Systems и другие.
Процесс начинается с загрузки платы в принтер. Система внутреннего обзора выравнивает трафарет по плате, после чего ракель печатает паяльную пасту. Затем трафарет и доска отделяются и выгружаются. Нижняя часть трафарета протирается примерно через каждые десять отпечатков, чтобы удалить излишки паяльной пасты, оставшиеся на трафарете.
Типичная операция печати имеет скорость от 15 до 45 секунд на одну доску. Скорость печатающей головки обычно составляет от 1 до 8 дюймов в секунду. Процесс печати необходимо тщательно контролировать. Несоосность движения относительно эталона приводит к нескольким дефектам, поэтому до начала процесса необходимо правильно закрепить плату. Уплотнение и вакуумные держатели используются для фиксации осей X и Y доски. При использовании вакуумных держателей необходимо соблюдать осторожность, поскольку они могут повлиять на процесс печати «булавка в пасте», если не закреплены должным образом.
Самый долгий процесс - это операция печати, за которой следует процесс разделения. Послепечатная проверка имеет решающее значение и обычно выполняется с помощью специальных систем 2D машинного зрения на принтере или отдельных систем 3D.
Системы технического зрения в машинах для трафаретной печати используют глобальные реперные знаки для выравнивания печатной платы. Без этих реперных знаков принтер не смог бы печатать паяльную пасту в точном соответствии с контактными площадками. Плата должна иметь жесткие допуски на размеры, чтобы она соответствовала трафарету. Это необходимо для достижения необходимого выравнивания блоков припоя на контактных площадках.
Требуемая точность совмещения также может быть достигнута путем управления потоком припоя на печатной плате во время пайки оплавлением. Для этого пространство между контактными площадками часто покрывается паяльной маской . Материалы паяльной маски не имеют сродства с расплавленным припоем, и, следовательно, между ними не образуется положительное соединение по мере затвердевания припоя. Этот процесс часто называют маскированием припоя. Маска должна быть правильно отцентрирована. Маска защищает печатную плату от окисления и предотвращает непреднамеренное образование паяных перемычек между близко расположенными паяными площадками.
Кроме того, высота паяльной маски должна быть ниже высоты контактной площадки, чтобы избежать проблем с прокладкой. Если высота паяльной маски больше, чем высота контактной площадки, то часть паяльной пасты осядет в пустом пространстве между маской и контактной площадкой. Это то, что называется прокладкой. Это уплотнение, заполняющее пространство между двумя поверхностями для предотвращения утечек. Уплотнение является проблемой, поскольку избыток паяльной пасты вокруг контактной площадки может быть более чем неприятным фактором для схем с очень маленьким межстрочным интервалом.
Контактные площадки на печатной плате сделаны из меди и подвержены окислению. Окисление поверхности меди будет препятствовать способности припоя образовывать надежное соединение. Чтобы избежать этого нежелательного эффекта, вся открытая медь защищена поверхностной отделкой.
Ядро хорошо напечатанной печатной платы находится в заливке и выпуске паяльной пасты в апертуру. Когда трафарет соприкасается с печатной платой, на верхнюю поверхность трафарета наносится паяльная паста с помощью ракеля. В результате отверстие заполняется паяльной пастой. Затем плата снимается с трафарета. Количество паяльной пасты, которая выходит из отверстий трафарета и переносится на контактные площадки печатной платы, определяет, насколько хороша печать. В идеале все объемы паяльной пасты должны быть равны объему соответствующей апертуры трафарета. Однако на самом деле это не так. Следовательно, отпечаток считается хорошим, если выделяется определенная часть пасты. Одним из способов количественной оценки производительности печати является расчет эффективности переноса. Математически это выражается как:
В приведенном выше выражении теоретический максимальный объем - это просто открытый объем апертуры трафарета. В идеале желательна эффективность передачи 1. В действительности, однако, чем выше эффективность переноса, тем лучше качество печати. Теперь, чтобы заполнить отверстие пастой, требуется достаточный расход и достаточное время для заполнения. Если отверстия не полностью заполнены, паста не попадет на плату, что приведет к засорению трафаретов и повреждению паяных соединений. Высвобождение паяльной пасты определяется скоростью отделения платы от трафарета. Адгезия пасты к доске должна обеспечивать усилие сдвига, чтобы преодолеть прилипание пасты к стенкам трафарета. Эта гидродинамическая сила сдвига зависит от скорости разделения.
Трафареты используются для печати паяльной пасты на печатной плате. Они часто изготавливаются из нержавеющей стали или никеля и производятся различными способами, описанными ниже.
Использование лазерной технологии позволяет иметь более жесткие допуски и большую точность.
Стенки апертуры можно сгладить посредством электрополировки и / или никелирования. В процессе лазерной резки получаются трапециевидные отверстия, которые могут улучшить характеристики отделения паяльной пасты.
Повторяемость размеров трафаретов, вырезанных лазером, как правило, лучше, чем повторяемость размеров при химическом травлении. При лазерной резке нет фотопленок, требующих точного выравнивания или защиты от влаги.
Этот трафарет сформирован в процессе гальванопластики никеля, отсюда и название E-FAB. Никель имеет лучшие характеристики износостойкости, чем сталь, и гальванопластика создает гладкие конические стенки отверстий. Этот процесс также создает выступ вдоль нижней части трафарета, который может улучшить уплотнение трафарета и платы и привести к более равномерному высвобождению паяльной пасты.
Из-за потребности в компонентах с мелким шагом, по мере того, как размер апертуры становится все меньше и меньше, они становятся «высокими-узкими» апертурами. В таких случаях отверстия могут быть заполнены паяльной пастой, но не полностью освобождены, а иногда даже полностью заполнены и, следовательно, не образуются отложения. Чтобы решить эту проблему, стенки проема делают как можно более гладкими. Также на стенки трафарета наносятся нанопокрытия молекулярного слоя, чтобы паяльная паста не прилипала. Последовательное заполнение и выпуск - наиболее важный результат трафаретной печати. Когда трафарет опущен на доску, паста заполняет отверстие и контактирует с подушечкой и стенками трафарета. О контакте судят по соотношению этих площадей, т. Е. Отношению площади площадки к площади стен. Это называется соотношением площадей. Информация о стандартах проектирования трафаретов доступна в спецификации IPC 7525 и других стандартах. Как правило, для трафаретов с высокими и узкими отверстиями рекомендуется соотношение площадей более 0,66.
Иллюстрации различных размеров:
| Шаг | Ширина площадки | Апертура | Толщина трафарета | Соотношение сторон |
|---|---|---|---|---|
| 25 | 15 | 12 | 6 | 2,0 |
| 20 | 12 | 9–10 | 5–6 | 1,7 |
| 15 | 10 | 7–8 | 5 | 1,4 |
| 12 | 8 | 5–6 | 4–5 | 1,2 |
Для трафаретов с мелким шагом (меньший шаг 20 мил, апертура 10 мил), даже с трафаретом 5 мил, который является наиболее часто используемой толщиной трафарета, отношение площадей ниже 1,5. Это требует использования более тонкого трафарета. Для BGA / CSP и других очень маленьких апертур используется соотношение площадей. Он должен быть больше 0,66, так как это обеспечивает высокую вероятность хорошего заполнения и выпуска. Отношение площадей ниже 0,66 означало бы гораздо менее надежный процесс.
Примеры соотношений площадей для BGA:
| BGA | Pad | Aperture | Thickness | Отношение площадей |
|---|---|---|---|---|
| 60 мил | 32 | 30 | 6–8 | 1,25 - 0,94 |
| 50 мил | 25 | 22 | 6–8 | 0,92 - 0,69 |
| 20 мил | 12 | 10 | 5–6 | 0,50 - 0,42 |
Размер апертуры должен быть меньше, чем размер контактной площадки, чтобы избежать излишка паяльной пасты или образования шариков припоя. Уменьшение размера апертуры от 10 до 20% по сравнению с размером контактной площадки является типичным для минимизации шариков припоя. Шарики припоя могут привести к нарушению работы электрической цепи.
На печатную плату может потребоваться различное количество паяльной пасты в зависимости от конструкции и размера компонентов. Применение равномерного максимального уровня припоя может быть не лучшим решением в этом случае, так как эти трафареты часто находят применение в технологии «штифт и вставка» (т. Е. При нанесении паяльной пасты на сквозные отверстия во избежание пайки волной припоя) и в компонентах значительно отличающихся друг от друга. шаг используются в той же PWB. Для этого, чтобы добиться различного количества припоя, используются понижающие трафареты.
В идеале паяльная паста должна иметь как минимум 4-часовой срок службы трафарета. Срок службы трафарета определяется как период времени, в течение которого характеристики материала паяльной пасты не изменятся. Паяльная паста с более длительным сроком службы трафарета будет более устойчивой в процессе печати. Фактический срок службы трафарета для пасты следует определять на основе спецификаций производителя и проверки на месте.
Чтобы продлить срок службы и улучшить характеристики трафаретов, их необходимо очистить после использования, удалив с них или внутри отверстий паяльную пасту. Очищенные трафареты храните в защищенном месте. Перед использованием трафареты проверяются на предмет износа или повреждений. Трафареты обычно идентифицируются по номерам заданий, чтобы снизить риск неправильного обращения или неправильной установки.
Ракель используются для распределения припоя по трафарету и для равномерного заполнения всех отверстий. Ракели бывают двух разных типов на основе металла или полиуретана. Металлические ракели предпочтительнее полиуретана. Они производят очень стабильные объемы припоя и устойчивы к выливанию паяльной пасты из отверстий при печати. Кроме того, они обладают лучшими характеристиками износа, что продлевает срок их службы.
Недостаточное количество паяльной пасты может вызвать плохое соединение и контакт между компонентами и платой. Распространенными причинами недостаточного количества паяльной пасты являются плохая прокладка, засорение отверстий трафарета, недостаточный размер валика паяльной пасты, использование пасты / трафарета сверх рекомендованного срока службы, отсутствие чистоты трафарета или низкое давление ракеля.
Основными причинами смазывания / образования перемычек являются чрезмерное давление ракеля, неадекватное стирание трафарета, плохой контакт между платой и трафаретом, высокая температура или влажность, а также низкая вязкость паяльной пасты.
Типичный оттиск смещения обычно вызван тем, что система технического зрения не определяет реперные точки, печатную плату или растяжение трафарета, плохой контакт между доской и трафаретом или слабую опору платы.
Плата печатной платы, неправильно закрепленная во время печати паяльной пастой, дает плохие результаты и увеличивает проблемы, связанные с пайкой. Обычно оборудование для печати паяльной пастой может обрабатывать коробку от 1,0 до 3,0 мм, но за пределами этого предела требуются специальные приспособления или приспособления для удержания печатной платы. Работать с толстыми и маленькими досками может быть сложно по сравнению с тонкими и большими досками.
Более 50% дефектов в сборке электроники возникают из-за проблем с печатью паяльной пасты. В этом процессе задействовано множество параметров, что затрудняет поиск конкретной проблемы и оптимизацию процесса. Тщательное статистическое исследование процесса может быть использовано для значительного улучшения результатов. Количество возможных дефектов характеризует дефекты, а не фактическое количество дефектных деталей.
Пример:
Следовательно, существует 69 возможностей для дефекта, чтобы произвести один дефектный компонент. Подсчет вероятных дефектов - самый надежный монитор процесса. Процессы обычно оцениваются по количеству дефектов на миллион возможностей (DPM). Например, процесс, приводящий к 100 дефектам при наличии 1 миллиона возможных дефектов, будет иметь рейтинг 100 DPM. В процессах печати мирового класса уровень дефектов составляет около 20 DPM.
Процесс печати с низким DPM может быть достигнут за счет использования статистических методов для определения влияния отдельных параметров или взаимодействий между различными параметрами. Затем важные параметры процесса могут быть оптимизированы с помощью методов планирования экспериментов (DOE). Затем эти оптимизированные параметры могут быть реализованы, и можно приступить к тестированию процесса. Затем можно использовать статистический контроль процесса для постоянного контроля и улучшения уровней печати DPM.
|journal=()