Нанесение паяльной пасты трафаретной печатью

Нанесение пасты на ПП производится с помощью ручного, полуавтоматического и автоматического оборудования двумя основными методами – трафаретной печатью и дозированием. Трафаретная печать является наиболее распространенным методом нанесения пасты в серийном производстве. Паста наносится путем продавливания через апертуры в трафарете специальным инструментом – ракелем при его горизонтальном перемещении по поверхности трафарета.[12]

Рисунок 8. Схематическая иллюстрация процесса нанесения пасты трафаретной печатью. Рисунок с сайта smt.pennnet.com

 

В общем случае, независимо от применяемого вида оборудования, процесс трафаретной печати состоит из следующих основных этапов:

· Фиксация ПП в рабочей зоне (на базовые штыри либо по торцам), обеспечение поддержки ПП снизу (с помощью стоек).

· Точное совмещение ПП и трафарета (СТЗ).

· Выдавливание/нанесение необходимого объема паяльной пасты на трафарет.

· Нанесение пасты на КП платы через трафарет с помощью ракеля.

· Контроль качества нанесения пасты.

· Снятие ПП.

· Очистка трафарета.

Основные параметры, непосредственно влияющие на процесс нанесения пасты:

· материал, твердость и степень износа ракеля;

· угол наклона рабочей поверхности ракеля (т.н. «угол атаки»);

· усилие вертикального прижима ракеля;

· скорость перемещения ракеля;

· величина зазора между ПП и трафаретом (контактный/бесконтактный способ);

· высота отделения трафарета от ПП;

· скорость отделения трафарета от ПП.

Наиболее распространенные материалы для изготовления ракелей – металл и полимерные материалы (каучук, полиуретан, тефлон). Рабочие плоскости каучуковых ракелей расположены в виде треугольника либо ромба и, таким образом, являются двусторонними (могут работать в прямом и обратном направлении движения). Стандартный диапазон показателей твердости таких ракелей – от 70 до 90 единиц. Металлические ракели также получили широкое распространение, в особенности с внедрением ЭК с малым шагом выводов. Они изготовлены обычно из нержавеющей стали либо латуни, имеют плоскую рабочую поверхность ракеля. Металлические ракели, вследствие мньшего усилия прижима, не вычерпывают пасту из апертур. Тем не менее, они существенно дороже полимерных и могут вызвать износ трафарета.

Рис. 9. Форма рабочих плоскостей ракелей: а) треугольная; б) ромбическая; в) плоская. Рисунок с сайта www.laser-trafaret.ru

 

Угол наклона рабочей поверхности α (рис. 9, диапазон от 45° до 80°) обычно подбирается экспериментальным путем. Идеальный угол наклона ракеля – 45°, при этом силы, действующие в вертикальном и горизонтальном направлениях, распределяются равномерно во время его прохода над трафаретом. Большой угол облегчает качение валика пасты, малый угол обеспечивает большее давление. Как правило, металлические ракели имеют угол атаки 60°, полимерные – 45-50°. Устройства трафаретной печати обеспечивают дополнительные настройки угла наклона.

Задача прижима ракеля – обеспечить распределение пасты вдоль всей области печати трафарета, правильное качение валика пасты перед рабочей поверхностью ракеля, полное заполнение апертур трафарета, чистую поверхность трафарета после прохода ракеля. Значения прижима измеряются в кг/мм длины ракеля (фунтах/дюйм в характеристиках зарубежных производителей).

Начальным значением прижима ракеля является 0,3 – 0,7 кг / 25 мм длины печатной области (не длины ракеля!). Выбор длины печатной области вместо длины ракеля обеспечивает уверенность в том, что выбранное начальное значение прижима ракеля не является слишком большим. Ракель должен быть длиннее области печати на 12 – 20 мм с каждой стороны.

Оптимальную силу прижима ракеля подбирают опытным путем, с учетом рекомендаций производителя пасты, толщины трафарета и скорости перемещения ракеля. Неправильный подбор прижима (слишком большое усилие) ведет к вычерпыванию пасты из апертур, затеканию пасты под трафарет. При этом рекомендуется снизить усилие до величины, когда на поверхности трафарета будет оставаться тонкий смазанный слой пасты, и вновь увеличивать усилие до его полного исчезновения.

Скорость перемещения ракеля подбирается в зависимости от рекомендаций производителя паяльной пасты, а также от геометрии и размеров апертур трафарета. Обычно скорость нанесения лежит в диапазоне от 25 до 150 мм/сек, хотя многие современные установки трафаретной печати позволяют регулировать эту скорость в диапазоне 5 – 250 мм/сек. Скорость перемещения ракеля и усилие его прижима непосредственно связаны между собой. Чем больше скорость, тем выше должно быть усилие для того, чтобы после прохода ракеля на верхней стороне трафарета не оставалось следов пасты.

Не следует стремиться к неоправданному увеличению скорости перемещения ракеля. Среди операций процесса сборки изделий на базе поверхностного монтажа операция трафаретной печати не является «узким местом» с точки зрения производительности, и даже при значениях скорости ракеля, близких к нижнему пределу рекомендуемого диапазона, оборудование для установки компонентов в большинстве случаев не будет простаивать. Увеличение скорости движения ракеля в сочетании с повышенным давлением вызывают нагрев пасты, а, следовательно, изменение ее реологических свойств, нанесению недостаточного количества пасты на КП, вычерпыванию пасты из апертур и другим дефектам. Высокие скорости также требуют более надежного крепления ПП и частых циклов очитки трафаретов.

Высота отделения трафарета от ПП – расстояние, на которое трафарет отводится от ПП с определенной скоростью после завершения процесса печати. Необходимо выдерживать данный параметр с целью формирования четких, неповрежденных отпечатков пасты на КП платы. Начальную высоту отделения рекомендуется принимать равной 2,5 мм и далее, если это требуется с точки зрения времени цикла, уменьшать ее, убеждаясь в полном отделении пасты от апертур трафарета. Необходимо учитывать все возможные факторы, увеличивающие это значение, например, прогиб платы, ее неплоскостность.

Скорость отделения трафарета от ПП выставляется одновременно с высотой. В целом, чем ниже скорость отделения, тем более качественными и воспроизводимыми будут результаты нанесения пасты. Рекомендуемая начальная скорость составляет от 0,25 до 0,50 мм/сек, или 10-20% от максимальной скорости данной оси оборудования для ЭК с малым шагом выводов и микро BGA-компонентов; для менее критичных процессов печати – от 0,75 до 1,25 мм/сек или 30-50% от максимальной скорости данной оси оборудования.

Диапазоны допустимых параметров высоты и скорости разделения указываются производителями паяльных паст в технических характеристиках.

Величина зазора между ПП и трафаретом определяет способ нанесения пасты: контактный (с нулевым зазором, трафарет полностью прилегает к ПП) и бесконтактный (с наличием зазора). Зазор используется для нанесения большого количества пасты на КП, а также для облегчения выхода пасты из апертур трафарета. Метод (зазор) указывается производителем пасты в качестве рекомендуемого. Пасты, обладающие низкой вязкостью, при нанесении бесконтактным способом могут образовывать перемычки вследствие затекания пасты на обратную сторону трафарета.

Если оборудование для трафаретной печати настроено правильно: зазор установлен нулевым и правильно задана высота ПП, то должен реализоваться контактный способ нанесения пасты. В этом случае ПП и трафарет должны слегка касаться друг друга. Такое соединение обеспечивает уплотнение соединения КП платы и трафарета в процессе печати, не допуская просачивания пасты и образования перемычек. Не допускается обратный прогиб трафарета под действием ПП.