Прижимная вакуумная оснастка для надежной трафаретной печати


PDF версия

Нанесение паяльной пасты через трафарет на подложку или стеклотекстолит FR-4 представляет собой несложный процесс. Материалы для трафарета и критерии проектирования хорошо известны и задокументированы. Существует немало эффективных методов крепления подложек и печатных плат (ПП) для равномерной печати, однако среди них — лишь несколько универсальных технологий, которые позволяют избежать деформации ПП. В статье рассматриваются преимущества использования прижимной вакуумной оснастки.

Для крепления плат часто используются штифты и боковые зажимы трафарета для печати. Если подложка или ПП деформируются, прижим ракеля препятствует короблению. Подложки или платы, которые подвергаются пайке оплавлением и печати на обратной стороне при двухсторонней сборке, могут искривиться. Положение не спасают даже боковые зажимы и штифты в подложке. Многие разработчики применяют в этих случаях вакуумную оснастку, чтобы поверхность платы стала плоской с точностью до 0,002 дюйма. Данный метод позволяет зафиксировать положение ПП, нейтрализовав тем самым дефекты печати. Заказная вакуумная оснастка исключает дефекты, вызванные текучестью материала платы, на верхнюю часть которой давит ракель.
Эта оснастка также обеспечивает плоскостность платы, подложка которой может перемещаться при печати. Таким образом, оснастка позволяет выполнить требования к нанесению пасты на ПП. Успешная микросборка множества компонентов и монтаж микроBGA-корпусов с контактными площадками размером менее 0,005 дюйма и очень малым шагом между ними невоспроизводима, если паяльная паста наносится неравномерно, а трафарет перемещается. Применение специализированной вакуумной оснастки позволяет минимизировать и эти проблемы.
Стремление использовать очень тонкую фольгу (0,005 дюйма) для трафарета ставит перед разработчиками непростую задачу. Трафарет с очень тонкой фольгой свободно перемещается, если прокладка между ним и печатной платой недостаточно плотная. В результате он может повредиться и потребовать замены.
Объемный монтаж печатных плат также упрощается при использовании заказного вакуумного прижима. В большинстве автоматов для трафаретной печати вакуумную оснастку можно поменять менее чем за 5 мин, что исключает необходимость крепления платы штифтом с учетом особенностей монтажа в каждом отдельном случае. Кроме того, такой метод может повредить паяные компоненты. Использование специализированной вакуумной оснастки уменьшает вариативность монтажа. При двухпроходной сборке этот прижим позволяет расположить смонтированную сторону платы углублениями под компоненты, а также исключает образование неровностей на поверхности. Компоненты на монтируемой стороне защищены от любого воздействия и не могут оказать влияния на положение платы.
Специализированная вакуумная оснастка исключает также любое растекание пасты через отверстия или между контактными площадками [1, 2]. В частности, в [1] обращается внимание на настоятельную необходимость оптимизировать процесс печати с помощью прижима, позволяющего минимизировать перемещение платы при прогоне ракеля (см. рис. 1). Кроме того, плата и трафарет должны быть неподвижными, когда ракель проходит над отверстиями.

 

Рис. 1. Выявление неустойчивости системы прижима платы, при котором проверяется возможность перемещения трафарета при прогоне ракеля

На рисунке 2 сравниваются методы фиксации платы при трафаретной печати.

 

Рис. 2. Экспериментальная оценка разных методов прижима ПП на этапе трафаретной печати (слева направо): без прижима; магнитные штыри; вакуумная рамка

Стоимость заказной оснастки вполне приемлема, если учесть, что в результате ее применения исключается необходимость в доработке и достигается более высокий выход годных изделий после первого же прогона.
В [2] также обращается внимание на то, что прижим ПП при трафаретной печати позволяет варьировать параметры процесса. Например, более миниатюрные элементы сборки предъявляют и более строгие требования к прижиму платы. Испытания качества печати таких сборок подтвердили эффективность этого метода.
Специализированная оснастка, полностью охватывающая нижнюю сторону платы, создается для каждого конкретного случая. Длина той части ракеля, которая выступает за края платы, составляет менее 10 мм, благодаря чему обеспечивается максимальная поддержка при перемещении ракеля над отверстиями. Заказная вакуумная рамка не только удерживает плату, но и не позволяет ей коробиться. Нажим ракеля настолько мал, что при печати возможное отклонение платы от фиксированного положения минимально. При этом не допускается возникновения зазора.
В поверхностном монтаже многие производители используют никелевые трафареты толщиной от 0,004 дюйма, учитывающие контакты, которые расположены на нижней части корпуса (например, QFN). Применяются также трафареты переменной толщины. Вакуумный прижим применяется и в тех случаях, когда компоненты с шагом 0,3 мм соседствуют с компонентами типоразмера 01005, в сборке имеются большие силовые устройства и для экранирования выводов слаботочных компонентов используются медные охранные кольца.

Выводы

Нанесение паяльной пасты через трафарет позволяет повысить выход годных изделий при первом проходе, сократить количество брака и избежать последующей доработки. Заказная вакуумная оснастка исключает неправильный зажим платы, обеспечивает воспроизводимую фиксацию ее положения в каждом цикле, позволяет увеличить срок службы трафарета и исключает возможность перемещения ПП при прогоне ракеля, способствуя повышению качества продукции и рентабельности производства. Относительная стоимость заказной оснастки невелика по сравнению с той экономией и улучшением качества продукции, которую обеспечивает этот инструмент.

Литература
1. Chris Anglin. Stencil Printing Transfer Efficiency of Circular vs. Square Apertures with the Same Solder Paste Volume//http://heartlandsmta.com.
2. Chris Anglin. Establishing a Precision Stencil Printing Process for Miniaturized Electronics Assembly//www.indium.com.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *