Нанесение паяльной пасты

Как правило припойная паста хранится в холодильнике. Для правильного применения припойной пасты, банка с пастой должна отстояться при комнатной температуре некоторое время, т.е. необходимо вынуть банку с пастой за ночь до ее применения . Припойная паста (ПрП) содержит вещества с разной вязкостью и дисперсностью (флюс, пластификатор, порошок припоя и пр) и склонна к расслоению. Для правильного применения необходимо обеспечить однородность пасты по всему объему (тщательно перемешать). Выполнение всех этих операции оператором вручную занимает достаточно много времени ( нагрев пасты ~ 8-10 часов + перемешивание 15-30 мин) и требует определенных усилий и прилежности оператора (т.е. имеет место влияние субъективного фактора).

При использовании специального миксера для припойных паст процедуру подготовки припойной пасты можно ускорить до нескольких минут. В миксере банка вращается по планетарному принципу с большой скоростью за счет чего происходит одновременный разогрев и перемешивание пасты. Обычное время подготовки при использовании миксеров составляет 5-10 минут. При этом практически отсутствует субъективный фактор. Кроме того для обеспечения качественного нанесения рекомендуется перед употреблением проконтролировать температуру и вязкость припойной пасты (соответствует ли она рекомендациям ТТ на пасту).

В поверхностном монтаже нанесение дозы припоя выполняется, как правило, методом трафаретной печати припойной пасты. Практика показывает, что большое количество дефектов паяных соединений (≈70-80%) появляется вследствие неправильного хранения припойной пасты или неправильной подготовки перед применением, применением просроченной или некачественной припойной пасты, а также при некачественном ее нанесении через трафарет. Наиболее часто это проявляется такими дефектами нанесения как:

- отсутствие припойной пасты на ламели ( забита апертура на трафарете) (рис. 19);

- излишки припойной пасты на ламели (не правильно отрегулирован зазор или «отскок») (рис20);

- не четкое нанесение через трафарет ( относительный сдвиг платы и трафарета) (рис. 21).

Все это может привести в конечном счете к появлению дефектов паяных соединений.

Широкому распространению трафаретной печати в технологии поверхностного монтажа способствовало наличие у нее определенных преимуществ. Главным преимуществом трафаретной печати является высокая производительность и при одновременном высоком качестве нанесения припойной пасты, конечно при оптимальном выборе оснастки ( в первую очередь качественном изготовлении трафаретов), строгом соблюдении правил хранения и подготовки припойной пасты.

Несколько слов о трафаретах.

Технология изготовления трафаретов это сложный технологический процесс. Он не сводится к банальной прорезке лазером апертур в фольге из нержавейки. Размер апертур выбирается в соответствии с рекомендуемыми посадочными местами для используемых компонентов. Апертуры несколько меньше ламелей посадочных мест, это связано с склонностью припойных паст к растеканию. Степень уменьшения апертур относительно размера ламелей указывается в ТТ на припойную пасту. Как правило это ≈10-20 мкм по контуру ламели. Суммарная площадь апертур на трафарете и его толщина определяют расход припойной пасты.

Последнее время используются трафареты из нержавейки толщиной ≈ 0,15-0,17 мм. Для обеспечения прецизионности ( т.е. при использовании мелких апертур) необходимо проводить ряд сложных дополнительных обработок трафарета. Еще одна проблема – выбор трафаретов устанавливаемых на универсальной раме или заказ «трафаретов на индивидуальной раме». Выбор того или иного варианта зависит от оценки номенклатурности и применяемости (сама по себе универсальная рама стоит дороже одноразовой, индивидуальной рамы для трафарета, но она может использоваться с множеством различных трафаретов + хранение трафаретов без рамы проще, а «трафареты на индивидуальной раме» требуют много места для хранения). Выбор за технологом.

В случае если рисунок требуемых апертур таков , что при изготовлении металлического трафарета происходит выпадение отдельных фрагментов, может использоваться сетчатый трафарет. Для его изготовления используется металлическая т.н. «сетка редкого плетения» с числом нитей на дюйм 80-100 (80-100 меш) с нитями из нержавеки толщиной 50 мкм и рисунком из специального фотоформируемого фоторезиста на специальном комплекте технологического оборудования.

Существенного снижения дефектов паяных соединений можно добиться при использовании интегрированного в принтер припойной пасты блока автоматической оптической инспекции (АОИ).

Но ими оснащаются достаточно продвинутые принтеры (например принтеры ф. Панасоник (подробнее...).

Не лишен метод трафаретной печати принципиальных недостатков. А именно:

- необходимость технологической оснастки и материалов;

- необходимость дополнительного, как правило довольно сложного и дорогого оснащения рабочего места в целом.

В качестве примеров такого оснащения разной производительности можно привести принтеры припойной пасты.

Для малой производительности подходит простой и дешевый настольный принтер SP 20/20(рис.22).

Автоматический принтер ф. Панасоник подходит для использования в серийном производстве, в автоматических сборочных линиях (рис.23).

Интегрированный внутрь принтера припойной пасты ф. Панасоник блок 2D АОИ позволяет контролировать качество нанесения припойной пасты в процессе работы и избавляет от необходимости выполнять этот контроль на отдельной установки АОИ. На рисунке приведен «скрин шот» экрана принтера при работе в этом режиме.

При использовании трафаретной печати всегда возникает вопрос , как часто надо чистить трафарет. Экспериментально доказано, что качество нанесения припойной пасты изменяется после каждого цикла нанесения, если не чистить трафарет. На рис. 24 приведены гистограммы распределения припойной пасты на ламелях, которые показывают, что уже после первого цикла (если не чистить трафарет) начинает происходить изменение покрытия пастой ламелей. И, наоборот, после очистки трафарета (в данном примере, на 10-м цикле) равномерность покрытия восстанавливается. (Рис.24а)

Чаще всего производители чистят трафареты после 3-4-х циклов нанесения Пр. Но естественно напрашивается вывод: - трафарет надо чистить как можно чаще ( в идеале после каждого цикла печати, особенно при монтаже миниатюрных компанентов). На рис.24б видно, что при чистке трафарета после каждого цикла всегда достигается равномерное воспроизводимое покрытие пастой ламелей.

В этих условиях становится критичной и актуальной скорость очистки трафарета, так как она определяет производительность. У принтеров фирмы Панасоник продолжительность всего цикла печати (печать + чистка) составляет всего 15 сек. Что является лучшим показателем среди аналогичного оборудования. Другим актуальным фактором в этих условиях является расход специальной бумаги для чистки. В оборудовании Панасоник достигнута существенная экономия расхода бумаги для очистки. На один цикл очистки расходуется всего 6 мм бумаги по длине. Т.о. 1-го рулона хватает на ≈2000 циклов очисток.

Как было сказано выше - в поверхностном монтаже нанесение дозы припоя выполняется, как правило, методом трафаретной печати припойной пасты.

Однако применяется и дозирование. В этой связи у технологов-производственников часто встает вопрос: « Что выбрать – дозирование или трафаретную печать»

Для принятия технически обоснованного решения целесообразно рассмотреть преимущества и недостатки также и дозирования.

Но прежде ,чем рассматривать преимущества и недостатки ещё раз хотел бы обратить Ваше внимание, что в принципе не существует методов лишенных недостатков. Задача технолога при выборе того или иного технологического метода (и это, на мой взгляд, самое интересное в нашем деле) состоит в том, чтобы выбрать метод преимущества которого использовались бы в конкретных условиях максимально, а недостатки проявлялись бы минимально.

Итак - дозирование.

Большим преимуществом дозирования является отсутствие трафарета.

- Дозаторы работают по принципу «прямого формирования рисунка».

- Совмещение с ламелями куда необходимо наносить припойную пасту может быть реализовано как в ручном так и в автоматическом режимах.

К недостаткам следует отнести:

- низкую производительность по сравнению с трафаретной печатью;

- ограничение по прецизионности наносимого рисунка.

В этой связи можно сделать вывод, что дозирование лучше использовать на многономенклатурном мелкосерийном (прототипном) производстве, где при этом не актуальна прецизионность наносимого рисунка, но актуальна проблема логистики и окупаемости оснастки (трафарета).

На рис. 21 изображены принципиальные схемы распространенных дозаторов.

Пневматический дозатор.(Рис. 25а)

У этого устройства наносимая доза определяется воздушным импульсом.

Используется в основном для нанесения клея или больших (не прецизионных) доз припойной пасты.

Шнековый дозатор. (Рис. 25б)

Дозирует составы, содержащие крупно дисперсные частицы. Доза определяется шаговым двигателем, наносимая доза припойной пасты может быть очень прецизионной. На рис. 25в показан результат нанесения припойной пасты таким дозатором.

В качестве примера можно привести различные виды дозаторов, как ручные (рис.26а) так и автоматические (рис.26б).

Справедливости ради стоит упомянуть еще один, появившийся в последнее время, способ нанесения припойной пасты – дозирование jet-дозаторами припойной пасты, использующими принцип струйной печати (так называемый способ DOD – drop-on-demand). Высокопроизводительный, прецизионный метод, обремененный одновременно значительными недостатками, главные из которых следующие:

- на jet-дозаторах могут использоваться только припойные пасты, содержащие мелкодисперсный порошок припоя (5 –го и 6-го типа по номенклатуре IPC). Эти припойные пасты существенно дороже по сравнению с распространенными припойными пастами и, кроме того, из-за значительно большей удельной площади поверхности порошка и быстрого его окисления имеют очень короткий срок хранения.

- jet-дозаторы достаточно сложны технически, и поэтому дороги.