Как отрегулировать расстояние отрыва для разных трафаретов?

Если вы занимаетесь печатью паяльной пасты, вы уже знаете, что даже небольшие изменения в вашем процессе могут повлиять на производительность или снизить ее, особенно когда речь идет о расстоянии отрыва. Для тех, кто еще не в курсе, расстояние отрыва — это зазор между трафаретом и печатной платой (PCB) в момент, когда ракель для паяльной пасты заканчивает свой проход. Слишком туго, и трафарет тянется по доске, размазывая пасту по контактным площадкам, вызывая замыкания или даже поднимая компоненты с мелким шагом. Слишком рыхлая паста не переносится должным образом, что приводит к высыханию соединений или размыканию контуров, что приводит к потере времени и материала. За 12 лет работы техническим руководителем в компании-поставщике принтеров для паяльной пасты я видел, как команды отказывались от целых производственных циклов, потому что использовали универсальную настройку отщелкивания. Хорошая новость: отрегулировать это расстояние для разных трафаретов не так сложно, как кажется, если вы поймете, как дизайн трафарета, материал и ваш конкретный принтер меняют уравнение.

Во-первых, давайте проясним, с чем мы работаем. Я упоминаю об этом, потому что постоянно разговариваю с новыми клиентами, которые путают типы трафаретов, и эта путаница является причиной № 1, по которой они неправильно отщелкивают. Трафареты для поверхностного монтажа выпускаются в трех основных формах: гальванопластика из никеля (высокая точность, тонкие стенки, типичны для микросхем с мелким шагом), нержавеющая сталь, вырезанная лазером (прочная, универсальная, подходит для большинства стандартных плат) и травленые трафареты (более дешевые, но менее точные, в основном для прототипов небольшого объема). Каждый из них имеет разную толщину, геометрию отверстия и жесткость — все это напрямую влияет на необходимое расстояние отлома. Добавьте к этому различные элементы трафарета, такие как ступеньки, фаски или конструкции направляющих, и внезапно ваши настройки отсечки станут совсем не универсальными.

Начнем с самого распространенного сценария: стандартные трафареты из нержавеющей стали, вырезанные лазером, рабочая лошадка для большинства операций SMT среднего объема. Эти трафареты обычно имеют толщину от 0,1 до 0,2 мм, с прямоугольными или квадратными отверстиями для резисторов, конденсаторов и других стандартных безвыводных компонентов. Для них оптимальное расстояние отлома обычно составляет от 0,2 до 0,3 мм, но это только базовый уровень. Почему? Потому что трафареты, вырезанные лазером, жесткие и сами по себе не сильно изгибаются. Когда швабра тянется, трафарету нужен зазор, достаточный для того, чтобы паяльная паста могла аккуратно перенестись, не волочась. Я помню одного клиента, который пару лет назад печатал 10 000 плат в неделю с помощью лазерных трафаретов толщиной 0,15 мм и месяцами придерживался обрезки толщиной 0,2 мм — пока не перешел на микросхемы с мелким шагом. Как только они добавили в свою линию QFI с шагом 0,4 мм, установка с шагом 0,2 мм привела к тому, что трафарет затянулся на крошечных контактных площадках IC, оставив 15% соединений открытыми. Мы скорректировали их отломок до 0,25 мм, и коэффициент открытия суставов упал до менее 1%. Ключевым моментом здесь является то, что стандартные трафареты имеют постоянную жесткость, поэтому небольшие изменения (с шагом 0,05 мм) — это все, что вам нужно для большинства применений.

Далее: никелевые трафареты, полученные электроформованием, золотой стандарт для высокоточных применений, таких как корпуса микросхем или компоненты с мелким шагом. Эти трафареты намного тоньше — обычно от 0,05 до 0,1 мм — и имеют сверхточные протравленные на боковых стенках отверстия, которые точно соответствуют дизайну контактной площадки IC. Вот в чем загвоздка: трафареты, полученные гальванопластикой, гораздо менее жесткие, чем сталь, вырезанная лазером, поэтому слишком большое расстояние отлома вызывает «отклонение трафарета». Это означает, что когда вы снимаете трафарет с платы, он сгибается по краям, вытягивая паяльную пасту из крошечных отверстий контактных площадок, вместо того, чтобы оставлять ее неповрежденной. Для трафаретов, полученных электроформованием, расстояние отрыва должно быть меньше — обычно от 0,1 до 0,2 мм. Я всегда рекомендую сначала протестировать это на макете, если вы переходите на гальванопластику. В прошлом квартале клиент, производящий автомобильные радиолокационные модули (в которых используются микросхемы с шагом 0,2 мм), прислал мне записку, в которой говорилось, что их соединения несовместимы. Они установили отломок на 0,3 мм, потому что это подходило для их лазерных трафаретов, а тонкий трафарет, полученный электроформованием, изгибался настолько сильно, что на 20% площадок микросхем вообще не было пасты. Мы провели с ними быстрый тест: установили отломок на 0,1 мм, распечатали 10 тестовых досок, проверили перенос пасты, а затем, если необходимо, подтолкнули его вверх на 0,02 мм. Они получили отличные результаты при толщине 0,15 мм, а их доходность выросла с 75% до 99% за один день. В этом разница между пониманием материала трафарета и догадками.

Кроме того, существуют специальные трафареты — ступенчатые трафареты, трафареты с фасками и трафареты со специальными функциями для мощных компонентов. Например, ступенчатые трафареты имеют более толстые или тонкие участки, позволяющие наносить больше пасты на большие силовые площадки и меньше на маленькие сигнальные площадки. Сейчас это очень распространено, поскольку такие продукты, как смартфоны и электромобили, вмещают больше энергии в меньшие пространства. Для ступенчатых трафаретов расстояние отщелкивания зависит от высоты ступени. Если у вас есть базовый трафарет толщиной 0,1 мм с шагом 0,1 мм на контактных площадках, вам понадобится отломок большего размера (от 0,3 до 0,4 мм), поскольку область ступеньки находится выше над доской. Если отломочный элемент слишком мал, нижний базовый трафарет будет тянуться по доске, а ступенька останется наверху, размазывая пасту по сигнальным площадкам. Год назад у меня был клиент, работавший над системами управления батареями электромобилей, который использовал ступенчатые трафареты для своих печатных плат BMS. Первоначально они установили отломок на 0,2 мм, а соединения их силовой площадки были закорочены, потому что нижнее основание трафарета касалось доски во время подъема. Как только мы отрегулировали отрыв до 0,35 мм, сопротивление исчезло, и скорость короткого замыкания упала почти до нуля. Трафареты со скошенными краями — еще один зверь: их конусообразные отверстия требуют немного меньшего отлома (от 0,15 до 0,25 мм), поскольку фаска помогает высвобождаться пасте, поэтому слишком большой зазор означает, что паста оторвется до того, как она полностью нанесется.

Дело не только в трафарете — ваш принтер тоже имеет значение. Я вижу, что многие люди упускают из виду это, полагая, что все принтеры могут обрабатывать одни и те же настройки отключения, но это не так. Если вы используетеРучной трафаретный принтердля небольших серий прототипов диапазон отламывания ограничен тем, насколько вы можете регулировать механические винты, обычно от 0,1 до 0,5 мм. Для крупносерийного производства используется автоматизированныйМашина для производства электронных компонентов SMTимеет моторизованную регулировку защелкивания, которая позволяет устанавливать настройки с точностью до 0,01 мм, что имеет решающее значение для работы с точным шагом. Даже среди автоматических принтеров высокоточные модели, такие какМашина для многослойной печатной платы Высокоточная машина SMTимеют линейные двигатели, которые контролируют параллельность отрыва по всему трафарету, поэтому одна сторона трафарета не поднимается быстрее, чем другая, что приводит к неравномерному переносу пасты. Для сложных работ, таких какПромышленная интеллектуальная производственная линия по производству микросхемЛинии, где трафареты меняются ежедневно в зависимости от партий компонентов, программируемые настройки защелкивания, которые автоматически настраиваются в зависимости от типа трафарета, меняют правила игры.

Давайте перейдем к практике: как это протестировать и настроить, а не просто опираться на цифры? Моя команда и я преподаем быстрый пятиэтапный тест для каждого нового трафарета или задания, и мы использовали его, чтобы сократить время настройки для наших клиентов на 30%. Сначала подготовьте тестовую плату с набором компонентов: микросхемой с мелким шагом, стандартным резистором и большой панелью питания. Во-вторых, установите первоначальную отломку по базовой линии трафарета (0,2 мм для лазерной обработки, 0,15 мм для гальванопластики). В-третьих, выполните полный проход ракеля, затем посмотрите на трафарет на доске, прежде чем поднимать его. Если вы видите, что паяльная паста размазывается за пределами отверстий трафарета, значит, отщелкивание выполнено слишком туго. Если при поднятии вы видите небольшие зазоры или недостающую пасту в отверстиях, значит, защелка слишком ослабла. В-четвертых, корректируйте по 0,05 мм за раз, каждый раз перепечатывая тестовую плату, пока не получите чистый и полный перенос пасты на все типы подушечек. В-пятых, проведите дополнительную проверку: подсчитайте количество открытых соединений и замыканий на 50 последовательных досках. Если он ниже вашей цели (мы рекомендуем менее 0,5% для большинства вакансий), все в порядке. Если нет, отрегулируйте с шагом 0,02 мм, потому что небольшие изменения имеют большое значение для работы с мелким шагом.

Отдельно отмечу распространенные ошибки, которые допускают даже опытные команды. Один большой недостаток не учитывает износ трафарета. Трафареты царапаются, вмятин или отверстия изнашиваются после более чем 10 000 отпечатков. Слегка изношенный трафарет переносит пасту иначе, чем новый, поэтому вам может потребоваться увеличить отрыв на 0,05 мм по мере старения трафарета. Еще одна ошибка — игнорирование деформации печатной платы. Печатные платы высокой плотности, особенно для электромобилей или аэрокосмической отрасли, могут слегка деформироваться при нагревании во время оплавления, поэтому, если ваша печатная плата деформирована, вам понадобится отломочный материал большего размера, чтобы избежать перетаскивания трафарета по приподнятым краям. В прошлом году клиент из аэрокосмического сектора рассказал мне, что их деформированные печатные платы вызывали раскрытие соединений на 2%, пока мы не добавили 0,1 мм к их настройке отрыва — проблема решена за считанные минуты. Также не забудьте проверить параллельность отрыва, а не только общее расстояние. Если трафарет наклоняется при подъеме, зазор на одной стороне будет слишком большой, а на другой слишком маленький, что приведет к неравномерности печати. Большинство современных принтеров имеют датчик уровня для автоматической регулировки, но ручные принтеры требуют, чтобы вы каждый раз равномерно затягивали винты вручную.

Почему это важно в долгосрочной перспективе? Правильная регулировка отрыва не просто решает краткосрочные проблемы с выходом — она сокращает отходы материала, сокращает время доработки и продлевает срок службы ваших трафаретов. Если вы используете свободную настройку, которая перетаскивает трафарет, вы царапаете боковые стенки трафарета каждый раз при печати, что потребует его более быстрой замены. У нас был клиент, который обрабатывал 50 000 досок в месяц с помощью лазерных трафаретов и заменял их каждые 6 месяцев из-за повреждений, вызванных перетаскиванием. После регулировки отломка на правильную толщину 0,25 мм их трафареты прослужили 18 месяцев, что позволило им сэкономить более 12 000 долларов в год на затратах на трафареты. Именно такая рентабельность инвестиций оправдывает внесение изменений в процесс.

В конце концов, не существует универсального расстояния для отрыва — у каждого трафарета, каждого принтера и каждой работы есть своя золотая середина. Главное — выйти за рамки догадок и привязать настройки к материалу трафарета, дизайну и конкретному оборудованию. Если вы все еще используете те же настройки отщелкивания, которые использовали 5 лет назад, даже если ваши трафареты или компоненты изменились, вы оставляете без внимания доходность и деньги.

Если вы готовы усовершенствовать свой процесс или у вас есть вопросы о настройках отщелкивания для конкретного типа трафарета или производственной линии, наша команда всегда готова вам помочь. Мы работаем с клиентами, начиная от небольших мастерских по изготовлению прототипов и заканчивая крупными автомобильными заводами, помогая им настроить каждую часть процесса паяльной печати для достижения максимальной производительности и эффективности. Обратитесь к нашей команде, чтобы обсудить ваши потребности в трафаретах, проверить текущие настройки или узнать, как наше оборудование может поддержать ваши операции.

Ссылки

1. «Руководство по проектированию трафаретов для печати паяльной пастой», Ассоциация IPC, объединяющая электронную промышленность, 2022 г.
2. «Параметры процесса печати паяльной пасты: расстояние отрыва и давление ракеля», Journal of Surface Mount Technology, Vol. 34, № 2, 2021.
3. «Высокоточная трафаретная печать для микросхем с мелким шагом», Международный журнал производственных исследований, Vol. 16, № 4, 2020.