У статті розглянуто як впливає спосіб кріплення шаблонів у рами з підвищеним зусиллям натягу на зміну об’єму нанесеної пасти.
Вступ
Металеві шаблони використовуються на першому етапі процесу монтажу SMT. Забезпечення достатнього натягу трафарету під час друку є важливим фактором, що впливає на якість і повторюваність нанесення паяльної пасти.
Досягнення стабільного, точного об’єму нанесеної пасти істотно впливає на розмір паяних з’єднань і, як наслідок, на цілісність і надійність кінцевого продукту. Стабільність особливо важлива в умовах монтажу таких компонентів, як QFN, CSP або LGA, де після пайки – окрім рентгенівського огляду – неможливо належним чином оцінити якість з’єднання. Крім того, прогресуюча мініатюризація пасивних компонентів і зменшення точок спаювання висувають нові вимоги до повторюваності друку. На мал.1 показано збільшення кількості «перешкод» у процесі, виміряних як стандартне відхилення ефективності перенесення пасти (тобто об’єм нанесення пасти/об’єм апертури) у міру зменшення коефіцієнта площі (площа контактної площадки/площа стінки). Чим більший коефіцієнт площі, тим більша ефективність передачі та менше стандартне відхилення.
Малюнок 1: Зв’язок між ефективністю перенесення пасти, виміряною за стандартним відхиленням, і співвідношенням площ за незмінної товщини трафарету.
Раніше шаблон закріплювали та натягували, приклеюючи його за допомогою сітки з поліестеру або нержавіючої сталі, яку попередньо натягували та приклеювали до рами. Таким чином, стала популярною стандартна техніка кріплення під назвою «mesh mounted stencils», що можна перекласти як «трафарет, встановлений на сітці». У результаті спроб зменшити витрати та вирішити проблему втрати натягу від цього типу шаблонів було розроблено декілька методів підтримки натягу без необхідності постійного приклеювання їх до рами. Ці методи разом називаються «трафарет лише з фольги», де «фольга» насправді означає металевий лист трафарету.
Основний принцип систем такого типу завжди однаковий: шаблон трафарету створюється на металевому листі, який потім поміщається в раму, яка фіксує його і забезпечує натяг. Трафарет натягується за допомогою зовнішніх інструментів або вбудованих в раму механізмів, таких як важелі, пружини або пневматичні трубки.
З одного боку, ці сучасні системи є економічно вигідними, але з іншого боку, все ще існують думки, що вони не забезпечують таку хорошу якість друку, як попередньо наклеєні трафарети. Найчастіше коментарі стосуються надійності роботи даного рішення, а також недостатнього натягу. Крім того, нове покоління систем створює певні загрози безпеці працівників, оскільки вони контактують із незахищеними гострими краями листового металу. Останню проблему усуває захисне тиснення на краях листа, що полегшує обробку трафарету та допомагає позиціонувати його під час закріплення на рамі.
На даний час ми спостерігаємо поступове збільшення використання нових типів систем кріплення, головним чином через витрати та простір, необхідний для їх зберігання. Запропонована Alpha система Tetra, що складається з рами та листів Tetrabond, за останні 20 років стає все більш популярною на ринку. Однак, маючи на увазі дві згадані проблеми, тобто довгострокову стабільність рами та втрату натягу трафарету, була розроблена нова рамка під назвою ALPHA tensoRED™.
Надійність систем натягу трафаретів
Щоб зрозуміти, як натяг рами може вплинути на надійність друку, потрібно зрозуміти їх конструкцію. Рами можна розділити за способом натягу і способом роботи:
Методи натягу
- Механічний: важелі або фіксатор в рамі
- Пневматичний (генерує напругу один раз або постійно підключений до установки стисненого повітря)
- Змішаний, відкривається пневматично і закривається механічно (наприклад, пружиною)
Методи роботи: завантаження/розвантаження
- Можливість завантаження без зовнішніх пристроїв
- Потрібна станція завантаження
Способи з’єднання листа і рами
- різні типи отворів, що використовуються на 2 або 4 краях листа, адаптовані до гачків, зубців або шпильок,
- тиснення або механічне посилення в різних положеннях на краю листа трафарету, зачеплене зубцями або ребром, що рухається по кулачку.
Рама ALPHA tensoRED використовує механічне натягнення, створюючи високе натягування листа точно по необхідній осі, таким чином забезпечуючи кращий натяг, ніж стара система Tetra. Система не має пневматичного натягу в рамі, але оснащена поздовжнім тисненням рами, що дозволяє практично ідеально рівно кріпити лист з мінімальними деформаціями. Позбавлення від пневматичних елементів усуває проблему виходу з ладу та відсутності необхідності їх обслуговування. ALPHA tensoRED адаптований для роботи з листами ALPHA Tetrabond, а також з іншими системами з подібним тисненням.
Скільки потрібно ще «натягу»?
Існує декілька методів вимірювання натягу на сталевих трафаретах, включаючи інструменти, призначені для вимірювання натягу в поліефірній сітці, методи зміщення, коли вага прикладається до фольги, і тензодатчики, що застосовуються до сталі.
Незважаючи на те, що всі ці методи дають результати, виражені в Н/см, їхні результати можуть ввести в оману під час прямого порівняння. Такі фактори, як товщина фольги та перетворення вимірювань зміщення та деформації в натяг, впливають на кінцевий результат, потенційно спричиняючи значні відхилення.
Для цілей цієї статті використовувався тензиметр, призначений для вимірювання натягу поліефірної сітки. Цього достатньо, щоб можна було визначити порівняльні відмінності в натягу, але слід проявляти обережність під час прямого порівняння з даними, отриманими за допомогою альтернативних методів вимірювання.
На мал. 2 показано порівняння показників натягу двох рам з високим натягом з рамою зі стандартним натягом.
Малюнок 2: Порівняння натягу рам зі стандартною та підвищеною силою натягу HT.
Як вищий натяг впливає на якість друку пасти?
В даний час спостерігається тенденція до зменшення об’ємів нанесеної пасти та зменшення товщини трафаретів, що дозволяє зберегти належне співвідношення поверхні та ефективне звільнення пасти від трафарету. На загальну думку, рух трафарету стає все більш важливим, тому попит на системи, що забезпечують більший натяг трафарету, також зростає, що, у свою чергу, дозволяє краще контролювати натяг.
Під час підняття трафарету в принтері може виникнути вертикальна деформація або вібрація. Чим більше натяг трафарету, тим менша вертикальна деформація і, отже, краще контролюється нанесення пасти. Цікаво, що деякі вимірювачі натягу трафарету фактично вимірюють деформацію по осі Z замість того, щоб вимірювати її по осі X/Y.
У той час як першим фактором, що впливає на зміну об’єму нанесеної пасти, є вищезгаданий фактор поверхні (мал. 1), то другим фактором є рух тонкого листа трафарету. Випробування проводилися для порівняння результатів друку з використанням систем, що забезпечують стандартну та підвищену силу натягу. Іншими змінними були різні друковані плати, різні принтери та системи візуального контролю друку. Варто зазначити, що всі трафарети, використані в тесті, були новими, і поведінка систем із підвищеною силою натягу протягом більш тривалого періоду часу потребує подальших досліджень.
Тест 1: Зміна сили натягу
Принтер: SpeedPrint SP710
Система SPI: Saki BF3-Si
Трафарет: 100 мкм CSS Alpha Tetra Bond (спільний для 3 рам)
Рами: дві з підвищеною силою натягу, одна стандартна
Паста: ALPHA CVP-390 M17
Під час тесту змінювали лише раму, а інші параметри – плату, трафарет і пасту – залишали без змін. У кожному випробуванні було зроблено 5 попередніх відбитків, нижня частина трафарету була насухо витерта за допомогою системи, встановленої в принтері, і виконано тестовий друк. На мал. 3 показано результати ефективності перенесення пасти у % (тобто об’єм нанесення/об’єм отвору) для друку через трафарет товщиною 100 мкм і площею отвору 250 мкм2.
Малюнок 3: Порівняння ефективності перенесення для друку 250 мкм2 з використанням 3 рам і трафарету 100 мкм.
Результати першого тесту для площі друку 250 мкм2 (коефіцієнт площі дорівнює 0,63) показують меншу варіабельність друку (виміряну стандартним відхиленням) у випадку систем кріплення з більшою силою натягу (HT), ніж у випадку стандартної системи. Аналізуючи отримані результати, можна також зробити висновок, що спостережуване стандартне відхилення (SD) є статистично значущим.
Малюнок 4: Стандартне відхилення ефективності перенесення для друку площею 250 мкм2 з використанням 3 рам і трафарету 100 мкм.
Вирішення того, чи різниця в стандартному відхиленні має практичне значення, залежить від допусків, з якими повинен бути зроблений даний друк. Для систем кріплення трафарету з більшою силою натягу (HT) вимірювання перенесення пасти показують менший розкид. Мал. 5 показує розподіл ефективності друку для площі 300 мкм2.
Малюнок 5: Порівняння ефективності перенесення для друку площі 300 мкм2 з використанням 3 рам і вирізаного лазером трафарету товщиною 100 мкм.
Малюнок 6: Стандартне відхилення ефективності перенесення для друку площі 300 мкм2 з використанням 3 рам і трафарету товщиною 100 мкм.
Випробування, проведене для друку площі 300 мкм2, знову вказує на те, що системи з більшою силою натягу призводять до менших варіацій друку, яка знову є статистично значущою. Для систем кріплення трафарету з більшою силою натягу (HT) вимірювання перенесення пасти показують менший розкид.
Тест 1: Висновки
Результати тесту підтверджують, що існує потенційний зв’язок між зменшенням варіацій об’єму нанесеної пасти та збільшенням натягу трафарету.
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
Лайкнуть
Твитнуть