ОЧИЩЕННЯ В ПРОЦЕСІ МОНТАЖУ ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ (ЧАСТИНА 3): ОЧИЩЕННЯ ТРАФАРЕТІВ

09.05.2023 |

У статті розглядаються негативні та позитивні наслідки очищення,  або їх відсутність, для трафаретів, які використовуються в процесі друку.

У першій статті з циклу про очищення в процесі монтажу друкованої плати було підкреслено, що очищення трафаретів є важливим етапом у виробництві електроніки. Оскільки 60-70% помилок монтажу виникають на етапі друку, очищення трафарету є особливо важливим заходом. Його важливість також зростає з прогресуючою мініатюризацією та збільшенням щільності компонентів на платі.

На етапі друку більшість помилок пов’язані з самим нанесенням (об’єм, співвідношення сторін, розмір апертури, якість пасти) або з операцією нанесення (позиціонування та тиск). Значний відсоток помилок виникає через недостатню кількість пасти, що залишилася на контактних площадках. Недостатня кількість пасти може бути викликана забитими отворами на трафареті, які не були належним чином очищені.

Очищення трафарету.

Стандартно процес очищення трафарету при виробництві електроніки може включати такі етапи:

  1. Протирання нижньої сторони трафарету.
  2. Очищення трафарету в автоматичній машині для мийки
  3. Очищення трафарету в напівавтоматичній машині для мийки
  4. Ручне очищення трафарету

Етапи з 2 по 4 разом можна назвати автономним очищенням.

  1. Протирання нижньої сторони трафарету.

Особливо важливо підтримувати принтер у чистоті та запобігати накопиченню пасти в робочій зоні. Наростання шарів пасти шкодить правильній опорі плати та повторюваності всього процесу. Це також створює ризик забруднення плат, які будуть встановлені пізніше, а також виникнення незв’язаних кульок пасти. Протирання нижньої сторони трафарету має важливе значення, особливо під час монтажу точних схем, оскільки навіть невелика кількість залишків створює ризик виникнення короткого замикання та створення кульок припою. Протирання трафарету розчинником (або іншим очисним засобом) запобігає появі різних дефектів і накопичення припою, а також усуває накопичення флюсу.

  1. Частота протирання залежить від того, як взаємодіють три основні компоненти – плата, паста і трафарет. Щоб визначити частоту протирання, дотримуйтесь рекомендацій виробника принтера. Після визначення кількості відбитків за протирання можна безпечно зменшити це число на два.
  2. Розчинники/миючі засоби. Засоби на основі розчинників залишаються переважною групою хімікатів, які використовуються для автоматичного протирання. У минулому IPA був одним із найпопулярніших розчинників завдяки низькій вартості та швидкості висихання. Однак це дуже небезпечний і неякісний засіб. Є повідомлення, що IPA міг спалахнути навіть при температурі 12°C/54°F.

Сьогодні виробники принтерів рекомендують використовувати засоби для чищення з високою температурою займання або зовсім негорючі. В останні роки виробники хімічних речовин намагалися вивести на ринок речовини на водній основі, але багато інженерів не хочуть їх використовувати, побоюючись швидкості висихання, поділу шарів (через відсутність хімічного каталізатора для цієї стадії та також через відсутність досвіду в цій галузі).

Засоби на водній основі повинні відповідати певним загальним вимогам:

  1. Розчинність: інгредієнти, відповідальні за розчинення, повинні бути правильно підібрані відповідно до типу забруднення.
  2. Сумісність: вони не вимагають змивання, тому все, що залишилося на трафареті, має бути нешкідливим для системи (більшість засобів для чищення є pH-нейтральними).
  3. Швидке випаровування: висихання має бути швидким, інакше умови першого друку можуть бути порушені, якщо в отворах залишиться будь-який залишок.
  4. Здоров’я та безпека: Очисник повинен бути негорючим або мати високу температуру займання (≥60°C/140°F), низькі виділення парів і мати запах, що не викликає подразнень.

Процес очищення

Більшість виробників принтерів рекомендують стандартні процедури для протирання нижньої сторони трафарету:

  1. Вологі серветки з розчинником: системи дозування розчинників були значно вдосконалені за останні роки, забезпечуючи рівномірне, повторюване дозування на папір без слідів, дозволяючи видаляти пасту та флюс з нижньої сторони трафарету.
  2. Сухе протирання: на цьому етапі всі залишки розчинника та, можливо, останні залишки пасти витираються насухо. На цьому етапі рекомендується використовувати вакуум.
  3. Вакуум: вакуум допомагає видалити залишки пасти з отворів і покращує чистоту засмічених отворів. Вакуум також підтримує процес сушіння.

Інформація, надана в цій статті щодо пасти, також стосується видалення клеїв, які використовуються в процесі SMT, але різниця полягає в тому, що клеї мають дуже різні характеристики розчинності. Тому для ефективного видалення клеїв необхідно використовувати інші засоби для очищення, але все одно не обов’язково використовувати два різних засоби: ті, що видаляють клеї, видаляють і пасту.

Оскільки трафарети принтерів відрізняються в залежності від виробника, то бажано дотримуватись рекомендацій виробника під час планування процесу протирання трафарету. Розчинники, розроблені останніми роками, безпечні та ідеально підходять для використання в трафаретах і принтерах. Однак використання IPA не рекомендується з міркувань безпеки та поганої взаємодії з поточним поколінням флюсів.

  1. Очищення шаблонів поза межами лінії (офлайн)

Очищення трафарету необхідне як під час роботи принтера, так і після завершення циклу і видалення трафарету з принтера: воно видаляє пасту, що накопичилася в отворах, і очищає поверхню трафарету до того, як паста висохне і стане твердою. Для цього використовують автоматичні та напівавтоматичні очисні машини.

Ручне очищення також можна використовувати, але воно менш рекомендоване через меншу повторюваність і вплив хімікатів на працівника, які в багатьох випадках мають дуже летючі властивості (наприклад, IPA), що є проблемою з точки зору здоров’я та безпеки.

Існують різні види автоматичних мийок трафаретів. Найпопулярнішими є розпилювачі в повітрі та ультразвукові. Набагато рідше зустрічаються пристрої занурення, що розпилюють засіб у рідині.

Серед напівавтоматичних пристроїв домінують конструкції на основі ультразвуку як фактор, що забезпечує механічну енергію, потім етап миття (необов’язково) і ручна або примусова сушка повітрям.

Основними елементами процесу очищення трафарету є:

  1. Забруднення
  2. Поверхні
  3. Хімічні речовини
  4. Обладнання
  5. Перевірка процесу

Забруднення

Як було зазначено, найпоширенішими забруднювачами є залишки пасти та клею, де залишки пасти є переважаючим типом забруднення, і лише деякі процеси вимагають очищення від обох типів залишків.

Основним завданням у встановленні належного процесу очищення є визначення розчинності забруднень і використання правильного поєднання обладнання та хімії. Як зазначалося раніше, оскільки розчинність паст і клеїв дуже різна, для їх видалення потрібні різні миючі засоби.

Поверхні

Якщо трафарет натягнуто на раму, то при виборі засобу для очищення необхідно враховувати матеріал, з якого він зроблений, матеріал, з якого виготовлена ​​сітка, смолу, яка використовується для його кріплення до рами, і матеріал самої рами (зазвичай алюміній).

Час від часу виникає необхідність змивати дефектний друк. Потім необхідно розрізнити, чи потрібно змивати дефектний друк зі сторони A (без компонентів після процесу оплавлення) чи B (з компонентами після оплавлення). Сторону A можна очистити стандартними засобами для очищення трафаретів і промити деіонізованою водою. Душ з деіонізованою водою рекомендується через необхідність усунення будь-яких іонізованих залишків на платі. Що стосується сторони B, то її рекомендується очищати засобами для очищення друкованих плат, оскільки процес очищення трафаретів буде надто складним і дорожчим.

Хімія

Ефективність кожного процесу очищення (Rp) є результатом хімічної енергії (Rs) і механічної та теплової енергії (Rd). Для встановлення стабільного процесу очищення особливо важливо розуміти правильний баланс між цими факторами. Хімія, яка використовується, повинна відповідати декільком вимогам, в тому числі вона повинна відповідати наявному обладнанню для мийки. Купуючи нове обладнання для мийки, доцільно вибрати модель, яка має високу гнучкість і може використовувати широкий спектр миючих засобів. У багатьох випадках на підприємстві вже є обладнання для очищення: чим більше воно несумісне зі змінними вимогами процесу миття, тим важливішим стає вибір самого хімічного засобу.

Це також означає, що через відсутність необхідних умов процес очищення не є оптимальним з точки зору найменших загальних витрат. Ці витрати стосуються не лише витрат на придбання хімікатів, але й часу миття (ефективності), витрат на енергію, витрат на утилізацію відходів і екологічних факторів.

Незважаючи на те, що в автоматичному процесі очищення все ще використовуються засоби на основі розчинників, в даний час переважають хімічні засоби на водній основі. Застосування хімії на основі розчинників супроводжується більш жорсткими вимогами до обладнання: воно повинно бути вибухобезпечним і екологічно безпечним для відведення диму.

Обладнання

Завданням обладнання для миття є забезпечення механічної та теплової енергії, необхідної для отримання бажаних результатів процесу. Як було сказано раніше, найпоширенішими є пристрої, що розпилюють в повітрі (spray-in-air), та ультразвукові. Хоча деякі моделі також виділяють теплову енергію, в більшості випадків трафарети очищають при температурі навколишнього середовища (20°-25°C). Також не завжди можна використовувати ополіскувач для видалення будь-яких залишків з поверхні трафарету (можливо, погано віддрукованої плати): отже, його відсутність обмежує вибір засобів для очищення.

  1. Розпилення в повітрі (spray-in-air): доступний ряд моделей розпилювачів, які забезпечують належний рівень механічної енергії в процесі очищення. Залежно від виробника, ці машини також можуть бути оснащені опціями промивання та підігріву.
  2. Ультразвук: багато моделей використовують ультразвук як засіб передачі механічної енергії. Як і в попередньому випадку, вони додатково оснащуються опціями промивання і підігріву. У той час як розпилювальні пристрої зазвичай повністю автоматичні, ультразвукові пристрої є автоматичними або напівавтоматичними. В автоматичних системах після розміщення трафарету в камері обладнання послідовно виконуються етапи миття, ополіскування та сушіння. У напівавтоматичних системах користувач повинен вручну перемикати режим очищення трафарету з очищення на промивання та сушіння. У деяких випадках промивання і сушіння повністю ручні.

Опція підігріву значно прискорює процес видалення проблемних забруднень, таких як залишки безсвинцевих паст і деяких клеїв. У будь-якому випадку температура повинна бути нижче <50°C (122°F) а краще нижче ≤45°C (113°F). Якщо температура буде вище цих значень, це може не тільки завдати шкоди самому трафарету, але й не стільки змити, скільки затвердіти залишки клею, що унеможливить його видалення.

По можливості рекомендується робити вибір хімічних засобів і пристроїв одночасно. Якщо це неможливо, збалансуйте процес за допомогою рівняння

Rp= Rs + Rd.

Перевірка процесу

Процес очищення трафарету також вимагає ретельної оцінки окремих елементів і параметрів та перевірки того, чи справді він відповідає очікуванням. Виробники миючих засобів можуть бути корисними в процесі валідації, оскільки вони мають значні знання та досвід різних процесів очищення.

Ручне очищення трафаретів. Продукти класу 3 мають відповідати дуже високим вимогам і повинні працювати в екстремальних температурах, таких як дуже висока або дуже низька температура. Оскільки у випадку ручного очищення трафарету його результати залежать від оператора та не є повторюваними, його однозначно не рекомендується використовувати для найскладніших застосувань. Крім того, сам оператор піддається впливу хімічних речовин, які за відсутності захисних заходів можуть бути небезпечними для здоров’я. На малюнку вище показано, які наслідки може мати ручне очищення трафарету без належного нагляду.

Резюме

Підводячи підсумок, слід зазначити, що ключовими елементами процесу очищення трафарету є: тип забруднення, поверхні (дизайн, сумісність), засоби для очищення (статична енергія) та пристрої (динамічна енергія). Виробники засобів для очищення завдяки своєму досвіду та лабораторним можливостям можуть бути дуже корисними у розробці комплексного процесу очищення, який відповідає вимогам виробника.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl