Складнощі етапу друку в процесі «pin-in-paste»

05.12.2023 |

Нанесення  пасти на виводи компонентів через отвір (THT) за допомогою технології «pin-in-paste» може заощадити багато часу, але достатньо заповнити отвір припоєм може бути дуже важко.

Перше питання, яке слід розглянути під час планування процесу pin-in-paste, – це бажаний ступінь заповнення отвору. Якщо метою є досягнення 100-відсоткового заповнення отвору припоєм, тоді друк паяльної пасти має забезпечити достатню кількість пасти, щоб заповнити отвір мінус об’єм свинцю компонента. Дуже важливим аспектом є той факт, що самі металеві кульки складають лише 50% об’єму пасти, а решта 50% об’єму становить флюс, тому для отримання 100% заповнення необхідно подавати подвійну кількість пасти. Крім того, якщо метою є досягнення повного заповнення за один цикл друку, отвір має бути повністю вільним від забруднень, щоб вони не «займали» цінний об’єм. Далі перевірте, чи достатньо місця на поверхні друкованої плати для друку великої кількості пасти навколо отворів.

Можна заповнити отвори паяльною пастою, виконавши кілька циклів друку. В ідеалі це було б зробити за допомогою трафарету, призначеного виключно для друку пасти в отвори. Це завжди буде процес проб і помилок, щоб визначити, скільки циклів використовувати для заповнення отворів, щоб паста почала стікати знизу отворів.

Щоб максимізувати перенесення пасти, Тоні Ленц (Tony Lentz), інженер із застосування FCT Assembly, рекомендує такі параметри процесу:

  • Замість стандартного нахилу 60° ракель слід встановити під кутом 45°.
  • Швидкість друку слід зменшити до 10-20 мм/с, щоб максимізувати час, необхідний для проштовхування пасти в отвори.
  • Для оптимізації виходу пасти з бічних стінок отвору слід використовувати трафарет, покритий нанопокриттям керамічного типу.
  • Для описаних операцій найкраще підходить паяльна паста типу 4 або 4,5.

Фріц Байл (Fritz Byle), інженер-технолог з Astronautics, також починає свою заяву про труднощі процесу «pin-in-paste», вказуючи, що за об’ємом паста містить лише близько 50% металу, навіть якщо за вагою вона становить до 90%. Це означає, що навіть якщо весь отвір буде заповнено пастою, після процесу оплавлення ми отримаємо набагато менший об’єм припою, ніж заплановане 100-відсоткове заповнення.

Цієї проблеми можна частково уникнути, надрукувавши більшу площу на верхній поверхні друкованої плати, але автор підкреслює, що можливості для цього обмежені. Крім того, можливість повного заповнення отвору залежить від діаметра отвору. Отвори діаметром менше 0,040 дюйма дуже важко заповнити. Однак в отворах розміром більше 0,070 дюйма пасти так багато, що вона може витекти з отвору. Нарешті, значний вплив має форма і переріз самих штифтів.

Фріц Байл пропонує застосувати такий підхід:

  • На першому кроці обчисліть об’єм отвору мінус об’єм штифтів
  • Потім отриманий об’єм потрібно помножити на два, щоб отримати необхідний об’єм пасти для 100% заповнення припоєм.
  • Відсоток отвору, який можна заповнити пастою за один цикл, слід оцінити шляхом послідовних випробувань.
  • Нарешті, обчисліть об’єм заповнення та визначте, чи потрібен додатковий об’єм пасти, і якщо так, подивіться, чи можна її надрукувати на поверхні та дозволити стікати в отвір.

Досягти необхідного заповнення для відповідності стандартам IPC клас 3 може бути дуже важко (класи 1 і 2, як правило, набагато легші в цьому відношенні). Якщо ваша заявка відноситься до класу 3, можливо, вам доведеться розглянути можливість отримання підтверджуючих доказів, щоб довести, що вам насправді не потрібно заповнювати 75%. Наприклад, використовуючи друковану плату товщиною 93 міл, вам зазвичай не потрібно 75 відсотків заповнення для досягнення міцності або надійності, але, як завжди, все залежить від конкретного компонента та застосування.

Не всі компоненти THT придатні для процесу «pin-in-paste» (PIP)

Завжди важливо пам’ятати, що пікова температура стандартного безсвинцевого процесу оплавлення може досягати 250°C, тому компоненти THT повинні витримувати цю температуру. Якщо це не так, можна також використовувати паяльну пасту з низькою температурою плавлення, знизивши верхню частину профілю до 180-200°C. Однак цю можливість слід розглядати дуже індивідуально, оскільки не в кожному застосуванні допускається пайка при нижчих температурах.

Крім того, розумно не вводити занадто багато тепла в систему під час монтажу. Через надмірне нагрівання в’язкість паяльної пасти швидко зменшиться, тому є ризик, що частина пасти капне в піч. Результатом є нерівномірний об’єм припою та забруднення печі оплавлення.

Крім того, важливо, щоб компонент PIP мав певну відстань (тобто відстань між друкованою платою та нижньою частиною корпусу компонента). Ця відстань має забезпечувати наявність достатнього простору між друкованою платою та компонентом для нанесення відповідної кількості паяльної пасти: рекомендована відстань не менше 0,5 мм.

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