Тест: Вплив якості та технології виготовлення трафаретів на результати друку

Чи впливає якість трафарету на результати процесу друку? Група вчених провела детальний тест, аналізуючи зв’язок між якістю окремих трафаретів і ефективністю перенесення пасти.

З розвитком технологій розвивається і мініатюризація корпусів компонентів, що впливає на процес монтажу друкованих плат. Все частіше використовуються компоненти 008004 чи CSP, або BGA розміром 0,3 мм, а друк стає одним із критичних процесів, що визначають якість збірки SMT. Загальновизнано, що 50-70% дефектів у всьому процесі SMT виникають на етапі друку. Звичайно, є багато змінних, які впливають на якість друку, наприклад конфігурація машини, обробка пасти, якість трафарету, дизайн апертури, параметри друку тощо. У статті представлено статистичну оцінку впливу якості трафарету на процес друку шляхом порівняння друку растром 0,35 мм на контактних площадках для компонентів 01005.

У минулому, коли вікно процесу було набагато поблажливішим і друк базувався на великих апертурах, коефіцієнт площі ≥0,66 (відношення площі апертури до площі стінки апертури) і дотримання правила «п’яти куль» ( апертура повинна вміщувати принаймні 5 кульок припою в кожному напрямку) було легко досягти та достатньо для отримання високоякісного друку. Однак тепер, зі зменшенням апертури до 01005 або навіть 008004, все змінилося, і стають критичними інші фактори для забезпечення хорошої продуктивності перенесення пасти.

Що таке хороше перенесення пасти? Ефективність перенесення дорівнює відсотковому відношенню фактичного об’єму нанесеної пасти до теоретичного об’єму пасти на даній контактній площадці. Щоб отримати хорошу ефективність перенесення, пасту необхідно нанести на потрібну ділянку у відповідному обсязі та на відповідній висоті. На малюнку 1 показано численні фактори, які можуть вплинути на ефективність процесу друку – ця стаття присвячена впливу якості трафарету.

Ph.D. Dissertation

Малюнок 1. Фактори, які впливають на трафаретний друк.

Фактори, позначені зірочкою (*), можна прямо чи опосередковано виміряти, однак вони повинні бути постійними, а їх значення може бути відомим; фактори, позначені (†) є факторами, які можна використовувати для динамічного керування нанесенням об’єму паяльної пасти.

У цій статті описується експеримент, проведений Jeffrey Len Yung Kwuan, Leon Rao, Evan Yip, Wisdom Qu, Jonas Sjoberg з Indium Corporation, а висновки були включені в статтю «Impact of Stencil Quality & Technology on Solder Paste Printing Performance». 

Кожен постачальник трафаретів може використовувати різне обладнання для лазерного різання з різною точністю, різні матеріали для обробки нанопокриттям або навіть використовувати різні виробничі процеси. На мал. 2 показано кілька фотографій електронного мікроскопа, які демонструють різницю в якості, створеної двома полірованими лазерними шаблонами. Для цілей експерименту автори статті відібрали 6 постачальників трафаретів, позначивши їх від A до F (1 європейський і 5 далекосхідних), які надали по два трафарети: електролітично полірований лазерний трафарет (EP трафарет) і лазерний трафарет, електролітично відшліфований і оброблений нанопокриттям. Проте гальваноформований трафарет (EF), позначений як G, використовувався як контрольна точка.

Малюнок 2. Відмінності у виробництві лазерних трафаретів.

В експерименті використовувалась паста SAC305 для друку тестової плати, що містила круглі контактні площадки 0,35 мм (кола 0,22), квадратні контактні площадки 0,2 мм для компонентів 01005 і кілька різних інших контактних площадок від 0,18 мм до 0,24 мм круглої та квадратної форм. Для цілей дослідження автори зосередилися на аналізі відкладень, утворених на круглій контактній площадці 0,22 мм і прямокутній контактній площадці 0,2 мм. Результати друку були перевірені SPI. Детальний опис тесту можна знайти в оригінальному тексті статті «Impact of Stencil Quality & Technology on Solder Paste Printing Performance».

Аналіз даних, отриманих під час експерименту, показав наступні результати:

• Найкращі середні результати як для круглої контактної площадки 0,22 мм, так і для прямокутної контактної площадки 0,20 мм були отримані з одним трафаретом від європейського постачальника.
• У наступній частині тесту було перевірено коефіцієнти Pk і Ppk для встановлення прийнятного вікна процесу. Дослідження показали значні відмінності між окремими трафаретами.
• Крім того, було проведено дисперсійний аналіз (ANOVA). Це статистичний метод, який використовується для вивчення спостережень, які залежать від одного або кількох факторів, що діють одночасно. Цей метод пояснює ймовірність, з якою ізольовані фактори можуть викликати відмінності між середніми показниками групи. Знову ж таки, окремі трафарети суттєво відрізнялися один від одного.
• Ефективність трафаретів також досліджували для контактних площадок з дуже малою площею, 0,18 мм, де апертури мали коефіцієнт площі 0,59. Три протестованих шаблони показали явно гірші результати, ніж інші.
• Наприкінці експерименту автори розглянули відмінності між трафаретами, обробленими нанопокриттями, від звичайних. Автори статті нагадують, що в кількох раніше опублікованих роботах були представлені дуже різні думки щодо впливу трафаретів з нанопокриттям на ефективність перенесення друку. Однак, ґрунтуючись на результатах своїх досліджень, вони стверджують, що більшість трафаретів з нанопокриттям забезпечували меншу варіабельність об’єму нанесення порівняно зі звичайними трафаретами ЕР. На думку авторів, різні результати, отримані в різних раніше опублікованих статтях, можуть бути обумовлені різними факторами, такими як тип наноматеріалів, які використовувались, і методи нанесення фінішного шару на трафарет. Крім того, новий і використаний трафарети з однаковим матеріалом нанопокриття також можуть відрізнятися, оскільки ефект нанопокриття з часом погіршується.

Підсумовуючи свою роботу, автори роблять такі висновки:

• Усі трафарети EP та трафарети з нанопокриттям, за винятком одного трафарету E, змогли досягти хорошої якості друку з Ppk > 1,67 на прямокутній контактній площадці 0,20 мм і круглій контактній площадці 0,22 мм.
• У випадку з круглою контактною площадкою 0,22 мм шаблон D досяг високої ефективності перенесення як у звичайній версії EP, так і у версії з нанопокриттям. Аналіз ANOVA показав, що існують значні середні відмінності як для EP, так і для трафаретів з нанопокриттям.
• Подібне сталося і з прямокутною контактною площадкою 0,20 мм: усі трафарети, зроблені в обох стандартах, суттєво відрізнялися.
• Вплив якості трафарету на друк є більшим, якщо коефіцієнт площі зменшено до 0,59.
• Трафарети з нанопокриттям забезпечили меншу різницю об’єму нанесення порівняно з трафаретами EP.

З цього дослідження можна зробити висновок, що різні трафарети забезпечать різну продуктивність друку. Є кілька можливостей, які можуть сприяти розбіжностям – звичайно, варто згадати точність розмірів апертур, рівномірну товщину листового металу, з якого виготовлений трафарет, ступінь згладжування бічних стінок апертур, наноматеріал, який використовувався, і спосіб його застосування.

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