От автора

   Данной рассылкой мы открываем цикл статей, посвященных вопросам проектирования, изготовления и использования трафаретов для поверхностного монтажа на автоматизированных производствах. В данных материалах использованы труды как отечественных, так и зарубежных авторов.

Основные принципы разработки и использования трафаретов для поверхностного монтажа

• Размер апертуры, относительно размеров контактной площадки

  
     Рекомендуется, чтобы открытая часть апертуры, для компонентов с малым шагом, была слегка меньше, чем размер контактной площадки.

  Главным образом это нужно для :
   - Увеличения эффекта «прокладки» между контактной площадкой и нижней стороной трафарета.
   - Предотвращения образования перемычек между контактами компонентов с малым шагом.

Шаг компонента	Промышленный стандарт ширины контактной площадки	Промышленный стандарт ширины апертуры
50 mil	25 mil	25 mil
40 mil	20 mil	20 mil
31 mil	17 mil	16 mil
25 mil	15 mil	12 mil
20 mil	12 mil	10 mil
16 mil	10 mil	8 mil
12 mil	8 mil	6 mil

   Уменьшение ширины апертуры производится эквивалентно, с каждой из ее сторон, таким образом, чтобы апертура располагалась по центру контактной площадки.

   Длины апертур должны уменьшаться на одинаковые значения, для уменьшения вероятности образования свободных шариков припоя.

   Апертуры должны сдвигаться на внешний край площадки для уменьшения вероятности образования «подмикросхемных» шариков припоя.

• Форма апертуры

  
     Различные формы апертур применяются для достижения меньшего расхода пасты, обеспечения ее стабильного нанесения на печатную плату, а также уменьшения или устранения образования шариков припоя.

     Применяются следующие формы апертур:

Овал	Клиновидная	V-образная

• Толщина трафарета

  
     Толщина трафарета или «фольги» является важной частью конструкции трафарета. Оптимальное попадание пасты на печатную плату определяется следующими взаимосвязанными параметрами, такими как размер контактной площадки, размер открытой части апертуры и толщины фольги трафарета. Тогда как размер апертуры может быть примерно равен размеру контактной площадки, слишком тонкий или наоборот, слишком толстый трафарет, может привести к недостаточному распределению паяльной пасты на трафарете.

     Это соотношение также известно под именем «Показатель» ( Aspect ). «Показатель» это разница сил, вытягивающих пасту из апертуры на контактную площадку и удерживающих ее в апертуре отверстия. Действие этих сил выражается величиной называемой Коэффициент Показателя ( Aspect Ratio ). Проще говоря, для того, чтобы паста легла на контактную площадку, поверхностное натяжение паяльной пасты должно быть больше по величине, чем сила притяжения пасты к стенкам апертуры.

     Полный набор правил адаптирован таким образом, чтобы помочь разработке трафарета с соответствующими Коэффициентами Показателя, зависящими от заказываемого типа трафарета. Для расчетов необходимо использовать наименьшую из применяемых на данной печатной плате апертур.

Тип трафарета	Коэффициент толщины фольги к ширине минимальной апертуры
Химически-травленый	1:1.5
Вырезанный лазером	1:1.2
Изготовленный методом гальванопластики	1:1.1

   Например, трафарет, вырезанный лазером, с 16 mil выводами компонентов (с шириной апертуры 8 mil ) должен иметь максимальную толщину фольги 6 mil* [6 x 1.2 = 8]

   Трафарет должен всегда иметь коэффициент Втягивающего Натяжения Пасты ( Paste Pulling Tension ) 0.2 или выше :

Втягивающее натяжения    Апертура ( Длина(L),Ширина (W))
контактной площадки(P)    
_______________________ = ___________________________ >= 0.6
Удерживающее натяжение      Толщина трафарета(T)'Периметр стенок апертуры(R)          aпертуры (2'(L+W))

Рекомендуемые толщины фольги
Шаг мельчайшего компонента	Химически-травленый	Лазер	Гальванопластика
50 mil	8 or 10 mil	8 mil	8 mil
40 mil	8 or 10 mil	8 mil	8 mil
31 mil	8 or 10 mil	8 mil	8 mil
25 mil	не рекомендуется	7 mil	6 mil
20 mil	не рекомендуется	6 mil	5 mil
16 mil	не рекомендуется	6 mil	5 mil
12 mil	не рекомендуется	5 mil	4 mil

   *Примечание: трафарет может быть в исполнении «с переменной толщиной» для уменьшения толщины фольги в тех местах, где расположены компоненты с малым шагом выводов. Это позволяет использовать более толстый трафарет для других частей печатной платы.

   Рекомендуется, чтобы стандартные, с большим шагом ( >31 mil .), апертуры были слегка увеличены ( то есть выполнены 1:1 с контактной площадкой), при использовании фольги с толщиной < 6 mil для того, чтобы на контактную площадку попало достаточное количество паяльной пасты.

• Печать клея

  
     Способ производства трафаретов- Вырезанные лазером трафареты из нержавеющей стали рекомендуются для печати клеев. Для апертур, с минимальным расстоянием меньше, чем 15 mils, должны использоваться трафареты, вырезанные лазером, с последующей электрополировкой. Для случаев, где применимы более обширные допуски, могут использоваться химически-травленые трафареты.

     Толщина трафарета - 8 mil является типичной используемой толщиной фольги для трафаретов. Для большинства случаев, когда используется обычный набор пассивных компонентов, пригодна толщина 6 – 12 mils.

     Дизайн апертуры – Приведенная таблица отражает рекомендуемые формы апертур и размеры для наиболее распространенных компонентов. Для нанесения клея рекомендуется форма апертуры в виде двух точек или щели, поскольку они дают максимальное окно для нормального приклеивания и, соответственно, правильного размещения компонента. Сжатая щель или овал являются модификациями типичной щелевой апертуры и разработаны для улучшения воздухоотводящих характеристик апертуры.

• Рекомендуемые размеры апертуры

  
     Приведенная таблица отражает рекомендуемые формы апертур и размеры для наиболее распространенных компонентов. Для нанесения клея рекомендуется форма апертуры в виде двух точек или щели, поскольку они дают максимальное окно для нормального приклеивания и, соответственно, правильного размещения компонента. Сжатая щель или овал являются модификациями типичной щелевой апертуры и разработаны для улучшения воздухоотводящих характеристик апертуры.

Тип компонента	Размер одноточковый тип	Размер щели	Размер двуточкового типа	Размер сжатой щели
0402	12 mil	см. Сжатую щель	см. Одноточковый тип	12 mil x 18 mil с 15% сжатием
0603	22 mil	см. Сжатую щель	см. Одноточковый тип	20mil x 40 mil с 15% сжатием
0805	25 mil	см. Сжатую щель	2 x 20mil 50 mil c to c	20 mil x 50mil с 15% сжатием
1206	25 mil	20mil x 60mil	2 x 25 mil .03" 55 mil c to c	20mil x 60mil с 10% сжатием
SOT 232	10 mil	см. Сжатую щель	2 x 10 mil 30 mil c to c	10 mil x 50 mil с 15% сжатием
SOT 23	15 mil	см. Сжатую щель	2 x 15 mil 200 mil c to c	15 mil x 100 mil с 15% сжатием
SO 14	см. Двойную точку	40mil x 300mil	4 x 40 mil 70 mil c to c	40mil x 300mil с 15% сжатием
SO 28	см. Двойную точку	50mil x 600mil	6 x 50 mil 120 mil c to c	50mil x 600mil с 15% сжатием
SOD80	50 mil	40mil x 75mil	2 x 40 mil 35 mil c to c	40mil x 75mil с 15% сжатием
Танталовый конденсатор A Melf	30 mil	30mil x 50mil	2 x 25 mil 50 mil c to c	30 mil x 50 mil с 15% сжатием
B	30 mil	30mil x 150mil	2 x 25 mil 50 mil c to c	30 mil x 150 mil с 15% сжатием
C	50 mil	50mil x 115mil	2 x 40 mil 50 mil c to c	50 mil x 115 mil с 15% сжатием
D	60 mil	60mil x 130mil	2 x 50 mil 50 mil c to c	60mil x 130mil с 15% сжатием

*Приведены для толщины 200мкм.l, вырезанного лазером трафарета, с электрополировкой.

• Общие советы по использованию

  • Контактная печать :

    
       Для проектов, использующих компоненты с малым шагом выводов, необходим процесс печати, в котором трафарет находится в контакте с печатной платой, таким образом, эффект «прокладки» трафарета позволяет минимизировать растекание паяльной пасты под него.

       Этот способ печати имеет следующие ключевые преимущества :
     - Практически единообразная печать для всей серии плат с меньшим растеканием паяльной пасты между контактными площадками.
     - Меньше необходимости на очистку нижней части трафарета от остатков паяльной пасты.

       Паста остается как в случае выполнения некачественной печати, так и при плохой очистке трафарета, что может привести к попаданию частиц на защитное покрытие печатной платы. Некоторые защитные покрытия позволяют этим частичкам при оплавлении собираться в мелкие шарики припоя под компонентами. Это не страшно, если платы очищаются после оплавления., но при использовании паст, не требующих отмывки, потерянные шарики припоя могут стать настоящей проблемой. Это подчеркивает важность точности приемов печати и более совершенный технический уровень трафаретов вырезаемых лазером.

       Если используется возможность соприкосновения трафарета и печатной платы, как описано выше, то важным становится форма апертуры, прилегающей к контактной площадке. Например, при использовании трафаретов, вытравленных химическим способом, контактная сторона апертуры трафарета слегка закруглена, тем самым увеличивается вероятность попадания пасты на защитное покрытие платы, что приводит к необходимости чаще очищать нижнюю сторону трафарета или же может привести к образованию перемычек между выводами, при попадании между ними шариков припоя. Другая проблема при использовании эффекта «прокладки» может возникнуть, если толщина маски печатной платы настолько велика, что контактная площадка компонента лежит ниже ее уровня. екоторые сухие маски могут быть толщиной до 0,0508мм, тогда как жидкая маска добавляет всего 0,0254мм толщины поверх самой печатной платы.

  • Давление лопатки принтера :

    
       Используйте возможность выбора толщины металла трафарета для контроля над количеством пасты, попадающей на контактные площадки. Когда трафарет уже наложен на печатную плату, важно установить давление лопатки принтера на него на минимальное значение. При нанесении пасты, ведите лопатку строго параллельно плоскости трафарета. При наличии на плате компонентов с малым шагом или использовании апертур с шириной 50mil, используйте лопатку из наиболее твердого материала. Это позволит полностью заполнить маленькие отверстия под мелкие компоненты паяльной пастой, а также более открытые 50mil отверстия, без эффекта «вымывания» нанесенной пасты с таких контактных площадок. Некоторые производители, при производстве используют металлические лопатки, что позволяет избавиться от многих проблем печати.

  • Скорость движения лопатки принтера :

    
       Следующим важным фактором является скорость движения лопатки принтера над трафаретом. Слишком малая приведет к тому, что паста соберется в «башенку» над контактной площадкой. Это создает впечатление, что достаточное количество пасты было нанесено на контактную площадку, но, в действительности, паста оторвется от нее при поднятии трафарет над платой, вследствии природы притяжения между частицами пасты. Слишком большая скорость приведет в результате к неполному заполнению апертур трафарета. Оптимальной, является минимальная скорость, но, без образования «башенок» пасты.

  • Паяльная паста :

    
       Большинство паяльных паст, пригодных для печати мелких апертур, должны иметь высокую вязкость, в диапазоне 1 – 1,5 Мcps. Это позволяет удержать уже нанесенную паяльную пасту от растекания по контактной площадке перед процессом оплавления. асты, соответствующие названным параметрам слегка теряют вязкость при выполнении процесса печати, но потом восстанавливают ее после нанесения на контактную площадку.

       Тем не менее, большинство паст, не требующих отмывки, начинаются по вязкости со значений 75Kcps. Вязкость уменьшается при проходе лопатки, но сразу после печати, она восстанавливается. Физические процесс, проходящий в пасте отражается эффектом гистерезиса.

       С точки зрения процесса печати, подобная характеристика паяльной пасты удовлетворяет возможностям трафаретов, вырезанных лазером. Это позволяет быстро начинать процесс производства, получаю одинаково хорошее наложение паяльной пасты, даже через некоторые промежутки времени между циклами печати.

       Тенденция развития технологий к применению печати, не требующей отмывки , а также трафаретной печати для компонентов с малым шагом, является серьезной проблемой для инженеров. Используя способы, описанные выше, Вы сможете целенаправленно решать поставленные задачи, там самым, достигая требуемого качества изделий.

    Как задать вопрос ?

       Присылайте свои вопросы и пожелания по адресу info@smtservice.ru или задавайте их  на нашем форуме.
    Ждем!

    Успехов Вам!

    Выпуск подготовил Черкасов Михаил

    ООО "Таберу"

    ---

    • Изготовление печатных плат ( односторонние, двухсторонние, многослойные)
    • Поставка комплектации и расходных материалов для выполнения серийного монтажа печатных плат ( выводной или поверхностный )
    • Изготовление трафаретов для поверхностного монтажа
    • Поверхностный и выводной монтаж печатных плат на собственном производстве
    • Тестирование готовых печатных плат