Как да регулирам разстоянието за откъсване за различни шаблони?

Ако стартирате операция за отпечатване на спояваща паста, вече знаете, че дори малки корекции на вашия процес могат да доведат до или да нарушат производителността - особено що се отнася до разстоянието на откъсване. За тези, които все още не са в плевелите, разстоянието на откъсване е празнината между шаблона и печатната платка (PCB) в момента, в който чистачката за спояваща паста завърши своето преминаване. Твърде стегнат и шаблонът се влачи по дъската, размазвайки пастата върху подложките, причинявайки къси връзки или дори повдигайки компоненти с фина стъпка. Твърде разхлабена и пастата не се прехвърля правилно, което води до сухи фуги или отворени вериги, които губят време и материал. През моите 12 години като техническо ръководство в доставчик на принтерна паста за запояване съм виждал екипи да бракуват цели производствени тиражи, защото са използвали универсална настройка за изключване. Добрата новина е: коригирането на това разстояние за различни шаблони не е толкова сложно, колкото звучи – след като разберете как дизайнът на шаблона, материалът и вашият специфичен принтер променят уравнението.

Първо, нека изясним с какво работим. Споменавам това, защото непрекъснато разговарям с нови клиенти, които смесват типовете шаблони и това объркване е причината номер 1, поради която се откъсват погрешно. Шаблоните се предлагат в три основни форми за SMT: електроформован никел (висока прецизност, тънки стени, обичайни за ИС с фина стъпка), лазерно изрязана неръждаема стомана (издръжлива, гъвкава, работи за повечето стандартни платки) и гравирани шаблони (по-евтини, но по-малко прецизни, предимно за прототипи с малък обем). Всяко от тях има различни дебелини, геометрии на отваряне и твърдост - всички те пряко влияят върху това колко разстояние за изключване ви е необходимо. Добавете променливи функции на шаблона като стъпки, скосявания или дизайни на релси и изведнъж настройката ви за откъсване е всичко друго, но не и универсална.

Нека започнем с най-често срещания сценарий: стандартни лазерно изрязани шаблони от неръждаема стомана, работният кон за повечето SMT тиражи със среден обем. Тези шаблони обикновено са с дебелина от 0,1 mm до 0,2 mm, с правоъгълни или квадратни отвори за резистори, кондензатори и други стандартни безпроводни компоненти. За тях най-добрата точка за откъсване обикновено е 0,2 mm до 0,3 mm, но това е само базова линия. защо Тъй като лазерно изрязаните шаблони са твърди, така че не се огъват много сами. Когато чистачката се издърпа напречно, шаблонът се нуждае от достатъчно разстояние, за да позволи на пастата за запояване да се пренесе чисто, без да се влачи. Спомням си един клиент преди няколко години, който отпечатваше 10 000 платки на седмица с 0,15 mm лазерни шаблони и остана с 0,2 mm откъсване в продължение на месеци, докато не преминаха към интегрални схеми с фина стъпка. След като добавиха QFI със стъпка 0,4 mm към своята линия, настройката им от 0,2 mm накара шаблона да се влачи върху малките IC подложки, оставяйки 15% от ставите отворени. Коригирахме тяхното откъсване до 0,25 mm и този процент на отворени фуги спадна до под 1%. Ключът тук е: стандартните шаблони имат постоянна твърдост, така че малки корекции (стъпки от 0,05 mm) са всичко, от което се нуждаете за повечето приложения.

Следва: електроформовани никелови шаблони, златният стандарт за високопрецизни приложения като IC опаковки или компоненти с фина стъпка. Тези шаблони са много по-тънки - обикновено от 0,05 mm до 0,1 mm - с ултрапрецизни отвори, гравирани в страничните стени, които съответстват точно на дизайна на IC подложката. Ето уловката: електроформованите шаблони са далеч по-малко твърди от лазерно изрязаната стомана, така че твърде голямото разстояние на откъсване причинява „огъване на шаблона“. Това означава, че когато повдигнете шаблона от дъската, той се огъва в краищата, издърпвайки пастата за запояване от малките отвори на подложката, вместо да я остави непокътната. За електроформовани шаблони разстоянието на откъсване трябва да е по-малко - обикновено 0,1 mm до 0,2 mm. Винаги препоръчвам първо да тествате това на фиктивна платка, ако преминавате към електроформована. През последното тримесечие клиент, който произвежда автомобилни радарни модули (които използват интегрални схеми със стъпка 0,2 mm), ми изпрати бележка, в която се казваше, че техните съединения са непоследователни. Бяха задали откъсването си на 0,3 mm, защото това работеше за техните лазерни шаблони, а тънкият електроформован шаблон се огъваше толкова много, че 20% от IC подложките изобщо нямаха паста. Преведехме ги през бърз тест: задайте откъсването на 0,1 мм, отпечатайте 10 тестови платки, проверете прехвърлянето на пастата, след което го избутайте нагоре с 0,02 мм, ако е необходимо. Те постигнаха перфектни резултати при 0,15 mm и добивът им премина от 75% на 99% за един следобед. Това е разликата между разбирането на материала на шаблона и отгатването.

След това има специални шаблони – стъпаловидни шаблони, скосени шаблони и такива с персонализирани функции за компоненти с висока мощност. Стъпковите шаблони, например, имат области, които са по-дебели или по-тънки, за да поставят повече паста върху големите мощностни подложки и по-малко върху малките сигнални подложки. Те са много често срещани сега, тъй като продукти като смартфони и електромобили натъпкват повече мощност в по-малки пространства. За шаблоните за стъпала, разстоянието на откъсване зависи от височината на стъпалото. Ако имате 0,1 mm основен шаблон с 0,1 mm стъпка върху захранващи подложки, ще ви е необходим по-голям откъс (0,3 mm до 0,4 mm), тъй като зоната на стъпката е по-високо от дъската. Ако вашето изрязване е твърде малко, долният основен шаблон ще се плъзне през дъската, докато стъпалото остава отгоре, размазвайки пастата върху сигналните подложки. Преди година имах клиент, работещ върху системи за управление на батериите на EV, който използваше стъпкови шаблони за своите BMS PCB. Първоначално са задали отцепването си на 0,2 мм и техните връзки на захранващата подложка са били накъсо, защото долната основа на шаблона е докосвала дъската по време на повдигане. След като коригирахме откъсването на 0,35 mm, съпротивлението изчезна и скоростта на късо падане почти до нула. Скосените шаблони са друг звяр - техните заострени отвори изискват малко по-малко отчупване (0,15 mm до 0,25 mm), тъй като скосяването помага на пастата да се освободи, така че твърде много празнина означава, че пастата се отдръпва, преди да е напълно отложена.

Сега това не е само специфично за шаблона – вашият принтер също има значение. Виждам, че много хора пренебрегват това, предполагайки, че всички принтери могат да се справят с едни и същи настройки за изключване, но това не е вярно. Ако използвате aРъчен екранен принтерза прототипи с малък обем, вашият обхват на изключване е ограничен от това колко можете да регулирате механичните винтове, обикновено 0,1 mm до 0,5 mm. За производство на голям обем, автоматизиранSMT машина за производство на електронни компонентиима моторизирани настройки за изключване, които могат да набират настройки с точност до 0,01 mm, което е критично за работа с фина стъпка. Дори сред автоматизираните принтери високопрецизните модели катоМногослойна машина за печатни платки Високопрецизна SMT машинаимат линейни двигатели, които контролират паралелизма на откъсване по целия шаблон - така че едната страна на шаблона да не се повдига по-бързо от другата, което причинява неравномерно пренасяне на пастата. За сложни задачи катоПромишлена интелигентна производствена линия за производство на ICлинии, където шаблоните се променят ежедневно въз основа на партиди компоненти, програмируемите настройки за изключване, които се настройват автоматично за тип шаблон, променят играта.

Нека станем практични – как да тествате и коригирате това, вместо просто да излизате от числа? Моят екип и аз преподаваме бърз тест в 5 стъпки за всеки нов шаблон или работа и го използвахме, за да намалим времето за настройка с 30% за нашите клиенти. Първо, подгответе тестова платка с набор от компоненти: IC с фина стъпка, стандартен резистор и голяма захранваща подложка. Второ, задайте първоначалното си откъсване на базовата линия за вашия шаблон (0,2 мм за лазер, 0,15 мм за електроформовано). Трето, прокарайте пълна чистачка, след това погледнете шаблона на дъската, преди да я вдигнете. Ако видите спояваща паста да се размазва извън отворите на шаблона, вашето отрязване е твърде стегнато. Ако виждате малки празнини или липсваща паста в отворите, когато повдигате, вашият отскок е твърде хлабав. Четвърто, регулирайте с 0,05 mm наведнъж, като отпечатвате отново тестовата платка всеки път, докато получите чист, пълен пренос на пастата във всички типове подложки. Пето, направете последваща проверка: пребройте броя на отворените фуги и шорти на 50 последователни дъски. Ако е под вашата цел (препоръчваме под 0,5% за повечето работни места), вие сте добре. Ако не, ощипвайте на стъпки от 0,02 mm, защото малките промени правят големи разлики за фина работа.

Трябва да спомена и често срещаните грешки, които правят дори опитни отбори. Един голям не отчита износването на шаблона. Шаблоните се надраскват, вдлъбват или отворите се износват след 10 000+ разпечатки. Леко износен шаблон ще пренесе пастата по различен начин от чисто нов, така че може да се наложи да увеличите откъсването с 0,05 мм, когато шаблонът старее. Друга грешка е игнорирането на изкривяването на PCB. ПХБ с висока плътност, особено за електромобили или аерокосмическа техника, могат леко да се изкривят при нагряване по време на преформатиране, така че ако вашата печатна платка е изкривена, ще ви е необходима по-голяма част за изрязване, за да избегнете влаченето на шаблона по повдигнатите ръбове. Клиент от авиокосмическия сектор ми каза миналата година, че техните изкривени печатни платки причиняват 2% отворени фуги, докато не добавихме 0,1 mm към тяхната настройка за откъсване – проблемът беше решен за минути. Също така, не забравяйте да проверите паралелизма на изключване, а не само общото разстояние. Ако шаблонът се наклони при повдигане, едната страна ще има твърде голяма празнина, а другата твърде малко, което ще доведе до неравномерни отпечатъци. Повечето съвременни принтери имат сензор за ниво, за да регулират това автоматично, но ръчните принтери трябва да затягате винтовете на ръка равномерно всеки път.

Защо това има значение в дългосрочен план? Правилното регулиране на откъсването не само коригира краткосрочни проблеми с добива – то намалява материалните отпадъци, съкращава времето за преработка и удължава живота на вашите шаблони. Ако използвате разхлабена настройка, която влачи шаблона, вие драскате страничните стени на шаблона всеки път, когато печатате, което ще изисква подмяната му по-рано. Имахме клиент, който работеше с 50 000 дъски месечно върху лазерни шаблони и ги сменяше на всеки 6 месеца поради повреда от влачене. След коригиране на тяхното откъсване до правилните 0,25 мм, техните шаблони издържаха 18 месеца, спестявайки им над $12 000 годишно от разходи за шаблони. Това е вид ROI, който прави корекциите на процесите си заслужаващи времето.

В края на краищата няма универсално разстояние за откъсване – всеки шаблон, всеки принтер и всяка работа има свое собствено приятно място. Ключът е да преминете отвъд предположенията и да свържете настройките си с материала на шаблона, дизайна и вашето специфично оборудване. Ако все още използвате същата настройка за изключване, която сте използвали преди 5 години, дори ако вашите шаблони или компоненти са се променили, вие оставяте печалбата и парите на масата.

Ако сте готови да усъвършенствате своя процес или ако имате въпроси относно настройките за откъсване за конкретен тип шаблон или производствена линия, нашият екип е тук, за да ви помогне. Ние работим с клиенти, вариращи от малки магазини за прототипи до големи автомобилни производствени мощности, като им помагаме да набират всяка част от процеса на печат на спойка за максимален добив и ефективност. Свържете се с нашия екип, за да обсъдите вашите нужди от шаблони, да тествате текущите си настройки или да научите как нашето оборудване може да поддържа вашите операции.

Референции

1. „Указания за дизайн на шаблони за печат на паста за запояване“, IPC Association Connecting Electronics Industries, 2022 г.
2. „Параметри на процеса на печатане на паста за запояване: Разстояние на откъсване и налягане на чистачката“, Journal of Surface Mount Technology, том. 34, № 2, 2021 г.
3. „Високопрецизен шаблонен печат за интегрални схеми с фина стъпка“, Международен журнал за производствени изследвания, том. 16, № 4, 2020 г.