В настоящее время даже простое радиоэлектронное устройство содержит в своём составе более ста монтируемых электронных элементов, количество паянных соединений может достигать тысячи (десятка тысяч) точек пайки (монтажных площадок). Более 50% дефектов, выявленных после пайки, появляются на этапе нанесения паяльной пасты. Соответственно можно взять качественную паяльную пасту, но не правильно сконструировать трафарет (или получить трафарет низкого качества изготовления) и получить очень не утешительные результаты по качеству смонтированного изделия.
Остается вопрос как правильно выбрать толщину и размеры аппертур трафарета, из каких материалов и каким методом можно изготавливать трафареты?
Основные материалы и методы изготовления трафаретов.
Для нанесения паяльной пасты используются трафареты, изготовленные из металлического листа (фольги). Материал который получил самое широкое применение - нержавеющая сталь, менее широкое применение нашли трафареты из никеля, меди, латуни или бериллиевой бронзы. Существует три основных метода изготовления трафаретов: химическое травление, лазерная резка, гальванопластика. Рассмотрим подробнее метод лазерной резки т.к. это самый распространяенный и современный способ изготовления, который позволяет получить очень точный рисунок практически под любой шаг компонента. В данном случае трафарет изготавливается из нержавеющей стали, путем выжигания лучем лазера необходимого рисунка топологии. Для улучшения качества нанесения паяльной пасты, особенно под компоненты с малым шагом, необходимо произвести обработку поверхности трафарета для удаления заусенцев (нагара) после лазерной резки и обработку стенки аппертур, это производится методом электрохимической полировки трафарета.
Общие рекомендации по выбору толщины и размеров аппертур.
Выбор толщины трафарета и конструкция аппертур зависит от различных факторов: тип электронных компонентов (корпусов), размер контактных площадок, тип (дисперсность) паяльной пасты и другие факторы. Самым простым способом выбора толщины является правило «трех» шариков, в зависимости от дисперсности пасты минимальная высота трафарета должна быть близка трем максимальным диаметрам частиц припоя входящего в паяльную пасту. А минимальная ширина аппертуры выбирается по правилу «пяти» шариков, т.е. в размер аппертуры должно проходить минимум пять частиц припоя входящего в состав паяльной пасты.
Таким образом, для большинства применений рекомендуется использовать
трафареты толщиной 0,1 - 0,2 мм. Трафареты толщиной меньше 100 мкм применять не рекомендуется, т.к. они легко деформируются и быстро выходят из работы. Основное правило конструирования отверстий (аппертур) трафарета - размер аппертуры должен быть уменьшен по сравнению с размером контактных площадок на печатной плате (рекомендуемая величина составляет 75-90% от площади). Уменьшение размеров снижает вероятность неточного
совмещения и нанесения пасты на контактные площадки без образования шариков и перемычек припоя в процессе пайки. Общее правило для всех интегральных микросхем: размер аппертуры трафарета должен быть на 0,1 мм меньше размера контактных площадок, но не менее «пол шага» вывода компонента. С целью предотвращения «вычерпывания» пасты при нанесении
на «большие» контактные площадки, рекомендуется поделить большие площади аппертур трафарета на несколько с меньшими размерами. Для уменьшения «прилипания» паяльной пасты к стенкам трафарета рекомендуется «скруглять» аппертуры и не использовать фигуры с острыми и прямыми углами.
Срок службы трафаретов.
В зависимости от материалов трафарета и ракеля срок жизни обычно составляет 10000-50000 «проходов» ракеля. Однако длительное использование трафаретов приводит к их деформации, уменьшению их толщины, стиранию реперных знаков - следовательно к снижению качества нанесения пасты, а соответственно к вероятному увеличению брака монтируемых изделий.
Настоятельно рекомендуем пользоваться стандартом IPC-7525B «Руководящие указания по конструированию трафаретов» при проектировании и производстве трафаретов для нанесения паяльных паст и адгезивов.
В данном стандарте также можно ознакомиться с информацией о различиях между свинецсодержащими и бессвинцовыми паяльными пастами, обсуждением технологии монтажа «в отверстия» и «смешанного» монтажа.
Надеюсь данный материал будет полезным.