Технология нанесения паяльной пасты на печатную плату

Нанесение паяльной пасты на печатные платы является одним из самых важных этапов в технологии поверхностного монтажа.
Многие проблемы с печатью, размещением компонентов и оплавлением паяльной пасты связаны с неправильными методами обработки и нанесения паяльной пасты. Большинство брака в конечных изделиях связано с неправильным нанесением паяльной пасты. Хорошее качество печати, в конечном счете, означает доставку нужного количества паяльной пасты на контактную площадку печатной платы, слой пасты должен быть ровным с равномерной толщиной по всей поверхности контактной площадки. Проблемы нанесения возникают из-за свойств паяльной пасты: паста представляет собой порошкообразный припой (шарики) с добавлением флюса, различных активаторов и присадок, паста имеет желеобразную консистенцию и поэтому она постоянно растекается и прилипает к любой поверхности, что сильно усложняет процесс нанесения паяльной пасты на поверхность контактных площадок, т.к. эти площадки с развитием технологий становятся все меньше и меньше.
Рассмотрим несколько основных методов нанесения паяльной пасты.

Трафаретная печать – самый распространенный метод нанесения паяльной пасты. Данный метод применяется при производстве любых партий конечных изделий. Благодаря простоте и надежности трафаретная печать широко распространена в производстве электроники.
Метод трафаретной печати паяльной пасты на печатные платы основан на том, что паяльная паста наноситься через отверстия в трафарете, которые называются апертурами. Апертуры трафарета расположены над контактными площадками, на которые требуется нанести паяльную пасту. Нанесение пасты осуществляется ракелем, который во время прохода над трафаретом продавливает нужное количество паяльной пасты в апертуры трафарета. Количество нанесённой пасты зависит от размера апертуры и толщины трафарета. Нанесение пасты через трафарет позволяет получить повторяемые отпечатки паяльной пасты, что важно при массовом производстве. Реология пасты довольно сложная, вязкость пасты выше при меньшем коэффициенте сдвига и ниже при большем сдвиге. Паста должна беспрепятственно проникать сквозь апертуры трафарета и перемещаться по поверхности трафарета и на печатной плате должна сохранять форму. На качество нанесения паяльной пасты при трафаретном методе влияют многие факторы: качество трафарета, вид ракельных ножей, угол движения ракельных ножей, скорость движения ракеля, сила прижима ракеля к трафарету, скорость и вид отрыва трафарета от печатной платы, температура рабочей зоны. Позже мы подробнее рассмотрим все факторы, влияющие на качество нанесения паяльной пасты.

Каплеструйная печать (jet - printing) – это бесконтактное струйное дозирование паяльной пасты на контактные площадки печатной платы. Каплеструйная печать позволяет полностью контролировать процесс нанесения паяльной пасты, в том числе, как наносить паяльную пасту поверх уже нанесенного слоя. Изначально паста наносится согласно настройкам программного обеспечения, используемым по умолчанию на основании введенных CAD-данных ( эти данные берутся при разработке печатной платы). Тем не менее, у пользователя есть возможность изменять объем наносимой паяльной пасты, область нанесения, высоту и количество слоев пасты для каждой отдельной контактной площадки. Объем доз, размер и форма наносимого слоя легко настраиваются и оптимизируются для каждого отдельного компонента и контактной площадки на плате.
Система каплеструйной печати исключает необходимость перемещения по оси Z.
Бесконтактная голова принтера очень точно наносит материалы на каждую контактную площадку печатной платы, снижая вероятность ремонта плат и повышая выход годной продукции. Возможность нанесения клея и паяльной пасты одним принтером за один рабочий цикл экономит рабочее пространство.
Технология каплеструйной печати позволяет работать с максимально сложными платами и компонентами наиболее сложной конструкции и оптимизировать работу существующей производственной линии.

Метод дозирования заключается в нанесение пасты на контактную площадку печатной платы через дозатор в ручном или автоматическом режиме. Для работы с дозаторами используется паяльная паста с меньшей вязкостью, чем при трафаретной печати.
Рассмотрим несколько видов дозаторов:

Формирование дозы пасты и поток пасты в пневматических дозаторах контролируется за счет нагнетания сжатого воздуха в шприц и снятия давления. Величина и время приложенного давления, а также внутренний диаметр иглы определяют диаметр дозы пасты. Основным достоинством данного метода является простота реализации: в шприце находится паяльная паста, к которой прикладывается контролируемый импульс давления, и необходимый объём паяльной пасты через наконечник шприца выдавливается на печатную плату. Одним из основных недостатков пневматического дозатора является изменение результатов дозирования с изменением уровня материала в шприце. Метод обладает небольшой производительностью.

Поршневые дозаторы работают следующим образом: при подъеме поршня вверх паяльная паста под действием давления, приложенного к картриджу, затекает в рабочую камеру. Затем поршень под действием давления перемещается в рабочую камеру и выдавливает паяльную пасту через дозирующую иглу на печатную плату. Объем дозы зависит от объема камеры, вида поршня, величины хода поршня. Преимущество поршневого дозатора – малая зависимость производительности от размера точки, наносимой на печатную плату. Сочетание этого качества поршневых дозаторов с независимостью дозируемого объема от вязкости материала позволяет наносить материал с большой производительностью, точностью и повторяемостью по сравнению с обычными пневматическими дозаторами. В отличие от пневматических дозаторов, картридж в которых одноразовый, поршневые дозаторы необходимо периодически обслуживать и чистить. Скорость нанесения пасты выше, чем у пневматических дозаторов. Недостатком является зависимость объема дозы от вязкости паяльной пасты.

Основным элементом, влияющим на качество формирования дозы, является шнек или архимедов винт. Материал подается из шприца в канал со шнеком с помощью сжатого воздуха. Далее с помощью нормированного вращения шнека материал продавливается через иглу на печатную плату. Скорость и продолжительность поворота винта, а также размер отверстия определяют количество паяльной пасты, нанесенной на печатную плату. Преимущество данного метода – нанесение маленьких доз и высокая точность их нанесения. Недостатком является невысокая скорость нанесения паяльных паст.

Принцип работы дозатора заключается в следующем: при помощи пьезоэлектрический нагнетательного насоса-дозатора (пьезоактуатора) приводится в движение механизм подачи материала. Пьезоэлектрический нагнетательный насос-дозатор относится к системам дозирования паяльных паст для нанесения на печатную плату и позволяет наносить пасту с помощью приложения к емкости с паяльной пастой импульса давления в течение определенного времени. К недостаткам данного нанесения можно отнести сложность конструкции. Преимуществом является высокая скорость дозирования и высокая точность нанесения.