Влияние формы и соотношения площадей на производительность печати паяльной пастой

Время чтения (слов)

Продолжающаяся тенденция миниатюризации в производстве SMT порождает новые проблемы и создает высокоинтегрированные системы. В пассивных компонентах миниатюризация приводит к использованию размера EIA 01005 или меньше. Типичными компонентами 01005 являются чип-резисторы и чип-конденсаторы размером 0,4 x 0,2 мм. Несмотря на многочисленные публикации в этой области, уже посвященные печати таких устройств, определенный полностью оптимизированный процесс остается нерешенным и вдохновляет на дальнейшие новые исследовательские идеи по этой теме.

В данной статье основное внимание уделяется процессу трафаретной печати, поскольку предполагается, что на этом этапе процесса происходит наибольшее количество отказов. Кроме того, статья расширяет предварительную работу фундаментальными соображениями. Таким образом, частью исследования будут различные значения соотношения площадей, которые намеренно установлены на очень низкие пределы.

Будет обсуждено влияние формы и ориентации апертуры на качество печати припоем. В его основе лежат разные формы прямоугольников. Начиная с квадрата, размеры постепенно изменяются, так что квадрат далее преобразуется в прямоугольник. Кроме того, каждый прямоугольник дополнительно поворачивается на 90°, чтобы можно было оценить влияние направления отверстий в сторону ракеля.

Рисунок 1:Схема нанесения печатной платы и паяльной пасты.

В дополнение к ранее описанным характеристикам апертуры трафарета, в этом исследовании также изучаются различные толщины трафарета, паяльные пасты и изменение скорости ракеля. Оценка всех данных будет основываться на двух критериях эффективности перевода и стандартного отклонения. Для обоих экспериментов использовались одни и те же макеты трафаретов и одна и та же паяльная паста. Статья завершается обзором и предложениями по модификации текущего расчета за счет ограничений размеров проема.

Экспериментальная установка

Экспериментальная установка включает в себя три основные переменные, а именно расположение печатной платы, паяльную пасту и используемые трафареты. Далее поясняется описание процесса эксперимента.

Компоновка печатной платы

Для экспериментов по трафаретной печати в качестве материала подложки используется черная анодированная алюминиевая пластина размерами 160 х 160 х 1,5 мм. Этот материал обладает высокой жесткостью и плоскостью и представляет собой почти идеальную поверхность для печати, что позволяет свести к минимуму его влияние на результат процесса печати. Кроме того, черный алюминиевый материал обеспечивает более высокую контрастность на SPI, что приводит к более точным измерениям. На рис. 1 показана общая схема нанесения отпечатанной паяльной пасты на печатную плату.

Паяльная паста

Тест на трафаретную печать также был направлен на сравнение четырех различных составов паяльной пасты SAC305, не требующих очистки, различающихся по типу и производителю. Использовалась паяльная паста типа 4 и типа 5. Согласно IPC J-STD-005, по меньшей мере 80% порошка сплава в пасте типа 4 имеет размер 20–38 мкм, в то время как паста типа 5 содержит такое же соотношение сплава в частицах диаметром 15–25 мкм. Из-за небольших размеров тестируемых отверстий предполагается, что разница в характеристиках печати, связанная с размером частиц (т.е. типом), вполне возможна. В это исследование также были включены два поставщика паст, названные A и B, которые поставлялись как в продуктах типа 4, так и в виде 5. Поскольку распределение частиц паяльной пасты сопоставимо, A и B в основном различаются по составу флюсовых систем, что влияет на реологию и способность к печати.

Трафареты

Всего для экспериментов было использовано три трафарета. Трафареты различаются, во-первых, толщиной, а во-вторых, размером отверстий (сравните Таблицу 1 и Таблицу 3). Общая структура идентична. Макет (рис. 1) можно разделить на строки и столбцы. Каждая строка представляет соотношение площадей, начиная со строки A с AR 0,45 и заканчивая AR 0,65 в строке E. Каждый столбец в этих таблицах представляет различные формы апертур. Столбец 1 всегда имеет форму круга, Столбец 7 — квадрата, а Столбец 13 — формы ромба. Столбец 14 содержит специальные типы структур, которые не будут обсуждаться в этой статье. Столбцы 2-6 и 8-12 имеют одинаковые размеры и отличаются только ориентацией по отношению к ракелю. Столбцы 2–6 обращены к швабре маленькой стороной (т. е. ориентация север-юг), при этом столбцы 8–12 обращены к швабре длинной стороной прямоугольника (ориентация восток-запад).