При использовании трафаретной технологии печати паяльной пасты или клея на печатную плату бывают моменты, когда трафарет одной толщины не позволяет нанести нужное количество состава под все компоненты. Тогда актуальным будет использование пластин переменной толщины на разных участках печати. Особенности, возможности и ограничения применения таких многоуровневых трафаретов подробно будут рассмотрены в данной статье.

Многоуровневые трафареты: принцип работы и типы

Многоуровневый трафарет представляет собой металлическую пластину с апертурами (отверстиями), имеющую переменную толщину на различных участках в зависимости от типов используемых электронных компонентов и их размещения на печатной плате. В настоящее время в электронной промышленности применяются многоуровневые трафареты следующих типов:

• step-up – пластины с увеличенной на некоторых участках толщиной для нанесения большего объема паяльной пасты;
• step-down – трафареты с уменьшенной толщиной некоторых зон для нанесения меньшего объема паяльного состава;
• трафареты с углублениями на стороне, которой она прижимается к ПП во время печати, для компенсации рельефа печатной платы и более плотного с ней контакта.

Первоначально многоуровневые трафареты с уменьшенной толщиной применялись при установке QFP-компонентов с шагом выводов до 0,64 мм. Постепенно, когда технологии производства электронной продукции усложнились, такие пластины стали применяться более широко, а требования к ним увеличились. Сегодня с их помощью проводятся следующие производственные операции:

1. Смешанная печать паяльной пасты для следующих сочетаний:

• выводные + SMD-компоненты;
• припой + клей или припой + флюс;
• компоненты небольшого размера или с мелким шагом + обычных компоненты.

1. Увеличение количества (высоты) паяльного состава на контактных прокладках для BGA и иных компонентов большого размера.
2. Печать на нестандартных ПП с приподнятыми участками на поверхности.
3. Смешанная двухэтапная печать для небольших и крупных компонентов на одной ПП.

Многоуровневые трафареты для керамических BGA-компонентов

Монтаж керамических компонентов усложняет печать паяльной пасты на ПП для поверхностного монтажа из-за необходимости увеличить температуру оплавления припоя. Это вызвано тем, что керамический корпус хорошо поглощает тепло, поэтому стандартный нагрев не дает шарикам выводов расплавиться. Соответственно, любая, даже самая небольшая неровность печатной платы или трафарета может привести к непропайке шариковых выводов.

В то же время компоненты с интервалом между выводами до 0,5 мм, чипы с типоразмером 0402 и иные небольшие компоненты не совместимы с трафаретами толщиной 0,2 мм. Отверстия в таких пластинах слишком малы, и при данной толщине не обеспечивают нормальный выход паяльного состава на поверхность ПП.

Для смешанной печати при комбинации крупных BGA и небольших компонентов применяются трафареты переменной толщины. На участках под BGA-микросхемы их толщина увеличена до 0,2 мм, в то время как для зон под компоненты малого размера она составляет 0,127 мм.

Многоуровневые трафареты для выводных и SMD-компонентов

При изготовлении электронной продукции на одной плате бывает нужно разместить как выводные, так и поверхностно-монтируемые компоненты. Сложность в том, что для их пайки нужно различное количество паяльной пасты. Данная операция может быть осуществлена следующими способами:

• С помощью трафаретов с апертурами, размер которых немного превышает размер контактной площадки. При этом на КП при расплавлении припоя останется большее его количество из-за поверхностного натяжения.
• Применением трафаретов с большей толщиной и немного увеличенными апертурами в зоне размещения выводных компонентов.
• Двухэтапной печатью, при которой для паяльный состав наносится в зоны с выводными компонентами через более толстые трафареты, а на участки с поверхностно-монтируемыми – сквозь пластины меньшей толщины.

Очевидно, что наиболее рациональным способом решения проблемы монтажа выводных и поверхностных компонентов на одной ПП будет применение именно многоуровневого трафарета. Первый метод не всегда работает при использовании бессвинцовых припоев, обладающих меньшим поверхностным натяжением, необходимым для «стагивания» расплава к контактной площадке. Третий способ более трудоемок и подразумевает изготовления двойного комплекта трафаретов.

Многоуровневые трафареты с рельефными карманами

Одна из сложностей трафаретной печати заключается в обеспечении плотного контакта нижней стороны трафарета и поверхности ПП. Если между ними остается просвет, возможно выдавливание паяльной пасты за пределы апертур, что при дальнейшей пайке грозит образованием перемычек между близко расположенными выводами и компонентами. Образованию такого просвета способствуют любые неровности на поверхности печатной платы.

• Приподнятые переходные отверстия;
• Наклеенные этикетки со штрихкодом;
• Наращенные токопроводящие дорожки, используемые в качестве альтернативного варианта вместо проводов при корректировке электрической схемы уже готовой печатной платы.

В этих случаях помогают многоуровневые трафареты с углублениями, расположенными в тех зонах, где на плате есть неровности. В зависимости от типа таких неровностей, карманы могут иметь вид точечных углублений (для переходных отверстий), полостей, соответствующих форме и размеру этикеток, а также полостных канавок.

Многоуровневые трафареты для смешанной печати

Трафареты с переменной толщиной широко используются при двухэтапной смешанной печати в следующих ситуациях.

При монтаже выводных и SMT-компонентов. Например, когда они не сгруппированы по типу в отдельных участках ПП, а более-менее равномерно распределены по ее поверхности. В этом случае сначала паяльная паста наносится на участки с мелкошаговыми или малоразмерными компонентами, для которых важна высокая точность, с помощью стандартного трафарета толщиной 0,127-0,150 мм. На втором этапе паяльный состав продавливается на зоны с выводными или крупноразмерными компонентами через трафаретную пластину увеличенной до 0,4 мм толщины, на контактной поверхности которого есть углубления, закрывающие точки с ранее нанесенным припоем.

При монтаже Flip-Chip и SMT-компонентов. Флип-чипы – это микросхемы, чей корпус (кристалл) устанавливается на выводы, которые выполнены на его контактных площадках, распределенных по всей нижней стороне. Проблема в том, что пасты или флюса для их пайки нужно меньше, чем для стандартных SMD, и трафареты используются более тонкие (0,03-0,05 мм). Чтобы нанести состав на плату, на которой есть и флип-чипы, и обычные SMT-компоненты, на первой стадии он продавливается через трафарет толщиной 0,03-0,05 мм, а затем – через более толстые (0,127 мм) пластины, чья контактная поверхность имеет полости, закрывающие точки расположения флип-чипов.

При нанесении клея под компоненты различной высоты. Электронные компоненты различаются высотой расположения над поверхностью платы. Соответственно, для их закрепления на ПП нужно различное количество клея. Сделать это можно с помощью толстых (0,4 мм) трафаретов с апертурами различного размера и клеевыми полостями-резервуарам. Такие полости сокращают путь клея сквозь трафарет и обеспечивают его перенос на поверхность платы при сравнительно низком нажиме ракеля.

Также трафареты с выемками используются для печати клея после паяльной пасты. В этом случае углубления закрывают контактные площадки с нанесенным на них припоем. Это позволяет одновременно припаивать и приклеивать компоненты в одном цикле, упрощая производство.

Для печати на эластично-жестких платах. Примером таких ПП являются твердые платы, соединенные между собой гибким коннектором, который приподнят над их поверхностью и мешает плотному контакту обычного трафарета. Для печати в этом случае можно применить трафарет с рельефным карманом, в который «прячется» коннектор во время печати.

Компания «Ассемрус» предлагает большой ассортимент оборудования, комплектующих и расходных материалов для трафаретной печати. Наши специалисты помогут подобрать нужную продукцию, а также проконсультируют вас по ее эксплуатации и обслуживанию.