Поверхностный монтаж печатных плат: Методы нанесения материалов

Наносить клей, флюсы и паяльную пасту на печатную плату можно любым из 5 следующих способов:

• При помощи стержней.
• Трафаретной печатью.
• Пульсационным насосом.
• Винтовым насосом.
• Поршневым насосом.

Применение указанных разновидностей насосов, использующих механизм дозирования, делает возможным точечное нанесение материалов на плату. Первые 2 метода (при помощи стержней и трафаретной печатью) рассчитаны на одновременное нанесение материала на несколько участков за раз. У каждого из 5 указанных способов имеются как плюсы, так и минусы.

Метод стержней

Это наиболее легкий способ, подходящий и для клея, и для флюса. Невзирая на то, что за 1 применение стержень позволяет нанести материал лишь в единственной точке, можно воспользоваться матрицей стержней, чтобы делать это одновременно в нескольких точках.

В процессе стержень опускают в емкость с клеем. Протяженность и толщина стержня непосредственно влияют на объем набираемого из емкости материала. Далее стержень опускают на плату в требуемой точке, и благодаря поверхностному натяжению небольшая капля клея остается на плате. Требуется избегать касания стержня с платой, т.к. это изменит форму капли. Применение матрицы стержней даст возможность наносить клей на уже установленную плату.

Такой же метод применяется при нанесении флюса на шарики припоя DCA/FC-корпусов. Кристалл опускают в емкость с тоненькой пленкой флюса. Из-за этого намокнут лишь шарики припоя, в результате они сыграют роль стержней для перенесения капелек флюса на плату.

Серьезной проблемой стержневого способа является применение открытых емкостей, наполненных материалом, приготовленным для нанесения. Дело в том, что клей быстро впитывает атмосферную влагу, а флюсы, наоборот, быстро теряют основной носитель (воду либо спирт) и иные составляющие в результате испарения. Всё это ведет к потере изначальных свойств материала и оказывает большое влияние на объем материала, набираемого на стержень, или объем капли, остающейся на плате. Это предъявляет повышенные требования к качеству клеёв и флюсов.

Способ трафаретной печати

Данный метод подходит как для клеёв, так и для пасты. Невысокая вязкость многих флюсов мешает их нанесению данным способом. Трафаретная печать базируется на том, что материал наносится сквозь дырочки в трафарете, именуемые апертурами. Эти дырочки размещаются над теми участками платы, на которые необходимо нанести материал. Само нанесение выполняется ракелем, который при прохождении над трафаретом выдавливает определенный объем материала в апертуры.

Трафареты бывают 2-х типов: с частично закрытыми (сетчатыми) и открытыми апертурами. Эти трафареты предназначены для использования в разных областях. Сетчатые конструкции имеют 2 слоя: эмульсии и пленки, сохраняющей эмульсию. Отверстия, сквозь которые наносится материал, формируются посредством фотохимической фрезеровки. При этом материал попросту протекает через сетку, прикрывающую апертуры.

Конструкция с открытыми апертурами выглядит как металлический лист (молибденовый, никелевый, латунный либо стальной) с дырочками. Для получения апертур применяются нижеследующие методы или их сочетание:

• фотохимическая фрезеровка;
• резка лазером;
• гальванопластика.

Конкретная методика подбирается исходя из необходимого диаметра и плотности размещения апертур. Сетчатые трафареты в основном заменили конструкции с открытыми апертурами, т.к. они проще устроены и подходят для плат с большим количеством мелких элементов.

Кроме того, при изготовлении платы печатной нанесение пасты может выполняться с помощью ступенчатых трафаретов. Подобные конструкции бывают 2-х видов разной толщины. Их применяют, если необходимо фиксировать на плате множество компонентов всевозможных конфигураций с разным шагом.

Применение насосов

В пульсационном нагнетательном насосе дозированное нанесение материала (клея либо пасты) происходит благодаря прикладыванию импульса давления к емкости с материалом в течение некоторого времени. Из сопла устройства нужного диаметра выдавливается строго отмерянный объем материала и остается на плате. Зачастую материал продается в заранее расфасованном виде – в шприцах, предназначенных для вставки в монтажный автомат.

Как и при использовании других методик нанесения, характеристики клея и пасты имеют огромное значение, т.к. они влияют на стабильность объемов капель на разных участках. Необходимо точно соблюдать условия хранения и срок годности материалов, поскольку они быстро разлагаются. Оптимальная вязкость материалов находится в диапазоне 100-400 кспз.

Автоматы с поршневыми насосами позволяют наносить материал в качестве капель разного объема. Для этого на одну головку монтируются сопла либо шприцы разного диаметра, при этом к ним прилагается равное давление. Есть и другой метод, состоящий в заблаговременном программировании длительности и мощности давления в насосе, что позволяет наносить капли разного объема, не меняя диаметр сопла либо шприца. Данная методика требует больше временных затрат при изготовлении и разработке печатных плат, нежели трафаретная печать, зато с ее помощью можно строго контролировать численность и месторасположение капель клея либо пасты.

В винтовом насосе применяется архимедов винт, выдавливающий заданный объем материала сквозь сопло. Темп и длительность поворота винта, а кроме того, диаметр сопла, влияют на объем материала, остающегося на плате. В винтовом насосе, как и в поршневом, можно использовать разные головки и программирование для изменения скорости вращающегося винта либо длительности его поворота, тем самым меняя размер капель материала без изменения диаметра сопла.

Вывод

Главной задачей каждого из рассмотренных методов является нанесение капель материала точно установленного и неизменного размера на всю поверхность печатной платы. Очень небольшая капля клея при изготовлении печатных плат не позволит зафиксировать деталь на плате, а чересчур большое количество клея растечется и приведет к нарушению качества пайки.

Категория: Производство печатных плат