По статистике, на этапе трафаретной печати возникает значительная доля дефектов, нередко превышающая 60% от всех дефектов после пайки. Один из основных способов их устранения, наряду с использованием высокоточного автоматизированного оборудования, – очистка трафарета
с нижней стороны.
с нижней стороны.
При нанесении паяльной пасты методом трафаретной печати происходит постепенное загрязнение нижней стороны трафарета. Трафарет очищается путем протирки с нижней стороны в системах струйной и ультразвуковой очистки в автоматах трафаретной печати. Остатки пасты попадают на поверхность печатного узла, в результате чего в процессе пайки появляются различные дефекты:
* перемычки и шарики припоя;
* пропуски при нанесении (особенно для компонентов с малым шагом);
* пустоты в паяных соединениях;
* неправильная форма галтели после пайки оплавлением и другие дефекты.
Использование грязных трафаретов влияет на количество нанесенного материала, форму отпечатка, смачиваемость контактных площадок и, как следствие, на надежность и качество паяного соединения и всего печатного узла в целом. Израильская компания Sanmina-SCI провела исследования по модернизации технологического процесса очистки трафарета. Основная проблема заключалась в образовании шариков припоя с диаметром до 0,5 мм на поверхности печатного узла (рис. 1). Такого рода дефекты не соответствуют требованию стандарта IPC-А-610C, раздел 12.4.10 "Дефекты пайки компонентов поверхностного монтажа. Шарики припоя/бусинки припоя", так как диаметр шариков превышает максимально допустимое значение 0,13 мм. Кроме того, промывочная жидкость приводила к изменению реологических свойств паяльной пасты (вязкость, стойкость к растеканию). Наблюдалось "вдавливание" частиц припоя, входящих в состав паяльной пасты, в поверхность трафарета при проходе ракеля (рис. 2).
Для решения проблемы возникающих дефектов использовался комплексный подход. Прежде чем приступить к организации качественной очистки трафарета, были проведены исследования всех процессов поверхностного монтажа с целью выявления и устранения возможных причин, приводящих к образованию шариков припоя.
Исследование и оптимизация процессов поверхностного монтажа
Проведение экспериментов заключалось в следующем:
1. Осуществлялся строгий контроль над параметрами процесса трафаретной печати, таких как: скорость и давление ракеля, точность совмещения трафарета с платой, повторяемость параметров наносимой пасты, время между нанесением и пайкой оплавлением.
2. Осуществлялся строгий контроль над процессом установки компонентов, чтобы избежать выдавливания пасты за пределы контактных площадок устанавливаемым элементом.
3. Проводилось исследование пайки изделий как в воздушной, так и в азотной среде, для того чтобы определить влияние внешней среды на качество протекания процесса.
4. Проводился визуальный и рентгеновский контроль для обнаружения шариков припоя между контактными площадками и под компонентами, так как предъявлялись жесткие требования к качеству готового печатного узла. Рентгеновский контроль также использовался для измерения диаметра шариков припоя (по координатной сетке).
В результате проведенных исследований были определены оптимальные параметры процесса трафаретной печати и процесса установки компонентов, уменьшено время между нанесением паяльной пасты и пайкой оплавлением. Пайка изделий стала осуществляться в азотной среде вместо воздушной. Это предотвращало окисление припоя, контактных площадок и выводов компонентов. Но, несмотря на внесение необходимых изменений в технологические процессы поверхностного монтажа, проблема образования шариков припоя сохранилась (рис. 3).
Исследование и оптимизация процесса очистки трафарета
Следующим шагом в поисках причины образования шариков припоя после пайки стало исследование процесса очистки трафарета с нижней стороны. Необходимо было подобрать эффективную промывочную жидкость, чтобы исключить расползание и изменение формы отпечатков в процессе трафаретной печати.
Промывочная жидкость должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Не оказывать влияние на свойства паяльной пасты.
2. Не разрушать материал трафарета.
3. Иметь высокую точку вспышки, чтобы не использовать специальное пожаробезопасное оборудование.
4. Обладать высокой эффективностью для полного удаления загрязнений с трафарета и устранения образования шариков припоя.
5. Обладать длительным сроком использования готового раствора до момента его полной замены.
Первоначально для очистки трафарета с нижней стороны использовался изопропиловый спирт. Но он оказался плохо совместим с паяльной пастой. Спирт проникал через апертуры трафарета и взаимодействовал с остатками пасты (рис. 4).
При использовании изопропилового спирта происходило лишь частичное растворение остатков паяльной пасты, и при повторном нанесении форма отпечатков менялась: наблюдались неравномерность нанесения пасты, растекание пасты за пределы контактной площадки, пропуски и другие дефекты. В результате после пайки на плате находилось большое количество шариков припоя (рис. 5а). Не помогло увеличение количества циклов очистки – образование шариков припоя даже увеличилось.
Изопропиловый спирт, являющийся причиной образования большого количества дефектов, не одобрен ни одним из производителей оборудования для трафаретной печати. Команда инженеров приняла решение о замене изопропилового спирта на более эффективную промывочную жидкость, которая разрабатывалась специально для использования в автоматах трафаретной печати – Zestron SW. Эта жидкость на основе спиртовых модифицированных соединений создавалась совместно с лидирующими предприятиями, выпускающими оборудование для трафаретной печати, в частности – компанией DEK (Великобритания).
Промывочная жидкость Zestron SW не содержит галогенов, имеет нейтральный щелочно-кислотный уровень рН, высокую точку вспышки (67°С) и длительное время жизни. Как показывают многочисленные эксперименты, проведенные различными производителями материалов и оборудования для трафаретной печати, жидкость Zestron SW эффективно удаляет остатки всех типов неоплавленных паяльных паст. Рентгеновский контроль печатного узла после пайки оплавлением показал, что проблема образования шариков припоя на плате устранена. Результаты визуального контроля представлены на рис. 5б.
Удалось также добиться эффективной очистки через каждые 15 плат, а в случае применения изопропилового спирта очистка проводилась через каждые 3 платы. Удалось снизить количество нанесения промывочной жидкости и время ее дозирования (при использовании изопропилового спирта время дозирования составляло 0,5 с, а при использовании Zestron SW – 0,2 с). В результате достигнуто суммарное сокращение стоимости и времени процесса, увеличение производительности. Подробное сравнение двух процессов очистки показано в табл.1.
После внедрения промывочной жидкости Zestron SW суммарная стоимость процесса трафаретной печати снизилась в шесть раз (значительное сокращение циклов очистки и дозы). Общий расход изопропилового спирта за 1 год на предприятии, где проводились исследования, составил 1200 л, а в случае использования промывочной жидкости Zestron SW – 200 л!
Промывочная жидкость Zestron SW является универсальным средством. Зачастую в процессе производства возможно ошибочное или неправильное нанесение паяльной пасты. Перед повторным нанесением поверхность платы необходимо очистить от остатков паяльного материала. Использование Zestron SW позволяет производить качественную очистку не только оборудования для трафаретной печати, но и осуществлять подготовку поверхности печатных узлов перед сборкой. Тем самым повышается экономическая эффективность процесса трафаретной печати.
Для принтеров с вакуумной очисткой компания Zestron рекомендует жидкости на водной основе – VIGON SC, SC 200 и SC 202. Промывочные жидкости для использования в системах струйной и ультразвуковой очистки представлены в табл. 2.
Заключение
Итак, основная проблема заключалась в использовании неэффективной промывочной жидкости для очистки трафарета – изопропилового спирта, следствием чего являлось образование шариков припоя на поверхности печатного узла. Оптимизация процессов поверхностного монтажа незначительно улучшила ситуацию (по-прежнему наблюдалось большое количество шариков припоя). Устранить дефект удалось только после модернизации технологического процесса очистки трафарета с нижней стороны путем замены используемого ранее изопропилового спирта на промывочную жидкость Zestron SW. В результате удалось значительно улучшить качество получаемых отпечатков в процессе трафаретной печати, улучшить повторяемость, устойчивость пасты к растеканию, резко снизить образование шариков припоя.
Процесс очистки трафарета с использованием Zestron SW является более экономичным, так как обеспечивает:
* значительное снижение количества дефектов, что приводит к уменьшению количества брака готовой продукции и, как следствие, снижению затрат на ремонтные операции;
* сокращение циклов очистки в 5 раз;
* уменьшение расхода промывочной жидкости в 6 раз.
* Таким образом, данный пример показывает, как организация эффективного технологического процесса очистки трафарета с нижней стороны может повысить качество и снизить себестоимость готовой продукции.
Стоит ли продолжать использовать изопропиловый спирт? Ответ очевиден.
* перемычки и шарики припоя;
* пропуски при нанесении (особенно для компонентов с малым шагом);
* пустоты в паяных соединениях;
* неправильная форма галтели после пайки оплавлением и другие дефекты.
Использование грязных трафаретов влияет на количество нанесенного материала, форму отпечатка, смачиваемость контактных площадок и, как следствие, на надежность и качество паяного соединения и всего печатного узла в целом. Израильская компания Sanmina-SCI провела исследования по модернизации технологического процесса очистки трафарета. Основная проблема заключалась в образовании шариков припоя с диаметром до 0,5 мм на поверхности печатного узла (рис. 1). Такого рода дефекты не соответствуют требованию стандарта IPC-А-610C, раздел 12.4.10 "Дефекты пайки компонентов поверхностного монтажа. Шарики припоя/бусинки припоя", так как диаметр шариков превышает максимально допустимое значение 0,13 мм. Кроме того, промывочная жидкость приводила к изменению реологических свойств паяльной пасты (вязкость, стойкость к растеканию). Наблюдалось "вдавливание" частиц припоя, входящих в состав паяльной пасты, в поверхность трафарета при проходе ракеля (рис. 2).
Для решения проблемы возникающих дефектов использовался комплексный подход. Прежде чем приступить к организации качественной очистки трафарета, были проведены исследования всех процессов поверхностного монтажа с целью выявления и устранения возможных причин, приводящих к образованию шариков припоя.
Исследование и оптимизация процессов поверхностного монтажа
Проведение экспериментов заключалось в следующем:
1. Осуществлялся строгий контроль над параметрами процесса трафаретной печати, таких как: скорость и давление ракеля, точность совмещения трафарета с платой, повторяемость параметров наносимой пасты, время между нанесением и пайкой оплавлением.
2. Осуществлялся строгий контроль над процессом установки компонентов, чтобы избежать выдавливания пасты за пределы контактных площадок устанавливаемым элементом.
3. Проводилось исследование пайки изделий как в воздушной, так и в азотной среде, для того чтобы определить влияние внешней среды на качество протекания процесса.
4. Проводился визуальный и рентгеновский контроль для обнаружения шариков припоя между контактными площадками и под компонентами, так как предъявлялись жесткие требования к качеству готового печатного узла. Рентгеновский контроль также использовался для измерения диаметра шариков припоя (по координатной сетке).
В результате проведенных исследований были определены оптимальные параметры процесса трафаретной печати и процесса установки компонентов, уменьшено время между нанесением паяльной пасты и пайкой оплавлением. Пайка изделий стала осуществляться в азотной среде вместо воздушной. Это предотвращало окисление припоя, контактных площадок и выводов компонентов. Но, несмотря на внесение необходимых изменений в технологические процессы поверхностного монтажа, проблема образования шариков припоя сохранилась (рис. 3).
Исследование и оптимизация процесса очистки трафарета
Следующим шагом в поисках причины образования шариков припоя после пайки стало исследование процесса очистки трафарета с нижней стороны. Необходимо было подобрать эффективную промывочную жидкость, чтобы исключить расползание и изменение формы отпечатков в процессе трафаретной печати.
Промывочная жидкость должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Не оказывать влияние на свойства паяльной пасты.
2. Не разрушать материал трафарета.
3. Иметь высокую точку вспышки, чтобы не использовать специальное пожаробезопасное оборудование.
4. Обладать высокой эффективностью для полного удаления загрязнений с трафарета и устранения образования шариков припоя.
5. Обладать длительным сроком использования готового раствора до момента его полной замены.
Первоначально для очистки трафарета с нижней стороны использовался изопропиловый спирт. Но он оказался плохо совместим с паяльной пастой. Спирт проникал через апертуры трафарета и взаимодействовал с остатками пасты (рис. 4).
При использовании изопропилового спирта происходило лишь частичное растворение остатков паяльной пасты, и при повторном нанесении форма отпечатков менялась: наблюдались неравномерность нанесения пасты, растекание пасты за пределы контактной площадки, пропуски и другие дефекты. В результате после пайки на плате находилось большое количество шариков припоя (рис. 5а). Не помогло увеличение количества циклов очистки – образование шариков припоя даже увеличилось.
Изопропиловый спирт, являющийся причиной образования большого количества дефектов, не одобрен ни одним из производителей оборудования для трафаретной печати. Команда инженеров приняла решение о замене изопропилового спирта на более эффективную промывочную жидкость, которая разрабатывалась специально для использования в автоматах трафаретной печати – Zestron SW. Эта жидкость на основе спиртовых модифицированных соединений создавалась совместно с лидирующими предприятиями, выпускающими оборудование для трафаретной печати, в частности – компанией DEK (Великобритания).
Промывочная жидкость Zestron SW не содержит галогенов, имеет нейтральный щелочно-кислотный уровень рН, высокую точку вспышки (67°С) и длительное время жизни. Как показывают многочисленные эксперименты, проведенные различными производителями материалов и оборудования для трафаретной печати, жидкость Zestron SW эффективно удаляет остатки всех типов неоплавленных паяльных паст. Рентгеновский контроль печатного узла после пайки оплавлением показал, что проблема образования шариков припоя на плате устранена. Результаты визуального контроля представлены на рис. 5б.
Удалось также добиться эффективной очистки через каждые 15 плат, а в случае применения изопропилового спирта очистка проводилась через каждые 3 платы. Удалось снизить количество нанесения промывочной жидкости и время ее дозирования (при использовании изопропилового спирта время дозирования составляло 0,5 с, а при использовании Zestron SW – 0,2 с). В результате достигнуто суммарное сокращение стоимости и времени процесса, увеличение производительности. Подробное сравнение двух процессов очистки показано в табл.1.
После внедрения промывочной жидкости Zestron SW суммарная стоимость процесса трафаретной печати снизилась в шесть раз (значительное сокращение циклов очистки и дозы). Общий расход изопропилового спирта за 1 год на предприятии, где проводились исследования, составил 1200 л, а в случае использования промывочной жидкости Zestron SW – 200 л!
Промывочная жидкость Zestron SW является универсальным средством. Зачастую в процессе производства возможно ошибочное или неправильное нанесение паяльной пасты. Перед повторным нанесением поверхность платы необходимо очистить от остатков паяльного материала. Использование Zestron SW позволяет производить качественную очистку не только оборудования для трафаретной печати, но и осуществлять подготовку поверхности печатных узлов перед сборкой. Тем самым повышается экономическая эффективность процесса трафаретной печати.
Для принтеров с вакуумной очисткой компания Zestron рекомендует жидкости на водной основе – VIGON SC, SC 200 и SC 202. Промывочные жидкости для использования в системах струйной и ультразвуковой очистки представлены в табл. 2.
Заключение
Итак, основная проблема заключалась в использовании неэффективной промывочной жидкости для очистки трафарета – изопропилового спирта, следствием чего являлось образование шариков припоя на поверхности печатного узла. Оптимизация процессов поверхностного монтажа незначительно улучшила ситуацию (по-прежнему наблюдалось большое количество шариков припоя). Устранить дефект удалось только после модернизации технологического процесса очистки трафарета с нижней стороны путем замены используемого ранее изопропилового спирта на промывочную жидкость Zestron SW. В результате удалось значительно улучшить качество получаемых отпечатков в процессе трафаретной печати, улучшить повторяемость, устойчивость пасты к растеканию, резко снизить образование шариков припоя.
Процесс очистки трафарета с использованием Zestron SW является более экономичным, так как обеспечивает:
* значительное снижение количества дефектов, что приводит к уменьшению количества брака готовой продукции и, как следствие, снижению затрат на ремонтные операции;
* сокращение циклов очистки в 5 раз;
* уменьшение расхода промывочной жидкости в 6 раз.
* Таким образом, данный пример показывает, как организация эффективного технологического процесса очистки трафарета с нижней стороны может повысить качество и снизить себестоимость готовой продукции.
Стоит ли продолжать использовать изопропиловый спирт? Ответ очевиден.
Отзывы читателей
