Systemy naciągu szablonów SMT
| Prezentacje firmowe ArtykułyWszystkie firmy zajmujące się montażem płytek w technologii SMT sto razy słyszały, że 60-70% błędów montażowych powstaje w procesie nadruku pasty lutowniczej poprzez metalowy szablon. Bezsprzecznie właściwy dobór parametrów szablonu takich, jak: grubość, rodzaj materiału, kształt otworu oraz siła i rodzaj naciągu, zapewnia dobre uwalnianie pasty z otworów i transfer pasty na płytkę. Stąd też bierze się duża waga, którą przykładają technolodzy montażu SMT do projektu szablonu i systemu jego naciągu.
Reguły projektowania szablonu i doboru materiału folii metalowej mogą stanowić temat oddzielnego opracowania. W tym krótkim przeglądzie przedstawione zostaną systemy naciągu szablonów.
W procesie nadruku pasty lutowniczej szablon styka się z płytką PCB. Metalowa folia szablonu musi być stabilna wymiarowo względem płytki dla zapewnienia powtarzalnego procesu nadruku pasty. W obecnej praktyce produkcyjnej używane są następujące systemy naciągu.
Naciąg mechaniczny
Realizowany jest zwykle w jednym kierunku z użyciem ramy naciągowej wyposażonej w kołki o średnicy oraz rastrze odpowiadającym otworom w szablonie. System ten był dość popularny w Polsce i stosowany w drukarkach firmy PBT-Uniprint.
Naciąg pneumatyczny
Fot. 1. Rama z naciągiem pneumatycznym ZelFlex Z4P firmy LPKF
To system umożliwiający naciąg w dwóch osiach. Szablon na czterech krawędziach ma otwory o kształcie i rastrze odpowiadającym kołkom naciągowym w ramie zasilanej sprężonym powietrzem.
Kształt otworu naciągu, jak też szczegółowe rozwiązania techniczne konstrukcji ram są specyficzne dla różnych dostawców. Wymienić tu można zdecydowanie najpopularniejszy w Polsce system ZelFlex (LPKF). Własne systemy ma też DEK, Cookson czy LTC (fot. 1). Ramy z naciągiem w tych systemach dostępne są w dużym wyborze rozmiarów aż po rozmiar 29×29".
Można w nich zamontować blachy o grubościach 80-250 µm. System naciągu pneumatycznego szablonów jest najczęściej używanym w Polsce. Z istotnym jednak zastrzeżeniem - popularnym głównie wśród małych i średnich firm montażowych. Poza stosunkowo niską ceną szablonów system ten bowiem ma istotne wady utrudniające jego używanie w wielkoseryjnej produkcji:
- stabilność naciągu - wymaga okresowej kontroli ciśnienia sprężonego powietrza w ramie,
- odkształcenia mechaniczne otworów naciągowych przy produkcji długich serii płytek (nawet 100 tys.),
- postępująca (zwłaszcza w firmach o proweniencji amerykańskiej) eliminacja z obrotu produkcyjnego narzędzi ostrych i niebezpiecznych. Praktyka wielu firm wskazuje, że jest to realne zagrożenie.
Naciąg siatkowy na ramie aluminiowej
Fot. 2. Długi szablon w ramie aluminiowej do produktów LED (Semicon Sp. z o.o.)
Równomierny i stabilny naciąg folii szablonu realizowany jest za pomocą siatki poliestrowej naciągniętej uprzednio na ramę wykonaną z profili aluminiowych. Typowe napięcie siatki wynosi 35±4 N/cm. Najpopularniejsze wymiary ram to 23×23", 550×650 mm, 29×29". Ostatnio, w związku z rozwojem technologii LED, stosuje się szablony na długich ramach, nawet do 180 cm długości (fot. 2). Tak długie szablony możliwe są do realizacji wyłącznie w tej technologii naciągu.
Niewątpliwą zaletą opisywanych szablonów jest ich trwałość i stabilność naciągu umożliwiająca ich stosowanie w produkcji wielkoseryjnej. Wadą - podnoszoną wcześniej czy później przez wszystkich użytkowników - są duże wymiary szablonów i związana z tym konieczność posiadania dużej powierzchni odstawczej.
System naciągu VectorGuard firmy ASM (DEK)
Fot. 3. Szablon VectorGuard firmy ASM (DEK)
Koncepcja naciągu szablonów z wykorzystaniem ram VectorGuard eliminuje podstawową wadę szablonów z naciągiem siatkowym, jaką są duże wymiary ram aluminiowych. Cienkie ramki tych szablonów o grubości 5 mm zajmują wielokrotnie mniej miejsca niż grube na 1-1,5" ramy aluminiowe.
Szablony VectorGuard wymagają użycia w sitodrukarce ramy Master Frame. Charakterystyczną cechą tego rozwiązania jest fakt, że sprężone powietrze służy tu jedynie do odłączenia mocujących sprężyn, które po odłączeniu sprężonego powietrza i zamocowaniu ramy zapewniają stały i stabilny naciąg (fot. 3).
Dostępne są następujące rozmiary ram: 23×23", 550×650 mm, 23×29" oraz 29×29", a także adaptery umożliwiające użycie tego standardu we wszystkich typach sitodrukarek. Dostępny jest również szeroki wybór folii metalowych:
- SS standard - 80-250 µm,
- SS fine grain - 80-250 µm,
- nikiel - 80-200 µm.
Ze względu na postępującą miniaturyzację elementów SMD i znane problemy z uwalnianiem pasty ASM (DEK) zaproponował nowe rozwiązanie ram Master Frame umożliwiające bardzo silny naciąg 47 N/cm. Tak silnie napięta blacha ma lepiej uwalniać pastę z otworów szablonu. Aplikacja systemu VG High Tension jest oczywista - są nią projekty PCB z krytycznie małymi elementami 0201, 01005, układy scalone fine pitch, µBGA i in.
W ostatnim czasie ASM (DEK) poinformował o dostępności szablonów VectorGuard z nanoultra pokryciem. Jest to nowe rozwiązanie różniące się od kontrowersyjnych wprowadzonych niedawno "nano" serwetek, a polegające na plazmo-chemicznym osadzaniu cienkiej (2-4 µm) bardzo twardej warstwy nanopokrycia. Tego typu serwis dostępny jest obecnie również w Europie za pośrednictwem autoryzowanych przez ASM (DEK) producentów szablonów. Licencjobiorcą standardu VectorGuard jest również firma Semicon.
Semicon
www.semicon.com.pl
