Трафареты для печатных плат - Полное руководство о том, как это сделать

Трафареты печатных плат Этап печати является наиболее важной частью сборки печатной платы. Кроме того, он самый ненадежный, так как малейшая ошибка может испортить готовую электронику печатной платы. Таким образом, ошибки чаще всего связаны с монтажом пайки на контактных площадках печатной платы.

Было бы полезно, если бы вы опасались ошибок при создании сотен, даже тысяч паяных соединений по одному за раз. Тем не менее, единственное средство, устраняющее ошибки, которые могут возникнуть во время монтажа компонентов, — это трафарет печатной платы.

С помощью трафаретной печати печатных плат вы можете смонтировать все места пайки на плате за один проход. Это поможет вам сэкономить значительное количество времени и устранит любую погрешность при пайке.

В этом руководстве вы найдете все, что вам нужно знать, чтобы начать работу с трафаретной паяльной пастой.

Что такое трафарет для печатной платы

1.1 Трафареты печатных плат —Определение

Трафарет представляет собой тонкий лист материала с образованием отверстий, определяющих расположение компонентов на печатной плате. С помощью трафарета для пайки вы можете нанести нужное количество паяльной пасты с безупречной точностью за один раз на плату.

Ваша плата готова к установке SMD, как только вы нанесете паяльную пасту на площадку печатной платы, покрытую трафаретом. Когда вы удаляете трафарет, остатки паяльной пасты остаются на плате в соответствии с формированием отверстий трафарета.

Безупречное нанесение паяльной пасты обеспечивает оптимальную механическую прочность и электрические соединения паяных соединений.

Теперь большинство поставщиков площадок для печатных плат также производят трафареты для печатных плат. Когда вы заказываете у таких поставщиков, они дают вам возможность забрать вашу печатную плату вместе с ее индивидуальным трафаретом.

Тем не менее, есть два типа трафаретов:каркасные и бескаркасные. Несмотря на то, что безрамочные модели дешевле и их проще хранить, они являются вторыми по эффективности при печати больших объемов.

Материал трафарета является основным фактором, определяющим его способность выпускать припойную пасту через отверстия. Вы узнаете больше об этом в последующих разделах этого руководства.

Однако вы можете улучшить способность трафарета отделяться от пасты, нанеся на него определенный тип покрытия.

1.2 Трафареты печатных плат —Трафаретный дизайн печатной платы

Ниже приводится разбивка важнейших элементов дизайна трафарета:

Толщина трафарета

Это еще один важный фактор, определяющий способность трафарета высвобождать паяльную пасту. Если толщина не соответствует размеру отверстий, вы не получите требуемого паяного соединения. В этом случае паста может прилипнуть к внутренним стенкам трещин за счет поверхностного натяжения.

Дизайн диафрагмы

Конструкция апертуры может по-разному влиять на паяные соединения. Во-первых, он определяет вероятность возникновения дефектов, таких как перемычки и валики припоя. Он также может обеспечить уплотнение между трафаретом и печатной платой.

Трафареты печатных плат– Выравнивание

Это решающий фактор, определяющий точность печати паяных соединений на контактных площадках. Вы можете добиться идеального выравнивания, нанеся регистрационные метки, называемые реперными метками, как на печатной плате, так и на трафарете.

Дизайн для печатных плат

Для печатных плат с медными контактными площадками, которые способствуют проводимости и рассеиванию тепла в контактных площадках печатных плат, требуются трафареты с уникальным дизайном. В таких случаях трафарет для печатных плат без медных контактных площадок приведет к вздутию меди и плохой пайке внешних выводов.

Для устранения подобных дефектов в таких случаях нужно добавить в конструкцию апертуры «эффект окна». Это устраняет дефекты за счет уменьшения объема припоя.

Если медные контактные площадки на контактной площадке печатной платы снабжены переходными отверстиями, которые дополнительно улучшают рассеяние, требуется другой дизайн трафарета. Конструкция трафарета должна препятствовать отложению паяльной пасты в переходных отверстиях.

Бывают также случаи, когда площадка для печатной платы требует использования трафаретов различной толщины. В таких случаях могут быть деликатные части поля, для которых нужны тонкие трафареты, и более важные части, для которых требуются более толстые трафареты.

Вы можете выполнить такие требования, используя многоуровневые трафареты, которые имеют повышающие и понижающие области. Вы можете создавать дополнительные пространства, добавляя больше материала в выбранную область трафарета.

Это увеличивает количество и высоту паяльной пасты в паяных соединениях, образованных в этой области. Противоположное этому происходит в комнате понижения.

Из того, что мы сказали до сих пор, становится ясно, что толщина является одним из наиболее важных аспектов трафарета печатной платы. В следующей главе мы рассмотрим роль согласованности в трафарете печатной платы.

Толщина трафарета печатной платы

Комбинация размера подушки, формы апертуры и толщины определяет способность трафарета к нанесению пасты. Однако, даже если форма апертуры и размер подложки подходят, оптимальное нанесение пасты невозможно без правильной толщины трафарета.

Факторы, которые следует учитывать перед выбором толщины трафарета

Ниже приводится разбивка критических факторов, которые следует учитывать при выборе толщины трафарета:

Соотношение сторон

Толщина определяет количество и высоту паяльной пасты, образующей паяное соединение. Чем меньше сумма, тем выше вероятность разъединения и ниже вероятность перемычек.

Эта корреляция, называемая «аспектом», возникает из-за различий в силах, действующих на пасту, когда она скользит через апертуру. К ним относится сила, которая выталкивает пасту за пределы отверстия и удерживает пасту внутри зазоров.

Контраст между этими двумя силами представлен измерением, известным как соотношение сторон. Чтобы добиться оптимального нанесения пасты, необходимо убедиться, что соотношение сторон больше единицы.

Поверхностное натяжение между пастой и прокладкой должно превышать натяжение между пастой и стенкой отверстия. Соотношение сторон можно определить, определив отношение ширины апертуры к толщине трафарета (W/T).

Тем не менее, отраслевые стандарты определяют критерии определения толщины трафарета, наиболее подходящей для размера апертуры. Нижняя граница отраслевого стандарта для соотношения сторон – 1,5.

Трафареты печатных плат– Отношение площади

Другой важной мерой для определения того, как толщина трафарета влияет на его способность к отделению пасты, является его соотношение площадей. Отношение площадей – это отношение площади поверхности проема к площади поверхности стенки проема.

Нижняя граница диапазона площадей поверхности, предусмотренного отраслевым стандартом, составляет 0,66.

Представление QFP и BGA

Кроме того, при определении подходящей толщины трафарета необходимо тщательно учитывать QFP с мелким шагом, BGA и наименьший размер чипа.

Для QFP с шагом ≤ 0,5 мм толщина трафарета должна быть в пределах от 0,12 мм до 0,13 мм. Для QFP толщиной> 0,5 мм требуется толщина трафарета 0,15–0,20 мм.

Для BGA с шагом шарика 1,0 мм и более подходящая толщина трафарета составляет 0,15 мм. Для BGA с шагом от 0,5 мм до 1,0 мм следует выбрать толщину трафарета 0,13 мм.

Еще более важно учитывать BGA или второстепенные компоненты, если вы будете одновременно размещать на плате разные микросхемы.

Размеры трафаретов SMT

Правила определения подходящей толщины трафарета для сборки поверхностного монтажа более сложны. Однако при определении размеров трафарета SMT также необходимо учитывать соотношение сторон и площадей.

Для сборки SMT, использующей химическое травление, подходящее соотношение сторон составляет 1:1,5. Для шага трафарета лазерной резки правильное соотношение сторон составляет 1:1,12.

Более того, теперь, когда у вас есть адекватная информация об основных качествах, вы готовы изучить производителей трафаретов для печатных плат. В следующей главе показано, как это сделать.

Мастер трафаретов для печатных плат

Одно дело приобрести тонкий лист материала нужной толщины. Однако проделывать в них дырки идеального размера — совсем другое дело.

Учитывая, что трафарет печатной платы должен иметь сотни или даже тысячи отверстий, выровненных с высокой точностью, не рекомендуется пробивать отверстия вручную.

Тремя наиболее широко используемыми методами изготовления трафаретов с соответствующими отверстиями являются химическое травление, лазерная резка и гальванопластика. Каждый из этих методов может привести поверхность стенки пор к разной отделке; чем более гладкая поверхность, тем эффективнее высвобождение пасты.

Наиболее популярным среди этих трех производителей трафаретов для печатных плат является лазерный резак.

В этой главе мы покажем вам, как делать трафареты печатных плат с помощью лазерного резака. Обратите внимание, что этот метод не подходит для создания трафаретов с очень малым шагом.

Было бы полезно, если бы у вас были следующие инструменты для этой техники:

1. Лазерный резак

2.Майларовые листы

3. Программное обеспечение ExpressPCB или EagleCAD

4. Программное обеспечение ViewMate Gerber для просмотра

5. Программное обеспечение для печати PDF

6.SketchUp, AutoCAD или любое другое программное обеспечение, которое просматривает и редактирует файлы .dxf

Этапы

1. Сложите майларовый лист

Сложите вместе два листа майлара. В этой технике вы будете нагревать листы майлара до тех пор, пока первый лист не отделится от стопки. При этом второй лист впитает в себя расплавленную прокладку первого листа, что позволит аккуратно снять первый лист.

2. Экспортируйте файл проекта из ExpressCAD или EagleCAD:

В EagleCAD экспортируйте верхний и нижний кремовые слои через кулачковый файл, как вы отправляете Gerber для производства. В ExpressPCB откройте меню «Файл» и выберите параметр «Экспорт механического чертежа DXF».

3. Трафареты для печатных плат —Набухающие прокладки в ViewMate

Если вы используете программное обеспечение, которое экспортирует файлы Gerber, вам необходимо компенсировать плавление, вызванное процессом резки. Так как плавление приведет к увеличению размера площадки, вам необходимо предварительно сократить размер площадки.

Сначала выберите «Файл»> «Импорт»> «Gerber», чтобы импортировать слои сливок в ViewMate. Затем выберите «Настройка»> «D-коды». Выберите все столбцы в этой области, а затем откройте Operations>Swell. Введите значение для регулировки размера в соответствии со спецификациями вашего лазера.

После этого распечатайте Gerber в PDF и сохраните.

4. Набухающие прокладки с AutoCad

Если вы используете ExpressPCB, вам также может понадобиться уменьшить масштаб содержимого DXF с помощью другого программного обеспечения. Это можно сделать с помощью AutoCAD. Для этого выделите все чертежи в открытом окне AutoCAD и нажмите «МАСШТАБ».

В появившемся диалоговом окне Масштабный коэффициент введите соответствующее значение масштаба. Это отобразит рисунок в правильном масштабе.

Как только это будет сделано, распечатайте готовый рисунок в формате PDF.

5. Трафареты для печатных плат —Вырежьте трафареты

Отрегулируйте настройки лазерного резака соответствующим образом, чтобы разрезать сложенные листы майлара. Первый лист немного расплавится из-за тепла лазера. Однако второй лист впитает в себя расплавленную подушечку первого, что позволит аккуратно и эффективно вытащить первый лист.

До сих пор мы исследовали широко используемого производителя печатных плат. Тем не менее, тип и качество вашего трафарета печатной платы остаются наиболее важными факторами, определяющими успех в трафаретной печати печатных плат. В следующей главе мы более подробно рассмотрим расценки и типы трафаретов для паяльной пасты.

Трафареты для печатных плат — трафарет для паяльной пасты

Помимо дизайна трафарета печатной платы, при получении шаблона паяльной пасты необходимо критически учитывать четыре фактора:

Материал трафарета

Материал также важен для успеха трафаретной печати PBC, как и дизайн трафарета печатной платы. Тонкие листы обычно изготавливаются из металла или полиимида. Металлические трафареты (обычно из нержавеющей стали) идеально подходят для изготовления многочисленных прототипов.

Трафареты из нержавеющей стали позволяют формировать более точные отверстия. Молекулярная структура нержавеющей стали делает стенки проема более гладкими и позволяет быстро достичь оптимального соотношения сторон.

Однако, поскольку они более дорогие, они более избыточны для производства нескольких прототипов. Трафареты из полиамида — гораздо более дешевая альтернатива. При изготовлении с помощью лазерной резки они также могут использоваться для изготовления апертур.

Тип трафарета для пайки

Существует два типа трафаретов для паяльной пасты:каркасные и бескаркасные. Рамочные трафареты, также называемые трафаретами для вклеивания, представляют собой фольгу для трафаретов, вырезанную с помощью лазера и постоянно закрепленную в рамке для трафарета.

Рамочные трафареты — лучший выбор, когда речь идет о печати больших объемов печатных плат. Поскольку они обычно бывают с очень гладкими стенками апертуры, они лучше всего подходят для использования, когда требуется очень узкий шаг.

Бескаркасные трафареты для паяльной пасты, которые также изготавливаются с помощью лазерной резки, поставляются с системами натяжения. С этими системами натяжения их не нужно фиксировать в раме. Это значительно упрощает их хранение.

Они идеально подходят для производства небольших партий печатных плат. Они также имеют гладкие отверстия. Кроме того, вы можете использовать их для контактных площадок для печатных плат, для которых требуется шаг 16 миль или меньше, и для микроразъемов BGA.

Трафареты печатных плат– Паяльная паста

Флюс и сплавы в паяльной пасте также могут влиять на то, в какой степени паяные соединения удерживают компоненты. Если изменение пайки недостаточно, припой не будет прочно удерживать детали на плате.

Трафаретное покрытие

Существуют различные типы покрытий для трафаретов печатных плат, которые помогают решать определенные проблемы при трафаретной печати печатных плат. Во-первых, довольно сложно очищать доски после больших производственных циклов.

Вы можете легко стереть излишки припоя с нижней стороны печатной платы, чтобы предотвратить попадание лишнего припоя на другие платы. Однако делать то же самое в больших производственных партиях очень сложно.

С помощью определенных типов покрытия можно уменьшить количество остаточного припоя в стенках апертуры, которое искажает требуемый состав паяльной пасты/флюса.

Теперь, когда у вас есть более четкое представление о типах и качествах трафаретов печатных плат, вам лучше приступить к реализации трафаретов печатных плат. В следующей главе вы подробно рассмотрите необходимое оборудование для изготовления трафарета печатной платы.

Трафаретный принтер для печатных плат

Трафаретные принтеры для печатных плат славятся бездефектной и воспроизводимой печатью. Эти принтеры обычно идеально подходят как для мелкосерийного, так и для крупносерийного производства печатных плат.

Существует два основных типа трафаретных принтеров SMT:автоматические и полуавтоматические принтеры SMT. Существуют также ручные трафаретные принтеры, специально предназначенные для мелкосерийного производства и производства прототипов.

Некоторые из важнейших функций трафаретных принтеров SMT включают отвертку, регуляторы скорости и системы камер, облегчающие выравнивание печатных плат. Операции обычно связаны с настройкой параметров размера трафарета и размещением трафарета на устройстве для монтажа рамы.

Типичный принтер позволяет вам установить скорость печати, длину хода, давление ракеля и многое другое. Трафаретные принтеры SMT также поставляются с экранами, на которых отображаются сведения об операции.

Они также поставляются с отсеками, которые протирают нижнюю сторону трафаретов посредством таких действий, как смачивание, сушка и уборка пылесосом. Шаги вакуумирования удаляют остатки припоя, застрявшие в отверстиях.

Трафареты печатных плат– Лазерный резак трафарета для печатных плат

Это лазерная система, использующая мощные лучи для пробивки отверстий в трафаретах в соответствии с параметрами, заданными компьютерным программным обеспечением.

Он полностью автоматизирует создание апертур в трафаретах, устраняя напряжения и погрешности. Когда вы вырезаете трафарет печатной платы с помощью лазерного резака, вы можете быть уверены, что края и стенки апертуры будут идеально гладкими.

Трафаретные лазерные системы обычно очень универсальны. С помощью лазеров можно резать, сверлить и удалять как трафареты, так и площадки для печатных плат, изготовленные из самых разных материалов.

Лазерные станки для резки печатных плат также вырезают трафареты, не образуя пыли, как в традиционных системах механической резки. Это имеет большое значение для электроники на печатных платах, которые поставляются с оптическими компонентами.

Теперь вы знаете все, что вам нужно знать о качествах и производителях трафаретов печатных плат. Давайте посмотрим, как все это объединяется в небольшой сборке печатной платы.

Заключение

Ну вот. Мы только что разобрали трафареты печатных плат наизнанку и показали вам все, что вам нужно знать. Вооружившись этими знаниями, вы сможете лучше избегать конкретных ошибок печати, которые могут испортить ваш проект печатной платы.

Кроме того, вы можете связаться с нами, когда почувствуете себя потерянным в процессе производства печатных плат. У нас есть как первоклассный опыт, так и самое современное оборудование, чтобы помочь вам решить любую проблему с трафаретом печатной платы.