Drukowanie poza granicami współczynnika powierzchni 0.5

Współczesne układy elektroniczne wciąż przesuwają granice możliwości produkcji wielkoseryjnej. Rozpowszechniają się komponenty pasywne w obudowach nowej generacji 03015 (300 µm x 150 µm) i jeszcze mniejszej 0201 (200 µm x 100 µm). Ich stosowanie na tej samej płytce obok tradycyjnych obudów do montażu powierzchniowego, takich jak złącza, TANT, M1005, zaczyna rodzić pytania o to, jak drukować dla nich pady w jednym, heterogenicznym procesie. Takie rozwiązania jak szablony stopniowane i proces podwójnego drukowania budzą obawy zarówno pod względem wydajności, jak i kosztów produkcji. Największą przeszkodą w drukowaniu rozmaitych geometrii apertury za pomocą jednej grubości szablonu jest zasada współczynnika powierzchni (area ratio, AR). Obecnie przyjmuje się, iż limitem w przypadku druku wielkoseryjnego jest współczynnik powierzchniowy równy 0,5. Najnowszym sposobem na pokonanie i przekroczenie limitu współczynnika powierzchni równego 0,5 jest zastosowanie aktywnej rakli. W tym systemie zespół rakli zawiera przetworniki ultradźwiękowe, które wspomagają proces osadzania podczas przejazdu rakli. Wcześniejsze badania wskazują, że technika ta może usprawnić proces drukowania, zmniejszając współczynnik powierzchni apertury szablonu do 0,4. Technologia aktywnej rakli zwiększa rozrzedzający pastę lutowniczą efekt ścinania, umożliwiając jej łatwiejszy przepływ i wypełnianie małych apertur bardziej efektywnie niż w przypadku zwykłych, pasywnych rakli.

Istnieje jednak jeszcze jeden współczynnik, który został pominięty w geometrycznej strukturze standardowej apertury - współczynnik kształtu (aspect ratio, AspR). W omawianym dzisiaj artykule Unlocking The Mystery of Aperture Architecture for Fine Line Printing, Clive Ashmore z ASM Assembly Systems bada wpływ współczynnika kształtu na proces drukowania.

Współczynnik powierzchni i współczynnik kształtu

Wydajność drukowania szablonowego w dużej mierze zależy od korelacji między wymiarami otworu szablonu a odpowiadającym mu transferem pasty lutowniczej. Stabilność tej zależności umożliwiła standaryzację wytycznych projektowania szablonów opublikowanych przez IPC. Definicja współczynnika powierzchni otworu (AR) jest prosta – jest to po prostu stosunek powierzchni otworu do powierzchni ścianki otworu.

Chociaż istnieje wiele czynników, które mogą wpływać na proces drukowania szablonowego, to właśnie współczynnik powierzchni jest barierą ograniczającą możliwości drukowania. Jeśli przyczepność pasty lutowniczej do powierzchni ścianki otworu przekracza powierzchnię otworu, pasta lutownicza będzie chciała ‘przykleić się’ do ścianki otworu bardziej niż do padu, co spowoduje zablokowanie apertury i niepełne osadzenie pasty lutowniczej. I odwrotnie, jeśli przyczepność pasty lutowniczej do powierzchni styku pola lutowniczego z otworem jest większa, wówczas pasta lutownicza będzie miała tendencję do przylegania do pola lutowniczego, a nie do ścianki apertury, co prowadzi do pełniejszego depozytu. Rysunek 1 ilustruje koncepcję wpływu współczynnika powierzchni na transfer pasty lutowniczej.

Rysunek 1: Wpływ współczynnika powierzchni na transfer pasty.

Można zatem zauważyć, że wraz ze spadkiem współczynnika powierzchni, szanse na udany druk z pełnym depozytem stają się mniejsze. Krzywa wydajności transferu pasty, reprezentatywna dla obecnego stanu technologii, jest przedstawiona na Rysunku 2 wraz z krzywą historyczną sprzed około 20 lat. Pozytywną zmianę w możliwościach zwiększenia wydajności transferu można przypisać szeregowi czynników, w tym ulepszonym materiałom pasty lutowniczej, lepszym technikom produkcji szablonów, a także lepszemu zrozumieniu konfiguracji sprzętu i parametrów procesu.

Rysunek 2. Obecne możliwości w zakresie wydajności transferu pasty lutowniczej w porównaniu z rokiem 1994.

Wymagania dla 03015 i 0201

Aby sprostać rosnącym wymaganiom procesu montażu, w przyszłości zaistnieje potrzeba na drukowanie ze współczynnikiem powierzchni 0,4. Jak już wspomniano, poza dalszymi ulepszeniami w dziedzinie stosowanych materiałów, technologią która może umożliwić dalszy postęp jest zastosowanie aktywnych rakli, zawierających przetworniki ultradźwiękowe w swoim korpusie, które wspomagają proces osadzania podczas przejazdu rakli. Przytaczane przez autora badania [1, 2, 3] wskazują, że technika ta może usprawnić proces drukowania, aż do osiągnięcia współczynnika powierzchni 0,40.

Współczynnik kształtu

Współczynnik kształtu otworu definiuje się jako relacja wymiaru X apertury do wymiaru Y. Artykuł Unlocking The Mystery of Aperture Architecture for Fine Line Printing omawia eksperyment, mający ustalić jaki wpływ na wyniki drukowania mają współczynnik kształtu oraz współczynnik powierzchni. Po szczegółowy opis samego eksperymentu i szczegóły jego przebiegu odsyłamy do oryginalnego tekstu, który można znaleźć pod tym linkiem.

Autor artykułu przytacza następujące wnioski z przeprowadzonego eksperymentu:

• Najmniejszy współczynnik powierzchni, przy jakim można efektywnie drukować, wynosi 0,4.
• Współczynnik kształtu ma znaczny wpływ na osadzanie się pasty
• Wartość współczynnika kształtu wynosząca 1,6-1,8 zapewnia najbardziej powtarzalne osadzanie pasty lutowniczej.
• Eksperyment wykazał, że istnieje interakcja między powierzchnią ściany poziomej/pionowej a obszarem otworu otworu.

Żródło: Unlocking The Mystery of Aperture Architecture for Fine Line Printing Autor: Clive Ashmore z © ASM Assembly Systems

Zapraszamy na TEK.day Wrocław, 19 marca 2026. Zapisz się tutaj!