Wróć

Wyzwania etapu drukowania w procesie pin-in-paste

Osadzenie THT w procesie pin-in-paste może zaoszczędzić mnóstwo czasu, jednak uzyskanie dostatecznego stopnia wypełnienia otworu lutowiem bywa bardzo trudne.
Opublikowano: 2021-07-05

Pierwsze pytanie, które należy rozważyć planując proces pin-in-paste, to pożądany stopień wypełnienia otworu. Jeśli celem jest osiągnięcie 100-procentowego wypełnienia otworu lutem, to nadruk pasty lutowniczej musi dostarczyć wystarczającą ilość pasty lutowniczej, aby wypełnić otwór pomniejszony o objętość wyprowadzenia komponentu. Bardzo ważnym aspektem jest fakt, iż same kulki metalu stanowią nawet jedynie 50% objętości pasty a pozostałe 50% objętości to topnik, tak więc aby uzyskać 100-procentowe wypełnienie, należy dostarczyć dwukrotnie większą ilość pasty. Co więcej, jeśli celem jest osiągnięcie pełnego wypełnienia w jednym cyklu nadruku, apertura musi być całkowicie pozbawiona zanieczyszczeń, aby nie ‘zajmowały’ one cennej objętości. Następnie należy rozważyć, czy na powierzchni PCB jest wystarczająca ilość miejsca na nadrukowanie dużej ilości pasty wokół otworów.

Możliwe jest wypełnienie otworów pastą lutowniczą wykonując wiele cykli drukowania. Najlepiej byłoby to zrobić za pomocą szablonu zaprojektowanego wyłącznie do drukowania pasty w otworach. Aby określić, ile cykli należy użyć do wypełnienia otworów, tak aby pasta zaczęła wypływać z dna otworów, zawsze będzie to proces prób i błędów.

Aby zmaksymalizować transfer pasty, Tony Lentz, inżynier aplikacyjny z FCT Assembly rekomenduje następujące parametry procesu:

  • Zamiast standardowych 60° nachylenia, rakla powinna być ustawiona pod kątem 45°.
  • Prędkość drukowania powinna zostać zmniejszona do 10-20 mm/s, aby zmaksymalizować czas wtłaczania pasty do otworów.
  • Aby zoptymalizować uwalnianie pasty z bocznych ścian apertury należałoby użyć szablonu pokrytego nanopowłoką typu ceramicznego.
  • Najlepiej do opisywanych operacji nadaje się pasta lutownicza typu 4 lub 4,5.

Podobnie swoją wypowiedź na temet trudności procesu pin-in-paste zaczyna również Fritz Byle, inżynier procesu z Astronautics, zwracając uwagę, iż pod względem objętości pasta zawiera tylko około 50% metalu, nawet jeśli wagowo stanowi on nawet 90%. Oznacza to, że nawet jeśli wypełni się cały otwór pastą, po procesie reflow otrzymamy znacznie mniejszą objętość lutowia niż planowany 100-procent wypełnienia.

Częściowo można ominąć ten problem zadrukowując większy obszar na górnej powierzchni PCB, jednak autor podkreśla, iż możliwości takiego działania są ograniczone. Ponadto, możliwość pełnego wypełnienia otworu zależy od średnicy otworu. Otwory o średnicy poniżej 0,040" są bardzo trudne do wypełnienia. Z kolei w przypadku otworów większych niż 0,070", pasty jest tak dużo, że  może wypływać z otworu. Wreszcie, duży wpływ ma kształt i przekrój samych wyprowadzeń.

Fritz proponuję przyjąć następujące podejście:

  • W pierwszym kroku należy obliczyć objętość otworu pomniejszoną o objętość wyprowadzeń
  • Potem, uzyskaną objętość należy pomnożyć przez dwa, uzyskując wymaganą objętość pasty dla 100-procentowego wypełnienia lutowiem
  • Następnie należy w drodze kolejnych prób oszacować procent otworu, który można wypełnić pastą w jednym cyklu.
  • Na koniec należy obliczyć objętość wypełnienia i określić, czy potrzeba dodatkowego wolumenu pasty, a jeśli tak, sprawdzić, czy można nadrukować ją na powierzchni i pozwolić jej spłynąć do wnętrza otworu.

Osiągnięcie wymaganego wypełnienia w celu spełnienia norm IPC klasy 3 może być bardzo trudne (klasy 1 i 2 wydają się być znacznie łatwiejsze pod tym względem). Jeśli aplikacja należy do klasy 3, być może trzeba będzie rozważyć opracowanie dowodów potwierdzających, że w istocie nie potrzeba wypełnienia 75%. Na przykład stosując PCB o grubości 93 mil, zwykle nie potrzeba aż 75-procentowego wypełnienia, aby uzyskać wytrzymałość lub niezawodność, ale jak zwykle - wszystko zależy od konkretnego komponentu i zastosowania.

Nie wszystkie komponenty THT nadają się do procesu pin-in-paste

Zawsze trzeba pamiętać, iż szczytowa temperatura standardowego bezołowiowego procesu rozpływowego może sięgać nawet 250°C, a więc komponenty THT muszą być w stanie wytrzymać tę temperaturę. Jeśli tak nie jest, można również wykorzystać  pastę lutowniczą o niskiej temperaturze topnienia, obniżając szczyt profilu do 180-200°C. Należy to jednak rozpatrywać taką możliwość bardzo indywidualnie, ponieważ nie każda aplikacja umożliwia lutowanie w niższych temperaturach.

Ponadto rozsądnie jest nie wprowadzać zbyt dużo ciepła do układu podczas montażu. Wskutek nadmiernego nagrzewania lepkość pasty lutowniczej szybko się zmniejszy, więc istnieje ryzyko, że część pasty skapnie do pieca. Rezultatem jest nieregularna objętość lutowia i zanieczyszczenie pieca rozpływowego.

Poza tym ważne jest, aby komponent PIP miał pewien dystans (tj. odległość między płytką drukowaną a dolną częścią korpusu komponentu). Dystans ten musi zapewnić, że ​​pomiędzy płytką drukowaną a komponentem jest przestrzeń wystarczająca do nałożenia odpowiedniej ilości pasty lutowniczej: zaleca się odstęp co najmniej 0,5 mm.

Zdjęcie tytułowe: © Bury Mielec

www.lenz.com.pl
www.lenz.com.pl