Что закое трафарет?

Что такое трафарет для нанесения паяльной пасты, почему он необходим при поверхностном монтаже SMD-компонентов, зачем изменяют размеры апертур и почему трафарет изготавливается один раз на этапе подготовки производства? 

Когда заказчик впервые сталкивается с контрактным производством электроники, то он погружается в статью затрат под названием "подготовка производства". Среди работ по подготовки станков можно услышать про: 

Изготовление трафарета. 

Иногда возникает закономерный вопрос: 

Почему его вообще нужно делать? Разве нельзя наносить паяльную пасту сразу на плату?

Ответ простой.

Для единичной ручной пайки — можно.

Для современного серийного SMT-монтажа — практически невозможно.

Сегодня хочу немного приоткрыть внутреннюю кухню производства и показать, зачем нужен трафарет и почему его изготовление является обязательной частью подготовки производства.

Что такое трафарет

Если совсем просто — это тонкий лист нержавеющей стали, в котором лазером вырезаны тысячи отверстий. Каждое отверстие соответствует одной контактной площадке на печатной плате.

Во время печати трафарет плотно прижимается к плате. Ракель распределяет паяльную пасту по поверхности. Паста проходит только через отверстия и остаётся на контактных площадках.

После этого трафарет поднимается, а на плате остаются аккуратные дозированные порции пасты. Именно они позже расплавятся в печи оплавления и превратятся в паяные соединения.

Кажется, что всё очень просто…

На первый взгляд действительно кажется, что достаточно взять Gerber-файл и вырезать отверстия точно по размерам площадок.

На практике так никогда не делают. Именно здесь начинается работа технолога.

Почему отверстия не совпадают с контактными площадками

Это один из самых частых вопросов.

Логично предположить: если контактная площадка имеет размер 1×2 мм, то и отверстие должно быть таким же. Но тогда на некоторых компонентах пасты окажется слишком много. На других — наоборот, недостаточно.

В результате можно получить:

• перемычки между выводами;
• смещение компонентов;
• эффект «надгробного камня» (tombstoning);
• недостаточное количество припоя;
• пустоты под корпусами микросхем.

Поэтому размеры и форма апертур (отверстий) специально корректируются. Иногда они немного уменьшаются, иногда разделяются на несколько отдельных окон, иногда имеют совсем необычную форму.

Всё это делается для того, чтобы после оплавления получить качественное паяное соединение.

Почему трафареты бывают разной толщины

Толщина трафарета определяет объём паяльной пасты, который попадёт на плату. Это один из самых важных параметров.

Более толстый трафарет наносит больше пасты. Более тонкий — меньше. Казалось бы, чем больше припоя, тем лучше. На практике — наоборот.

Слишком толстый слой пасты может привести к:

• образованию перемычек;
• всплытию компонентов;
• ухудшению качества пайки мелких корпусов.

Слишком тонкий слой — к непропаям и недостаточному количеству припоя. Именно поэтому толщина трафарета всегда подбирается под конкретное изделие.

Иногда одного трафарета недостаточно

На некоторых платах одновременно встречаются:

• миниатюрные компоненты 0201;
• крупные силовые разъёмы;
• массивные экранирующие корпуса.

В таких случаях технологу приходится искать компромисс. Иногда применяются трафареты с локальным изменением толщины. Чаще — специальные формы апертур.

Но это уже особенности технологии, которые остаются внутри производства.

Что делает технолог перед первым запуском

Перед изготовлением трафарета мы анализируем проект.

Проверяем:

• размеры контактных площадок;
• типы корпусов компонентов;
• шаг выводов микросхем;
• наличие BGA;
• QFN;
• тепловые площадки;
• мелкие пассивные компоненты;
• плотность монтажа.

После этого формируется производственный файл именно для трафарета. Он отличается от Gerber-файлов печатной платы. И это совершенно нормально.

Нужно ли заказчику разбираться в апертурах?

Честно говоря — нет.

Существуют международные рекомендации, накопленный опыт производителей оборудования и собственные технологические наработки. Это часть внутренней подготовки производства. Точно так же заказчику не нужно думать о скорости движения ракеля или давлении при печати пасты. Эти параметры подбираются технологами.

Главная задача заказчика — предоставить корректную конструкторскую документацию. Остальное — наша работа.

Трафарет одноразовый? Новый запуск - новый трафарет?

Ещё один популярный вопрос.

Трафарет — это не расходный материал. Он изготавливается индивидуально под конкретную печатную плату. Используется при запуске производства. А затем сохраняется вместе с производственной документацией.

Если спустя некоторое время потребуется повторный заказ той же платы, в большинстве случаев изготавливать новый трафарет уже не потребуется. Именно поэтому его стоимость оплачивается один раз — в рамках подготовки производства.

Немного о «внутренней кухне»

За годы работы мы накопили собственые технологические правила:

• где уменьшить апертуру;
• где разделить большую площадку;
• где изменить форму отверстия;
• где стоит добавить технологические окна.

Это не секретная технология. Скорее — практический опыт, который позволяет получать стабильный результат при SMT-монтаже. Именно из таких, на первый взгляд незаметных решений складывается качество серийного производства.

Вместо вывода

Когда смотришь на готовую печатную плату, кажется, что всё начинается с установки компонентов. На самом деле успешный SMT-монтаж начинается значительно раньше - с подготовки производства, с проверки документации, с настройки оборудования. И, конечно, с правильно изготовленного трафарета. Это один из тех элементов, который практически никогда не видит заказчик, но именно он во многом определяет качество будущей пайки.