Технологический процесс изготовления печатных плат методом трафаретной печати

Метод трафаретной печати применим при объеме производства, экономически оправдывающем изготовление трафаретов. Он особенно эффективен при крупносерийном производстве, сочетая хорошую повторяемость с высокой производительностью, однородность наносимых на контактные площадки паст с высокой плотностью и сложностью рисунка.

Метод трафаретной печати используется в течение ряда лет при изготовлении толстопленочных гибридных интегральных схем (ГИС) и микросборок – для нанесения композиционных паст, формирующих толстопленочные проводники, резисторы и конденсаторы, а также паяльных паст для сборки и монтажа.

При использовании трафаретной печати в производстве узлов на ПП в рамках ТМП возник ряд проблем:

1. ПП значительно больше по размеру, чем подложки ГИС, что значительно ужесточает допуски как на размещение контактных площадок на ПП, так и на точность позиционирования трафарета и расположение его элементов.

2. Паяные соединения на ПП должны обеспечить крепление компонентов, а не только их электрическое соединение. Для механического крепления необходимо увеличить количество припоя, пайки должны иметь большой объем. А так как контактные площадки в ГИС (микросборках) и на ПП в ТМП имеют близкие размеры, то увеличить количество припоя можно за счет увеличения его толщины с помощью увеличения толщины слоя паяльной пасты. Это вызвало необходимость совершенствования трафаретов.

3. Размеры частиц порошка припоя должны быть большими, что требует применение сеток с большими ячейками, более крупных. Несмотря на то, что процесс трафаретной печати (шелкографии) для декоративных целей применяется в течение многих веков, а в основе его лежит простой принцип – продавливания жидкого вещества через открытые участки трафарета – на качество рисунка влияет значительное число факторов. Обеспечение технологией всех требований, предъявляемых к готовым изделиям, зависит от управления течением наносимой жидкости при довольно сложных условиях ее движения. Зависит оно также от точности измерений, взаимодействия трафарета (сетки) с ракелем (ножом для продавливания пасты), от толщины трафарета, определяющей количество пасты, остающееся на подложке или ПП.

Под действием сил поверхностного натяжения или тяготения пасты не могут протечь через трафарет (отверстия в сетке). Поэтому для выдавливания их требуется прикладывать внешнее давление, создаваемое в пасте при перемещении наклонного ножа (ракеля) по поверхности трафарета над ПП (подложкой). Величина давления должна быть достаточной для обеспечения полного заполнения пастой каждого отверстия сетки, прежде чем рабочее лезвие ракеля пройдет над данным отверстием. Однако это давление не должно быть большим, чем требуется, чтобы паста не растекалась между трафаретом и подложкой (ПП) или не затекала за лезвие ракеля. Величина давления зависит от угла наклона (атаки) ракеля, скорости перемещения его лезвия, вязкости пасты и ее количества на сетке. Вертикальная составляющая давления ракеля также способствует тесному контакту трафаретной сетки с ПП (подложкой), что позволяет пасте смачивать ПП и предотвращает боковое растекание пасты за края рисунка (шаблона) на трафарете. Тесный контакт трафаретной сетки и ПП важен для точного обеспечения толщины наносимого слоя, т. к. ракель при прохождении над каждым отверстием сетки продавливает пасту через эти отверстия до соприкосновения с ПП. После смещения ракеля продавленная паста остается на ПП.

Обычно применяют два метода трафаретной печати:

1 – бесконтактный метод, при котором между трафаретом и плоскостью ПП в исходном состоянии имеется зазор. В этом случае сетка трафарета контактирует с подложкой только под действием ракеля. После перемещения ракеля сетка возвращается в свое исходное положение, параллельное ПП; при отслаивании сетки паста, которая смочила подложку и сцепилась с ней, выходит из отверстий в материале сетки и остается на подложке в виде небольших усеченных конусов

В идеале вся паста должна перейти из сетки на ПП, но практически часть ее прилипает к нитям сетки, особенно в местах их пересечений. Отношение количества пасты, перешедшей на подложку, к количеству, оставшемуся на трафарете, в основном, зависит от скорости возврата трафарета в исходное положение и от свойств пасты, как жидкости (от реологии пасты). После печатания попавшие на подложку колонки пасты растекаются и превращаются в гладкий слой, однако необходим контроль над процессом растекания, чтобы исключить значительное “размазывание” и расширение нанесенных отпечатков.

2 – контактный, когда трафарет в исходном состоянии лежит на ПП и снимается с нее после нанесения пасты. Этот метод более предпочтителен при нанесении пасты на ПП большой площади, т. к. отсутствие упругих деформаций трафарета повышает точность топологического рисунка.

Качество паяных соединений, полученных после нанесения паяльной пасты методом трафаретной печати, определяется значительным числом факторов (в ряде публикаций их насчитывается более 50).

Их можно разделить на 4 группы:

1. Свойства паст;

2. Показатели трафарета;

3. Параметры технологии нанесения, определяемые печатным устройством;

4. Параметры технологии пайки.

Т. к. свойства паст определяет изготовитель, то управление процессом нанесения зависит лишь от параметров трафарета и конструкции установки нанесения.