В статье описаны характеристики и функции автоматических трафаретных принтеров
на примере нового устройства YamahaYSP10.
Неотъемлемой частью большинства производственных линий поверхностного монтажа является трафаретный принтер. Несмотря на бурное развитие смежных технологий — автоматического дозирования и каплеструйного нанесения паяльной пасты, — трафаретный метод был, есть и, скорее всего, будет основным в ближайшие годы. Изготовители принтеров трафаретной печати продвинулись далеко вперед: точность, скорость и качество нанесения паяльной пасты остаются на недосягаемом для дозаторов и каплеструйных принтеров уровне. Это особенно заметно при работе с крупной серией или со сложными платами с большим количеством миниатюрных компонентов. К тому же не за горами повсеместное использование чипов дюймового типоразмера 01005, поперечный размер контактной площадки которого равен 200 мкм, в то время как минимальный диаметр точки самых современных и продвинутых каплеструйных принтеров с пьезоэлектрическим эжектором или дозаторов со шнековым клапаном составляет около 300 мкм. В статье не будут сравниваться различные технологии нанесения паяльной пасты. На эту тему вы можете найти достаточно информации в свободном доступе. Наша цель — выяснить, насколько далеко шагнули производители автоматических трафаретных принтеров и какие параметры следует учитывать при подборе оборудования. В мае 2019 года известная японская корпорация Yamaha представила мировому сообществу флагманскую модель. Предлагаем оценить характеристики современного автоматического трафаретного принтера, рассмотрев одно из самых успешных устройств подобного типа — YamahaYSP10 (рис. 1). Точностные характеристики принтера относят YSP10 к премиум-сегменту в мире трафаретных принтеров. При точности позиционировании трафарета ±10 мкм («шесть сигм») на принтере YSP10 становится возможным изготовление чипов вплоть до 008004 размером 200х100 мкм.
Следует сделать оговорку, что для работы в таком диапазоне необходим качественный трафарет, изготовленный по технологии прожигания лазером с последующей электрохимической обработкой апертур, но, учитывая точность современных лазерных установок, последнее условие не является проблематичным. Скорость цикла современных принтеров варьируется в диапазоне 10–15 с, однако в нашем примере вся процедура печати с учетом времени на очистку трафарета занимает 12 с, поскольку для сокращения времени цикла автоматическая очистка трафарета происходит с одновременной заменой и фиксацией печатной платы. Описанные характеристики хоть и считаются одними из лучших в мире, но их нельзя назвать прорывными. По-настоящему уникальным принтер YSP10 делает функция автономной переналадки. Представим классический процесс переналадки трафаретного принтера на работу с новой печатной платой:
1. Остановка принтера.
2. Выбор программы.
3. Снятие ракеля.
4. Снятие трафарета.
5. Расстановка поддерживающих пинов.
6. Установка нового трафарета.
7. Перенос паяльной пасты.
8. Выбор режима Rolling.
9. Очистка трафарета.
10. Старт.
В итоге все операции обычно занимают 10–15 мин. В принтере YamahaYSP10 реализована автоматическая переналадка, поэтому на те же процессы понадобится не более 3–5 мин! Таким образом, возможна непрерывная работа линии. Для данной функции необходимо предварительно установить трафарет, используемый при выполнении очередной производственной задачи, и принтер автоматически внесет изменения настроек для него.
Также предусмотрено и размещение трафарета с тыльной стороны машины. Это сокращает время, необходимое для его замены, поскольку операторы могут заранее провести настройку,
без остановки принтера. Голова ракеля теперь оснащена новой пластиной для приема паяльной пасты, чтобы предотвратить ее попадание на трафарет во время замены. Автоматическая функция передачи паяльной пасты полностью удаляет ее остатки с действующего шаблона и подает на вновь установленный трафарет. Это не только уменьшает расход пасты, но и позволяет использовать предварительно подготовленную смесь для следующей программы печати. И наконец, при печати функция автоматической смены пинов поддержки размещает магнитные пины в оптимальных положениях, соответствующих форме и рисунку печатной платы, огибая предварительно установленные компоненты. Это обеспечивает стабильность и повторяемость процесса для каждой программы. Отдельного упоминания заслуживает оригинальная разработка Yamaha — одиночный ракель 3S (Single Swing Squeegee). Для печати понадобится только один экземпляр этого уникального инструмента, способного изменять угол атаки с помощью сервопривода. Существует специальная программа, в которой угол атаки (45–65°, с шагом 1°) может быть установлен для каждой печатной платы. Функция очень полезна при употреблении различных типов паст и печатных плат. В отличие от двойных ракелей, на одиночном остается меньше пасты, соответственно, реже требуется замена или добавление нового материала. Эффект увеличения объема пасты чрезвычайно предсказуем при смене угла, чем и предлагается воспользоваться операторам для улучшения качества печати благодаря функции изменения угла.
Кроме того, в случае крупных компонентов часть отверстия может быть недостаточно наполненной, но за счет коррекции угла атаки этот недостаток удается устранить На рис. 2 продемонстрирована взаимосвязь угла атаки и заполнения апертуры паяльной пастой.
Важной функцией современного трафаретного принтера считается наличие вакуумной системы прижима трафарета. Сторонники каплеструйной технологии нередко заявляют о таком минусе трафаретного метода, как попадание паяльной пасты под трафарет. Однако избежать подобной неприятности довольно просто: достаточно использовать качественные материалы и правильно эксплуатировать оборудование. Если все же есть опасения, развеять их поможет функция вакуумного прижатия трафарета к плате. Вакуумное прижатие и фиксация металлического трафарета снижают влияние деформации рамки, делают процесс печати стабильным и улучшают качество. Используя вакуумную систему, можно уменьшить деформацию трафарета, высокая точность печати будет реализована даже на трафарете с плохим натяжением. Функция 2D-инспекции паяльной пасты
уже стала стандартной для большинства автоматических принтеров, она прекрасно справляется с обнаружением всех основных дефектов на ранней стадии: наличие/отсутствие пасты, недостаток/переизбыток пасты, образование перемычек, смещение. Кроме того, функция автоматически подстраивает программу печати. Систему контроля паяльной пасты на YSP10 можно сравнить с хорошей отдельно стоящей SPI (Solder Paste Inspection) системой инспекции паяльной пасты. Являясь важным звеном производственной линии, любой автоматический трафаретный принтер должен контролировать качество нанесения паяльной пасты. YamahaYSP10
не ограничивается визуальной 2D-инспекцией и предлагает своим клиентам расширенную опцию — функцию контроля стабильности печати PSC (Print Stability Control). Заключается она в том, что принтер поддерживает определенное количество нужной смеси на трафарете, измеряя объем валика пасты и автоматически добавляя ее из специального шприца или полукилограммового контейнера.
Признаком продвинутого автоматического
принтера служит функция программного контроля времени жизни расходных материалов и комплектующих: YSP10 предлагает пользователям вносить в базу сведения о паяльной пасте, ракеле и трафарете для отслеживания превышения срока годности и прогнозирования износа. Система запоминает данные при считывании штрихкода.
Надеемся, что, прочитав статью, вы будете предъявлять правильные и нужные требования к новому оборудованию, ведь нанесение паяльной пасты является наиболее важной операцией с точки зрения обеспечения качественного паяного соединения и надежности конечного изделия. Лидирующие мировые производители не первый год соревнуются в усовершенствовании характеристик трафаретных принтеров, и наша задача фильтровать настоящие инновации от маркетинговых уловок и разбираться в применимости на отечественных производствах.
Автор: Григорий Гетьман
#технологическоеоборудование #универсалприбор #трафаретнаяпечать