Требования к проектированию трафаретов

КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРАФАРЕТА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПРИПОЙНОЙ ПАСТЫ НА ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ ПРИ СБОРКЕ ПЕЧАТНЫХ УЗЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ SMD-ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА 

I. Определение дозы припойной пасты для пайки поверхностно монтируемых (SMD) электронных компонентов.
Надежность паяного соединения вывода компонента и коммутационной платы определяется не только материалом и состоянием поверхности соединяемых деталей, маркой припоя, свойствами флюса и режимом пайки, но и количеством припоя. Это количество должно быть достаточным, чтобы избежать непропаев, и в то же время не быть чрезмерным, чтобы не образовывать перемычек между выводами.
При групповом монтаже компонентов с использованием припойных паст количество участвующих в формировании соединения припоя становится одним из основных показателей процесса. 
Количество припоя, необходимое для формирования паяного соединения на печатных платах, определяется взаимным расположением и геометрическими размерами контактной площадки и вывода. Для расчета требуемого количества припоя объем припоя сложной формы, получающийся после оплавления припойной пасты, разобьем на отдельные объемы простых форм (см. рисунок).

Взаимное расположение вывода компонента и контактной площадки:
1 - припой
2 - контактная площадка
3 - вывод
а - ширина вывода
b - ширина контактной площадки
с - длина контактной площадки
В - ширина компонента
H - высота компонента
V1 - V6 - отдельные объемы припоя 

Известно, что прочность соединения двух деталей при пайке будет максимальной, если зазор между ними составляет около 75 мкм. Поэтому при расчете оптимального количества припоя зазор между выводом компонента и контактной площадкой выбран именно таким. Известно также, что при пайке припой смачивает боковую поверхность вывода, образовывая вогнутую поверхность - галтель, соединяющую край контактной площадки и верхний край вывода. Для простоты расчета будем считать, что эта поверхность является плоской. Такое допущение правомерно, поскольку влечет за собой не-большое (4-16%) увеличение объема припоя, что может только улучшить прочностные характеристики паяного соединения, повысив его стойкость к циклическому воздействию температуры. С учетом принятых допущений рассчитаем объем припоя, необходимый при пайке компонентов.
Разобьем объем припоя на шесть объемов простых форм - пять вокруг проекции вывода на контактную площадку и один - под проекцией вывода. Эти объемы легко рассчитываются по формулам в соответствии с таблицей.

Расчитав по формулам все элементарные объемы и сложив их, получим оптимальный объем припоя необходимый для получения качественной пайки на данной площадке. Однако на контактные площадки наносится не припой, а паста. Объем пасты Vп можно определить следующим образом: Vп= (1,4-1,5)Vпр.

2.Расчет площади окна и толщины трафарета.

Если по вышеизложенной методике рассчитать оптимальные объемы припойной пасты и для компонентов разного размера и, приняв площадь окна трафарета равной площади контактной площадки Sпл, определить толщину трафарета hтр= Vп/ Sтр, получим для разных компонентов разную. Между тем наиболее экономичный метод нанесения припойных паст на контактные площадки метод трафаретной печати предполагает нанесение пасты сразу на все контактные площадки, т.е. предполагает приблизительно одинаковую толщину слоя пасты на любой площадке. Чтобы обеспечить одинаковую толщину нанесения при опти-мальном количестве пасты, необходимо изменять площадь нанесения припойной пасты.
Размеры окон в трафарете для конкретной платы определяются по следующей схеме.
1. Разделив оптимальный объем пасты Vп, рассчитанный по приведенной выше методике, на площадь контактной площадки конкретного компонента Sпл, получим оптимальную толщину трафарета hтр для данного компонента.
2. Рассчитаем величину hтр для всех компонентов данной платы.
3. Рассчитаем среднее значение hср всех величин hтр, полученных в п.2.
4. Рассчитаем площадь окна трафарета для контактных площадок всех компонентов платы по формуле = Vп / hср .
5. Определим размеры окон трафарета по рассчитанной Sо, учитывая, что размеры сторон окна трафарета должны быть пропорциональны размерам сторон соответствующей контактной площадки. Иногда размеры окна получаются значительно больше размеров контактной площадки. В этом случае надо уменьшить размеры окна до величин, максимально допускаемых конструкцией печатной платы. При этом следует учесть, что качество пайки не снижается, если доза припойной пасты, нанесенной на контактную площадку, составит не менее половины Vп.
6. Принимая во внимание, что абсолютно плотный контакт трафарета с платой обеспечить практически невозможно, за оптимальную толщину трафарета для данной платы можно принять величину hопт = hср / 1,5. 

(Этот документ в Word Cкачать)

Excel (Скачать)
Программа расчета окна трафарета для сплошного нанесения на ряд выводов микросхемы с малым шагом.
Необходимо проверить - соответствует ли теория практике.
В программе вносить и удалять данные можно только в ячейках, выделенных розовым цветом.