ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ АДГЕЗИВА

Как указывалось выше нанесение адгезива производится тремя основными методами: методом трафаретной печати, групповым переносом капель и методом капельного дозированная (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика методов нанесения адгезива

Рассмотрим особенности каждого из методов и применяемое оборудование.

Метод трафаретной печати применяется для крепления прямоугольных корпусов размером 1206 (3,05x1,5 мм) и больше. Он практически не находит применение для фиксации транзисторных корпусов (SOT), а также корпусов ИМС (SO, PLCG), для которых требуются малые размеры точек адгезива.

Метод аналогичен применяемому в технологии печатных плат. На печатную схему накладывают трафарет и адгезив равномерно наносят на определенные места печатной платы через отверстия в трафарете. Однако при своей простоте и производительности он не позволяет наносить адгезив различной высоты и его можно использовать только на ровных поверхностях. Высота нанесенного клея зависит от вязкости адгезива, а также от толщины трафарета. Трафаретный метод увеличивает расход клеевой композиции. Процесс менее гибок, так как для каждого типа плат необходимо изготовление нового трафарета. Трафаретное нанесение клея требует периодической очистки нижней стороны шаблона, так как подсохший клей препятствует точному позиционированию.

Трафареты, изготовленные из латуни, используют чаще других, потому что они являются самыми дешевыми для производителей. Для увеличения срока эксплуатации можно использовать трафарет из нержавеющей стали. Толщина трафарета определяется свойствами клея (вязкость) и расстоянием между корпусом компонента и ПП.

Для трафаретной печати применяются ручные, полуавтоматические и автоматические устройства (printer).

в ручном принтере все операции, такие, как установка платы, трафарета, нанесение адгезива, вдавливание адгезива осуществляются оператором. В конструкции предусмотрены направляющие для базирования трафарета и платы, направляющие для возвратно-поступательного движения ракиля, специальный винт для регулирования давления ракиля.

В полуавтоматическом устройстве с пульта управления оператора осуществляется установка основных параметров подачи и вдавливания адгезива (скорость и расстояние перемещения ракиля, давления вдавливания, угол наклона ракиля и др.) с возможностью их контроля в процессе работы установки. Трафарет устанавливается вручную. Более сложные устройства содержат системы визуального отображения точности совмещения платы и трафарета.

Автоматические принтеры выполняют большинство технологических контрольных операций в программно-управляемом режиме. Они эффективны для применения в средне- и крупносерийном производстве, когда необходима высокая точность нанесения адгезива (для корпусов с малым шагом выводов). Загрузка и выгрузка плат производится с помощью встроенной конвейерной системы. Все параметры печати программируются специальной программой, находящейся в памяти компьютера. Позиционирование платы и трафарета осуществляется видеоконтрольной системой.

Установлено, что наиболее оптимальной толщиной адгезива, наносимого методом трафаретной печати, является 0,2 мм. При меньшей толщине (0,15 мм) не создается необходимая прочность сцепления, чтобы удержать компонент на месте. При большей толщине (0,25 мм) может иметь место затекание адгезива на контактные площадки и дорожки. Максимальная прочность крепления компонента достигается, если адгезив выдавливается из под компонента с двух сторон на расстояние 0,5 мм. В этом случае также гарантируется незатекание адгезива на соседние проводники и контакгные площадки. Применение предварительного ультрафиолетового облучения также препятствует растеканию адгезива, так как УФ излучение быстро формирует на поверхности адгезива твердую пленку. Полное отвердение осуществляется при нагреве.

Метод капельного дозирования позволяет последовательно наносить капли различной высоты. Дозированную каплю адгезива можно наносить также и на неровную поверхность.

Суть метода заключается в том, что через специальный дозатор, представляющий собой перо диаметром 0,25—0,35 мм (рис.1.) выдавливается (пневматически, гидравлически или с помощью электрического привода) капля адгезива. Для регулировки диаметра капли обычно контролируется скорость потока жидкости.

Рис. 1 Общий вид дозатора адгезива

Для мелкосерийного производства применяются специальные ручные и полуавтоматические дозаторы. Кроме того, используются и автономные автоматические устройства.

В ручных устройствах все операции, включая позиционирование, выполняются вручную, что снижает производительность и требует высокой квалификации оператора. Применяется импульсно-пневматический метод подачи адгезива.

Полуавтоматические устройства имеют программное управление координатографом и дозирующей головкой с возможностью управления основными механизмами со встроенного пульта Привод координатографа осуществляется от шаговых или серводвигателей, имеющих высокую точность позиционирования. Установка и снятие платы выполняются вручную, прижатие к координатному столу — вакуумным присосом или механически. Точность позиционирования обеспечивается базированием по краю платы или встроенной системой визуального контроля. Точность системы должна составлять 10% от минимально­го диаметра капли. Например, если капля имеет диаметр 1,3 мм, то точность позиционирования должна составлять 0,13 мм.

Полностью автоматические капельные дозаторы обеспечивают полную автоматизацию всех операций. Они обычно встраиваются в гибкие автоматические линии ПМ. Додача плат производится с помощью конвейера. Программная перестройка всех систем на очередное изделие осуществляется с помощью встроенного или центрального компьютера. Дозаторы оснащаются системами технологического контроля режимов работы всех механизмов и устройств. Требования по точности соответствуют полуавтоматическим дозаторам. Кроме систем точного позиционирования по координатам Х и Y такие устройства имеют датчики расстояния пера дозатора от платы (лазерные, оптические и др.), что также оказывает влияние на форму капли и качество фиксации компонента. Контролируется и стабилизируется также температура адгезива, от величины которой значительно зависит его вязкость. Осуществляется автоматический выбор оптимальной тем­пературы в зависимости от марки адгезива.

Один из крупнейших производителей дозаторов припойной пасты и адгезива в мире в настоящее время — фирма CAMELOT (Великобритания). Этой фирмой разработан и выпускается самый быстрый дозатор (140 000 доз в 1 ч), оснащенный четырьмя независимыми дозирующими головками, каждая из которых имеет производительность 35 000 доз в 1 ч. На головках располагаются два шнековых дозатора, обеспечиваю­щих прецизионное нанесение материала (одновременно работает восемь дозаторов). Это повышает гибкость оборудования при нанесении различных размеров доз, материалов, например клея и пасты.

Отечественной промышленностью разработаны и выпускаются пневмодозаторы ЦДЖ-901, МДУ-1, Пульс-1, совмещенные смесители-дозаторы типа ГГМ 3.283.003 для двухкомпонентных клеев.

Перспективным устройством является полуавтоматический дозатор КН-901. Нанесение адгезива на поверхность осуществляется автоматически с позиционированием с помощью двухкоординатного шагового двигателя с управлением процессом от встроенного микропроцессора. Объем капли рассчитывается по времени истечения адгезива (могут использоваться и двухкомпонентные составы). Производительность устройства — 300 капель в 1 ч.

Метод группового переноса капель адгезива заключается в одновременном нанесении адгезива на все точки поверхности платы соблюдая нужную толщину слоя. Специальный держатель с определенно установленными иголками опускается в емкость с адгезивом, уровень которого должен быть постоянным. В зависимости от диаметра иголок забирается некоторое количество адгезива (рис.2). Далее держатель приподнимается и совмещается с печатной платой. При касании платы на ее поверхности в соответствии с топологией остаются капли адгезива. Адгезив должен обладать точно определелённой и постоянной вязкостью, поэтому к нему предъявляются повышенные требования и не все типы адгезивов им удовлетворяют. Необходимо иметь ввиду, что при таком способе объем капли может увеличиваться из-за «обрастания» иголки остатками адгезива. Поэтому необходима постоянная очистка оснастки.

1 — ванна с адгезивом; 2 — держатель с набором игл; 3 — плата печатная

Рис. 2 Нанесение адгезива методом капельного переноса:

Рассматриваемый метод наиболее эффективен для крупносерийного производства, когда объем выпускаемых однотипных изделий большой (оснастка должна изготавливаться или переналаживаться для каждой новой топологии). Оборудование, реализующее метод просто в использовании, ремонте и обслуживании, имеет сравнительно низкую стоимость.

Как уже упоминалось, отверждение адгезива осуществляется в зависимости от состава при удалении или протекании реакции полимеризации. При этом применяются два метода активации: термическая и совмещенная, облучение ультрафиолетовым излучением с последующей термической обработкой. Наиболее широко используется полимеризация при нагреве в конвекционных печах (парогазовой фазе) или в инфракрасных печах. В конвекционных печах процесс происходит при более низких температурах, но требует более длительного времени. За счет меньшей инерционности нагрева инфракрасные печи позволяют проводить полимеризацию при более высоких температурах за более короткий промежуток времени (3-5 мин. При 120-100 °С). Кроме того, эти методы успешно применяются для пайки ПМ - изделий.

Полимеризация в ультрафиолетовом излучении, как отмечалось выше, чаще всего применяется в комбинации с нагревом. При ультрафиолетовом облучении на поверхности адгезива образуется затвердевшая пленка, препятствующая его растеканию на соседние конструктивные элементы печатного монтажа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Технология поверхностного монтажа: Учеб. пособие / Кундас С.П., Достанко А.П., Ануфриев Л.П. и др. – Мн.: «Армита - Маркетинг, Менеджмент», 2000.

2. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ А.П. Достанко, В.Л.Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; Под общ. ред. А.П. Достанко. – Мн.: Выш. шк., 2002

3. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. - М., 2006.

4. Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров А.А. Монтаж микроэлектронной аппаратуры М.:Радио и связь, 2006.-176с.