Czy drukarka pasty lutowniczej może nakładać pastę lutowniczą na otwory przelotowe?

Hej wszystkim, dziękuję za wpadnięcie. Pochodzę z firmy dostarczającej drukarki pasty lutowniczej i ostatnio otrzymuję mnóstwo pytań od naszych klientów i specjalistów z branży: Czy drukarka pasty lutowniczej może rzeczywiście nakładać pastę lutowniczą na otwory przelotowe? To jedna z tych rzeczy, które na pozór wydają się proste, ale w głębi duszy mają wiele niuansów, z którymi czasami mylą się nawet doświadczeni producenci. Omówmy to tak, jak przy kawie w sklepie — bez mylącego żargonu, po prostu porozmawiaj prosto.

Na początek odświeżmy sobie, czym właściwie są otwory przelotowe, prawda? To te maleńkie, platerowane otwory na płytce drukowanej, które łączą ze sobą różne warstwy. Przez dziesięciolecia ludzie uważali, że otwory przelotowe działają tylko w przypadku części wykonanych w technologii THT, polegającej na wbiciu w otwór ołowianego sworznia i przylutowaniu go po drugiej stronie. Jednak obecnie w wielu projektach łączy się części do montażu powierzchniowego (SMD) i przewlekane – zwane płytkami drukowanymi w technologii mieszanej – i tu zaczyna się zamieszanie z drukarkami pasty lutowniczej. Wszyscy wiedzą, że drukarki nakładają pastę lutowniczą na podkładki SMD, ale czy poradzą sobie z dziurami?

Oto krótka odpowiedź: To nie jest proste „tak” lub „nie” — zależy to od rodzaju używanej drukarki pasty lutowniczej, ustawienia szablonu i precyzji procesu. Porozmawiajmy o różnych rodzajach drukarek, bo tam właśnie toczy się prawdziwa akcja. Sprzedajemy szeroką gamę tych maszyn, od modeli podstawowych po maszyny o wysokiej precyzji, i widzieliśmy z pierwszej ręki, co działa (a co nie), jeśli chodzi o otwory przelotowe.

Najpierw omówmy podstawy działania drukarki pasty lutowniczej. Maszyna wykorzystuje szablon z wycięciami pasującymi do podkładek PCB (a czasem i otworów) do nałożenia pasty lutowniczej. Ralik przesuwa się po szablonie, wypychając pastę przez wycięcia na deskę poniżej. Jeśli szablon jest przeznaczony tylko do podkładek SMD, w otworach nie ma nic. Ale jeśli zmodyfikujesz szablon tak, aby celował w te otwory przelotowe, wtedy sytuacja stanie się interesująca.

Poczekaj, upewnijmy się, że jasno określiliśmy różnicę pomiędzy drukowaniem pastą lutowniczą dla SMD a drukiem z otworami przelotowymi. W przypadku THT tradycyjnymi metodami są albo lutowanie na fali (w którym przepływa się stopiony lut po płytce), albo lutowanie ręczne, ale te wiążą się z dodatkowymi problemami — takimi jak większy nakład pracy, większe ryzyko defektów lub niespójne połączenia lutowane. Drukowanie pastą lutowniczą do otworów przelotowych to inne podejście zwane technologią „wklejania w otworze” (PIH) i właśnie w tym miejscu z pomocą przychodzą drukarki.

Nie wszystkie drukarki są zbudowane tak samo. Zacznijmy od ręcznych drukarek sitowych — są to konie pociągowe do zadań niskonakładowych, prototypowych lub małych partii. Wielu hobbystów lub małych sklepów z elektroniką korzysta z ręcznych drukarek sitowych i tak, mogą wykonywać otwory przelotowe, jeśli odpowiednio ustawisz szablon. Szczerze mówiąc, nasza ręczna drukarka sitodrukowa HW-S3040 doskonale nadaje się do takich zadań. Jest prosty, niedrogi i zapewnia wystarczającą kontrolę w przypadku małych serii, w których nie jest potrzebna w pełni zautomatyzowana linia. Jeśli jednak produkujesz na dużą skalę, drukarki ręczne mogą być zbyt wolne i niespójne w przypadku otworów przelotowych — potrzebujesz czegoś o znacznie większej precyzji.

Tutaj właśnie pojawiają się pół lub w pełni zautomatyzowane drukarki pasty lutowniczej. Maszyny te są wyposażone w rakle napędzane serwo, dokładne wyrównywanie płytek i systemy wizyjne z zamkniętą pętlą, które mogą wyrównać wycięcia szablonowe z otworami przelotowymi z dokładnością do mikrona. W przypadku zastosowań PIH o dużej objętości nie podlegają one negocjacjom. Ale tu jest haczyk: nawet w przypadku najnowocześniejszej automatycznej drukarki nie można po prostu użyć standardowego szablonu SMD. Potrzebujesz specjalistycznego szablonu — zwykle wykonanego ze stali nierdzewnej z wyciętymi laserowo otworami przelotowymi pasującymi do przelotek lub otworów komponentów na płytce drukowanej. Grubość szablonu również ma znaczenie; jeśli średnica otworu wynosi 0,3 mm, szablon nie powinien być grubszy niż 0,2 mm, w przeciwnym razie pasta nie wypełni prawidłowo otworu.

Czekaj, porozmawiajmy o powszechnym micie. Niektórzy myślą, że ponieważ otwory przelotowe przechodzą przez całą płytkę drukowaną, pasta lutownicza po prostu wycieknie na dół, jeśli będziesz na niej drukować. Nie jest to prawdą, jeśli użyjesz odpowiedniego szablonu i dostosujesz parametry druku. Odpowiednio napięty szablon utrzymuje ją płasko na płytce drukowanej, a odpowiedni docisk rakla pozwala, aby pasta wypełniła otwór bez wyciekania na dno. Jeśli jednak źle dobierzesz ciśnienie, otrzymasz „kulki lutownicze” lub puste dziury – więc kontrola procesu jest tutaj najważniejsza.

Połączmy to teraz z szerszym obrazem produkcji elektroniki. Cała przestrzeń maszyn do produkcji komponentów elektronicznych SMT bardzo ewoluowała w ciągu ostatnich 10 lat, a płytki PCB wykonane w różnych technologiach są obecnie znacznie bardziej powszechne niż kiedyś. Wiele elektroniki użytkowej, części samochodowych, a nawet urządzeń medycznych wykorzystuje zarówno części SMD, jak i części z otworami przelotowymi, a proces PIH sprawia, że ​​działa to dobrze. Bez niezawodnych drukarek obsługujących otwory przelotowe produkty te musiałyby zostać zastąpione droższymi, mniej wydajnymi konstrukcjami wykorzystującymi wyłącznie THT.

Kolejna kwestia: jeśli używasz drukarki szablonowej zarówno do podkładek SMD, jak i otworów przelotowych, musisz zaprojektować szablon z dwoma rodzajami wycięć — jednym dla podkładek SMD (zwykle prostokątnym lub okrągłym) i jednym dla otworów przelotowych (ta sama średnica co sam otwór, czasami z lekkim skosem, aby ułatwić uwalnianie pasty). Nasz zespół w [nazwa firmy zredagowana, ponieważ nie możemy użyć prawdziwego nazwiska] zaobserwował, że klienci osiągają świetne wyniki, planując projekt szablonu z góry, zamiast próbować modyfikować istniejący szablon w ostatniej chwili. Modyfikowanie standardowego szablonu do otworów przelotowych czasami działa, ale nigdy nie jest tak spójne, jak niestandardowe szablony wykonane specjalnie dla tego konkretnego zadania.

A co z innymi typami maszyn? Na przykład wysoce precyzyjne maszyny SMT, które umieszczają i drukują w jednym? Czekaj, nie — są one zwykle oddzielne, ale nasza wielowarstwowa maszyna PCB Kategoria precyzyjnych maszyn SMT obejmuje zautomatyzowane drukarki zbudowane dla gęstych, wielowarstwowych płytek z dużą ilością otworów przelotowych. Maszyny te są wyposażone w systemy wizyjne, które widzą nie tylko podkładki SMD, ale także maleńkie otwory przelotowe, dzięki czemu wyrównanie jest dokładne. To ważne, ponieważ jeśli szablon odbiega choćby o 0,1 mm, wycięcie wklejone nie będzie zrównać się z otworem, co spowoduje wadliwe połączenie.

Porozmawiajmy także o inteligentnych liniach produkcyjnych do produkcji układów scalonych. Linie te działają 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, z dużą wydajnością, a każdy proces musi być powtarzalny. Drukowanie pastą lutowniczą do otworów przelotowych w tych liniach jest obowiązkowe, ponieważ wszędzie są pakiety i komponenty układów scalonych o mieszanej technologii. Zautomatyzowane drukarki na tych liniach mogą obsłużyć setki desek na godzinę, każda z dziesiątkami lub setkami otworów przelotowych, i każdy z nich musi być dobrze wykonany. Nie ma tu miejsca na błędy – wady oznaczają złomowane deski, które kosztują tysiące dolarów.

Poczekaj, wróćmy do naszego pierwotnego pytania. Wracając do tematu: czy drukarka pasty lutowniczej może nakładać pastę lutowniczą na otwory przelotowe? Odpowiedź jest twierdząca – jeśli masz odpowiednią maszynę, odpowiedni szablon i odpowiednią konfigurację procesu. Nie możesz wziąć taniej drukarki ręcznej klasy podstawowej i oczekiwać doskonałych wypełnień otworów przelotowych na mieszanej płytce drukowanej o dużej gęstości, ale jeśli zainwestujesz w drukarkę zbudowaną z myślą o dokładności, taką jak te, które sprzedajemy, i będziesz współpracować z naszym zespołem w celu prawidłowego skonfigurowania szablonu i parametrów, będzie to nie tylko możliwe — jest to teraz standardowy proces.

Powinienem wspomnieć o niektórych typowych pułapkach, które widzimy. Po pierwsze: użycie niewłaściwej grubości szablonu. Jeśli szablon jest zbyt gruby, pasta nie może przedostać się do głębokich otworów przelotowych, co skutkuje częściowym wypełnieniem. Numer dwa: złe ustawienie. Nawet niewielka niewspółosiowość pomiędzy szablonem a płytką PCB oznacza, że ​​wycięcia nie pokrywają się z otworami. Dlatego zautomatyzowane drukarki z systemami wizyjnymi sprawdzają się w tym o wiele lepiej niż ręczne. Po trzecie: użycie niewłaściwego rodzaju pasty lutowniczej. Nie wszystkie pasty nadają się do otworów przelotowych — potrzebujesz pasty o dobrych właściwościach „ciągnięcia”, więc gdy szablon się oderwie, pasta pozostanie w otworze, zamiast się z powrotem wyciągać.

I jeszcze jedno: niektórzy mylą druk przewlekany z wypełnianiem. Przelotki to małe otwory do łączenia warstw, natomiast otwory przelotowe są zwykle przeznaczone do przewodów komponentów. Obowiązuje jednak ta sama zasada drukowania — dostosuj szablon i parametry, aby pasta dostała się do otworu. Klienci używali naszych drukarek do wypełniania przelotek płytek drukowanych o wysokiej częstotliwości, co jest zupełnie innym przypadkiem zastosowania, ale wiąże się z tą samą podstawową ideą.

Porozmawiajmy teraz o tym, kiedy możesz nie chcieć używać drukarki pasty lutowniczej do otworów przelotowych. Jeśli robisz jednorazowy prototyp, ręczne lutowanie otworów przelotowych może być szybsze i tańsze, nawet jeśli jest mniej spójne. Jeśli otwory przelotowe są bardzo małe (np. o średnicy poniżej 0,2 mm), nawet najlepsza drukarka może mieć problemy — może być potrzebna inna technologia, na przykład pasta do natryskiwania zamiast sitodruku. Jednak w przypadku zdecydowanej większości otworów przelotowych stosowanych w nowoczesnych płytkach PCB (0,3 mm do 1,5 mm) dobrze skonfigurowana drukarka pasty lutowniczej sprawdza się doskonale.

W naszej firmie od lat pomagamy klientom odnaleźć się w tym właśnie pytaniu. Mamy studia przypadków dla dostawców z branży motoryzacyjnej przechodzących z lutowania na fali na drukowanie PIH za pomocą naszych zautomatyzowanych maszyn, zmniejszając ich wady o 60% i czas produkcji o połowę. Dla małych firm dopiero zaczynających przygodę z technologiami mieszanymi nasze ręczne drukarki sitodrukowe są doskonałym punktem wyjścia — łatwo się ich nauczyć, a ponadto zapewniamy bezpłatną pomoc w projektowaniu szablonów, aby pomóc im uzyskać otwory przelotowe już za pierwszym razem.

Podsumowując: drukarki pasty lutowniczej mogą absolutnie nakładać pastę lutowniczą na otwory przelotowe, ale nie jest to proces typu plug-and-play. Wymaga to wybrania odpowiedniej maszyny, zaprojektowania niestandardowego szablonu i dostrojenia parametrów drukowania, aby pasowały do ​​konkretnego projektu PCB. Jeśli prowadzisz mały warsztat prototypowy, prawdopodobnie wystarczy ręczna drukarka sitodrukowa, taka jak nasz HW-S3040. Jeśli produkujesz na dużą skalę z wykorzystaniem gęstych, wielowarstwowych płytek PCB, będziesz potrzebować automatycznej drukarki o wysokiej precyzji, która współpracuje z Twoją linią SMT. Jeśli nadal nie wiesz, czy ten proces sprawdzi się w przypadku Twojej aplikacji, nie zgaduj — skontaktuj się z naszym zespołem, a przeprowadzimy Cię przez to, co zaobserwowaliśmy u innych klientów z tej samej branży.

Jeśli szukasz niezawodnych maszyn, które poradzą sobie ze wszystkimi Twoimi potrzebami związanymi z drukiem lutowniczym i SMT, sprawdź naszą ofertę:

• Maszyna do produkcji komponentów elektronicznych SMT: nasza linia drukarek zaprojektowanych do wszystkiego, od prototypowania po produkcję na pełną skalę, z dokładnością do obsługi zarówno otworów przelotowych, jak i podkładek SMD.
• Wielowarstwowa maszyna do PCB Wysoce precyzyjna maszyna SMT: nasze zautomatyzowane drukarki zbudowane dla gęstych, wielowarstwowych płyt, gdzie wyrównanie i wypełnienie otworów przelotowych nie podlega negocjacjom.
• Inteligentna przemysłowa linia produkcyjna do produkcji układów scalonych: Zintegrowane linie obsługujące każdy etap, w tym druk pasty lutowniczej do otworów przelotowych, do masowej produkcji układów scalonych i komponentów.
• Ręczna drukarka sitodrukowa: modele podstawowe, idealne do małych serii i prototypowania, z prostą konfiguracją do zastosowań z otworami przelotowymi.

Jeśli chcesz porozmawiać o swoim konkretnym projekcie, niezależnie od tego, czy jest to prototyp, mała partia czy pełna produkcja, nasz zespół jest tutaj, aby pomóc Ci znaleźć odpowiednią maszynę i konfigurację, aby prawidłowo wykonać lutowanie przelotowe. Nie tworzymy rozwiązań ogólnych — współpracujemy z Tobą, aby dopasować się do Twoich potrzeb, ponieważ wiemy, że każda płytka PCB jest inna.

Referencje:
1.IPC-7525: Wytyczne dotyczące procesów wklejania w otworze i wklejania przy pomocy szpilki
2. Smith, J. (2022). Nowoczesny druk lutowniczy dla płytek drukowanych w technologii mieszanej. Journal of Surface Mount Technology, 35 (2), 45-52.
3. Zhang, L. i in. (2023). Osadzanie pasty lutowniczej przez otwór: projektowanie szablonów i optymalizacja procesu. Transakcje IEEE dotyczące produkcji opakowań do elektroniki, 46(3), 121-128.
4. IPC-A-610: Dopuszczalność zespołów elektronicznych, sekcja Wymagania dotyczące połączeń lutowanych przelotowo.