Уважаемые пользователи! Приглашаем Вас на обновленный сайт проекта: https://industry-hunter.com/
Нанесение материалов дозированием. Часть III - ЭЛИНФОРМ
Информационный портал по технологиям производства электроники
Нанесение материалов дозированием. Часть III - ЭЛИНФОРМ
На главную страницу Обратная связь Карта сайта

Скоро!

Событий нет.
Главная » Техническая информация » Статьи » Нанесение материалов дозированием. Часть III
18 октября 2007

Нанесение материалов дозированием. Часть III

Оглавление:
  1. Нанесение материалов дозированием
  2. Нанесение материалов дозированием. Часть II
  3. Нанесение материалов дозированием. Часть III
Уровень материала в шприце

Понижение уровня вызывает изменение силы трения пасты по стенкам резервуара-шприца – следовательно, изменяется давление, которое нужно приложить для создания равномерного потока материала. Вследствие этого, размер наносимой дозы может измениться на 10% при переходе от полного шприца к пустому [20]. Этот эффект более заметен при использовании небольших значений постоянного давления.

Выбор двигателя для вращения шнека

Некоторые модели шнековых дозаторов оснащены электродвигателем постоянного тока. Однако, такой двигатель менее пригоден для точного дозирования вследствие колебаний скорости при старте и остановке. В более совершенных моделях применяется бесщеточный серводвигатель в комбинации с энкодером, обеспечивающим точный контроль поворота шнека (каждый оборот шнека поделен на ~57000 сегментов) [15].

Техническое обслуживание

Рекомендации по техническому обслуживанию различаются в зависимости от производителей и моделей дозаторов, однако существуют общие правила. После окончания использования либо при паузе на более чем несколько часов необходимо снять наконечник и одеть на дозатор не пропускающую воздух насадку – это предохранит пасту от деградации на воздухе. Следует помнить о том, что в наконечнике паста со временем затвердевает, и тем быстрее, чем меньше диаметр наконечника.

Наиболее частая процедура – промывка дозатора. Рекомендуется это делать после 48 часов работы, чтобы удалить старые частицы пасты и металлические продукты износа. Если дозатор не использовался день или больше, это поможет предохранить пасту от засыхания в нем при достаточно высокой температуре окружающей среды.

Еженедельно необходимо разбирать и чистить дозатор растворителем, рекомендованным производителем.

Достоинства
  1. Более широкий диапазон наносимых доз и более точный контроль повторяемости и объемов, чем в случае применения пневматических дозаторов. При правильной настройке, шнековый дозатор может выдавать дозы материала с повторяемостью вплоть до 5% [18].
  2. Простота программной настройки величины дозы, пропорциональность объема наносимой дозы времени поворота шнека.
  3. Гибкость, широкий круг наносимых материалов.
  4. Относительно невысокая стоимость.
Ограничения, присущие шнековым дозаторам
  1. Меньшая производительность при нанесении больших доз, так как выдача дозы прямо пропорционально времени поворота шнека. Наибольшую скорость такие дозаторы обеспечивают при нанесении малых и средних по размеру доз.
  2. Малый размер доз ограничен временем срабатывания двигателей и муфт при включении/выключении (для электрического и механического срабатывания это время составляет около 10 мс). Если время срабатывания дозатора приближается к этому значению, стабильность нанесения доз значительно снижается. Уменьшение питающего напряжения снижает скорость двигателя, что увеличивает разрешение при повороте шнека и увеличивает гибкость применения шнековых дозаторов в случае приближения к пределу времени срабатывания. Однако при снижении напряжения уменьшается момент, развиваемый двигателем, что может привести к остановке мотора [20].

Поршневые дозаторы

Основой конструкции этих дозаторов является поршневой насос прямого вытеснения. Типовая поршневая система имеет одинарный поршень, который осуществляет точное вертикальное перемещение с помощью сервопривода постоянного тока и датчика положения. Поршень изменяет объем дозирующего резервуара, который заполняется из шприца. Движение поршня в резервуаре вызывает эквивалентную подачу материала через наконечник (рис. 11). Применяются различные методы управления клапанами между впускным отверстием в дозирующий резервуар, шприцем и выпускным отверстием. Когда поршень находится в верхнем положении, к верхней части шприца с материалом прикладывается постоянное низкое давление, обычно равное 2 – 15 psi (0,13 – 1 атм.) [9], при этом материал заполняет дозирующий резервуар. Когда поршень двигается вниз, входное отверстие в резервуар закрывается, и капля материала выходит из наконечника и падает на ПП. Обычно такие дозаторы используются для материалов со средней и высокой вязкостью, например, для нанесения адгезивов. Существуют различные конструкции поршневых дозаторов, но все из них наносят одну каплю материала в один момент времени. Нанесение дозы необходимого объема осуществляется наслоением капель одна поверх другой. Вследствие этого, процесс дозирования легко контролируется.

Поршевые дозаторы

Рис. 11. Поршевые дозаторы: а) конструкция; б) автоматическая дозирующая головка. Рисунок из [36].
 

Существуют две базовые конструкции поршневых дозаторов, различающиеся механизмами привода поршня: используется электродвигатель либо электромагнитное управление. В последних поднятие подпружиненного поршня осуществляется посредством электромагнитного клапана. Технология с электромагнитным управлением существенно быстрее, чем с двигателем, и позволяет в общем случае наносить меньшие дозы [9]. С ее помощью наносятся материалы с высокой вязкостью, включая и паяльные пасты.

Рекомендуется производить ежедневную очистку наконечника и еженедельную – насоса [21].

Проблема сжимаемости

Пневматические дозаторы, как и шнековые, перед началом нанесения материала сжимают весь объем резервуара. После снятия давления сжатый материал стремится вернуться в прежнее состояние, что оборачивается капанием его из наконечника либо нестабильными размерами наносимой дозы. Этой проблемы лишены поршневые дозаторы, которые сжимают только тот объем, который будет непосредственно нанесен. Проблема в меньшей степени характерна для свинцовосодержащих припоев, но актуальна для бессвинцовых.

Проблема пузырьков воздуха

Воздух, попавший в шприц или рабочую камеру, и подвергшийся затем сдавливанию, стремиться покинуть ее и соединиться с атмосферой. Единственным выходным отверстием является отверстие наконечника. В конструкции дозаторов применяются механизмы точной отсечки, которые запирают выходное отверстие, когда дозирование непосредственно не производится. Поршневые дозаторы чувствительны к пузырькам воздуха.

Достоинства
  1. Ограниченный набор критичных параметров процесса. Объем наносимой дозы определяется, фактически, лишь диаметром цилиндра и ходом поршня.
  2. Точность и повторяемость наносимых доз не зависят от вязкости материала, температуры, изменения давления. Дозатор хорошо подходит для приложений, требующих исключительной точности дозируемых объемов.
  3. Масса наносимого материала также хорошо контролируется, если наличествует система весовой калибровки, корректирующая любые возможные изменения плотности материала. Так как очень сложно точно измерить объем малых доз, большинство калибровочных систем измеряет разницу в массе тестовой подложки между состоянием до и после нанесения.
  4. Имеют встроенную систему контроля температуры. Объемная точность нанесения при этом составляет обычно ±1% [2].
  5. Для этого типа дозаторов при его правильной настройке (в соответствии с вязкостью материала) в меньшей степени свойственно оставление тяжей.
  6. Сжатие исключительно наносимого объема.
Недостатки
  1. Максимальное количество материала, которое можно нанести непрерывно, за один прием, ограничено ходом поршня.
  2. Система не может производить дозирование в то время, пока рабочий резервуар заполняется материалом, и вынуждена простаивать. Для минимизации времени простоя применяют, например, двухпоршневые системы. Наиболее сложные системы используют 3 поршня, приводимые единым кулачком. При этом переход от одного к другому поршню осуществляется плавно, и один из них всегда находится в процессе дозирования, обеспечивая длительный и непрерывный поток материала.
  3. Поршневые дозаторы более дорогие, чем шнековые и пневматические.
  4. Методы очистки этих дозаторов также более сложные, чем применяемые для шнековых и пневматических систем.

Характер воздействия поршневого дозатора предохраняет неоднородные материалы, такие, как паяльная паста, от расслоения. Хотя этот вид дозаторов может наносить большие объемы материала, наилучшим образом его преимущества раскрываются при нанесении малых доз. Обычно данные системы используются в приложениях, когда важна точность нанесения и повторяемость малых доз, в особенности – в сборках с высокой плотностью компоновки.

Струйные дозаторы

Струйное дозирование – один из новейших методов, активно развивающихся в настоящее время.

В рабочей камере, заполненной материалом и оснащенной подогревом для контроля и управления вязкостью, перемещается подпружиненная игла с шариком на конце. Шарик поднимается, и пространство под ним заполняется пастой. При опускании шарика на седло капля материала падает на ПП с высоты от 1 до 3,5 мм (рис. 12). Процесс повторяется циклически с большой скоростью. В этом отличие от прочих методов, где процесс переноса материала происходит непосредственно в процессе выдержки дозатора над позицией нанесения и смачивания материала подложки, в результате чего дозируемый материал находится в контакте как с наконечником, так и с платой. По данным [7], применение струйной головки дает преимущество в скорости нанесения от 10 до 50%, при той же или лучшей стабильности объемов наносимых доз.

Струйные дозаторы

Рис. 12. Струйные дозаторы: а) конструкция; б) принцип действия; в) автоматическая дозирующая головка. Рисунки из [6,38].
 

Достоинства
  1. Отсутствует необходимость в перемещении оси Z, занимающее значительное время. Высокая производительность поршневых и пр. систем чаще всего реализуется при постоянных малых дозах. В реальном процессе существует необходимость в нанесении, как правило, различного размера доз. В традиционных методах шприцевого дозирования после нанесения очередной порции материала он остается прикрепленным как к наконечнику, так и к плате, и для его отрыва используется сила поверхностного натяжения платы и гравитация (при подъеме наконечника). В струйных дозаторах такой необходимости нет – дозирование осуществляется бесконтактным способом.
  2. Высокая скорость нанесения. Струйный наконечник диаметром 100 мкм с зазором между ним и ПП в 2 мм и длиной наконечника 0,5 мм, может обеспечить скорость потока в 5 раз быстрее, чем при использовании прочих методов [5]. Типичный промежуток времени между нанесением двух доз составляет 15 мс, в то время как при традиционных методах – до 90 мс [6].
  3. Дозатор наносит дозы определенного размера, которая заложена при настройке головки. Большие дозы получаются нанесением маленьких доз одну на другую. Нет необходимости в смене наконечников либо внедрении головки с несколькими различными дозаторами.
  4. Возможность осуществить дозирование в позицию, где трудно поместить наконечник контактного дозирования.
  5. Нет необходимости в поддержке ПП снизу, замене износившихся наконечников, осуществлении механического зазора между ПП и наконечником. Метод независим от геометрии поверхности ПП. Единообразие и форма доз не зависит от различий в поверхностном натяжении материалов подложки и наконечника, изменений плоскостности ПП, так как с ней не осуществляется непосредственный контакт.
Недостатки
  1. Довольно сложный процесс очистки – необходима разборка устройства. Применяются автоматизированные системы очистки.
  2. Основной недостаток – невозможность наносить материалы, подобные паяльным пастам. Частицы припоя «отчеканиваются» при действии шарика, что в итоге приводит к закупорке дозатора и требует постоянного участия оператора. Для паст в настоящее время предпочтительным является использование шнековых дозаторов [6].

Типовые проблемы

В заключение следует остановиться на двух специфических проблемах дозирования, не рассмотренных в предшествующих разделах.

  1. Сателлиты – маленькие отдельные точки материала, окружающие основную дозу. В контактных способах нанесения это, как правило, результат образования тяжей либо обламывания иглы наконечника; в бесконтактных – неправильно установленного зазора. Важно правильно настроить датчик положения наконечника.
  2. «Эффект попкорна» – результат попадания воздуха или влаги в материал с образованием пузырьков, и схлопывание этого пузырька в процессе оплавления пасты (либо отверждения клея). Как правило, появление пузырей – результат неправильного хранение пасты либо использования просроченных материалов.

Оборудование для дозирования

По степени автоматизации оборудование для дозирования можно разделить на ручное, полуавтоматическое и автоматизированное.

В первых трех рассмотренных методах для нанесения каждой дозы материала осуществляется перемещение дозирующей головки по осям X, Y и Z над неподвижной печатной платой; в струйном дозировании необходимость перемещении головки по оси Z отсутствует.

Ручные дозаторы

Данный класс устройств предназначен для использования в лабораторных условиях, единичном и мелкосерийном производстве. Самый простой вариант реализации – ручной пистолет-дозатор под шприц с кнопкой, нажатие на которую определяет время приложения давления к дозируемому материалу (рис. 13а). Такие пистолеты выпускают под различные размеры шприцев. Более сложная система дозирования – цифровой пневмодозатор, выполненный в виде настольного блока управления с подключаемым шприцем (рис. 13б). В процессе работы оператор держит шприц в руке и контролирует продолжительность приложения давления с помощью ножной педали либо кнопки, установленной непосредственно на шприце (рис. 13в). Дозаторы могут быть оснащены цифровым таймером для точной дозировки и повторяемости доз материала (диапазон таймера – от ~0,008 до 100 с), а также дополнительными функциями: запоминанием программ нанесения определенных доз материала, обеспечением разряжения в паузах между циклами дозирования для предотвращения капания, возможностью подсоединения вакуумного пинцета для установки SMD-компонентов, выносным бесшумным компрессором для работы без подключения к внешней пневмосети. Максимальное рабочее давление таких дозаторов доходит до ~7 бар [39].

Ручные дозаторы

Рис. 13. Ручные дозаторы: а) дозатор-пистолет; б) цифровой пневмодозатор; в) кнопка на шприце вместо ножной педали. Фото из [39].
 

Полуавтоматические дозаторы

Как правило, такие дозаторы входят в оснащение полуавтоматических устройств монтажа компонентов (рис. 14). В них опциональная дозирующая головка перемещается оператором с помощью пантографа, а ее положение в ряде устройств можно наблюдать на системном мониторе. Такие устройства оснащаются пневматическими дозаторами, простыми либо с микропроцессорным контролем температуры и объема материала в шприце для более точного и повторяемого процесса дозирования. Система блокировки перемещения головки по осям X, Y облегчает точное вертикальное перемещение головки. Дозатор включается в момент касания иглой поверхности ПП [40].

Полуавтоматический дозатор в составе полуавтомата для монтажа компонентов

Рис. 14. Полуавтоматический дозатор в составе полуавтомата для монтажа компонентов. Фото из [40].
 

Автоматизированные системы дозирования

Эти устройства подразделяются на несколько категорий – от настольных ситем начального уровня до высокопроизводительных автоматов, встраиваемых в линию (рис. 15). Все данные системы оснащаются как пневматическими дозаторами, так и более точными и надежными шнековыми и поршневыми устройствами дозирования. В ряде систем применяются бесконтактные струйные дозирующие головки либо их аналоги в соответствии с запатентованной технологией конкретного производителя (например, DispenseJet от Asymtek или SmartStream от Speedline Technologies).

Автоматизированные системы дозирования

Рис. 15. Автоматизированные системы дозирования: а) начального уровня; б) высокопроизводительный автомат. Фото из [41,42].
 

Для точного перемещения дозирующей головки в позицию нанесения материала автоматы, как и системы монтажа компонентов, используют, как правило, бесщеточные двигатели постоянного тока с обратной связью или линейные приводы. Ускорения головок достигают 1-2 g, скорости по всем трем координатным осям – 0,5-1 м/c. Возможное перемещение головки по оси Z достигает 100 мм. Для компенсации погрешностей координатной системы автомата и печатной платы применяются системы калибровки и технического зрения. Важное значение имеет точная фиксация ПП в рабочей зоне автомата. Также имеет место дооснащение автоматов поверхностного монтажа опциональной дозирующей головкой.

Производительность автоматизированного оборудования для дозирования находится в диапазоне от ~12000 доз/ч у систем начального уровня до ~50000 доз/ч при применении струйных дозирующих головок. Автоматические системы пневматического дозирования обеспечивают производительность до ~40000 доз/ч [19]. Производительность автомата может быть увеличена путем установки нескольких дозирующих головок на одном портале, а также использования многопортальных автоматов. Типичный объем наносимых доз у поршневых дозаторов находится в диапазоне от 0,002 до 2 мл [36], точность нанесения доз составляет от 1 до 3% (3σ). Точность перемещения головок составляет ~0,025 – 0,075 мм (3σ), повторяемость: ~0,025 – 0,050 мм (3σ).

Системы оснащаются устройствами подогрева дозирующего наконечника, контроля температуры и уровня материала в шприце; механическими и лазерными датчиками высоты наконечника; станциями очистки дозаторов (рис. 16); системами импорта CAD-данных.

Станция автоматической очистки дозирующих устройств

Рис. 16. Станция автоматической очистки дозирующих устройств. Фото из [1].
 

Заключение

Системы и методы нанесения материалов дозированием, применяемые в производстве электроники, отличаются очень большим разнообразием. Это связано как с особенностями нанесения материалов различного состава и свойств, так и с конструкторско-технологическими отличиями изделий и их составных частей. Данная статья содержит лишь краткий обзор наиболее распространенных методов. Отдельные способы дозирования будут рассматриваться более детально в специализированных статьях.

Список использованных источников

Статьи и технические руководства

  1. Tom Prentice. A Brief Comparison of Dispensing Technologies/ Chip Scale Review – January/February 2005.
    www.speedlinetechnologies.com
  2. Joe Vella Ottosen, Brian Sloth Bentzen. SMT adhesive dispensing/SMT in FOCUS – 2002.
    www.epotek.com
  3. Alec J. Babiarz. Jetting for semiconductor and electronic component packaging/Global SMT & Packaging – Vol. 7, No. 4. April 2007.
    www.trafalgar2.com
  4. Al Lewis. Jetting: Dispense Technology of Choice for Adhesives/SURFACE MOUNT TECHNOLOGY – March 2006.
    www.asymtek.com
  5. Dan Ashley, Al Lewis. Successful Jetting in SMT/SURFACE MOUNT TECHNOLOGY – May 2007.
    www.asymtek.com
  6. Anthony F. “Frank” Piracci. Practical Production Applications for Jetting Technology/Asymtek – March, 2000.
    www.asymtek.com
  7. Christian Q. Ness, Alan R. Lewis. Best Practices in Surface Mount Adhesive Dispensing/Asymtek – February, 1999.
    www.asymtek.com
  8. ЗАО Предприятие ОСТЕК. Рекомендации по применению паяльных паст.
    www.ostec-smt.ru
  9. Matching Fluid Dispensers To Materials for Electronics Applications/Creative Automation Company.
    www.creativedispensing.com
  10. Gary Helmers. From Cave Painting to Digital Dispensing/Advanced Packaging – February, 2004.
    ap.pennnet.com
  11. Gary Helmers. Aspects of Microdispensing/Surface Mount Technology (SMT) – August, 2004.
    ap.pennnet.com
  12. Richard Jefferson, Steven R. Marongelli. A Rough Guide to Tiny Dots/Surface Mount Technology (SMT) – November, 2001.
    smt.pennnet.com
  13. Barry Burns, Jeff Bowin, Robert Ward. Step 5: Adhesives, Epoxies and Dispensing/Surface Mount Technology (SMT) – May, 2002.
    smt.pennnet.com
  14. Marc Cortez. Automating the Dispensing Process/Surface Mount Technology (SMT) – February, 2001.
    smt.pennnet.com
  15. Russ Peek. The Dawn of Micro-Dispensing/GPD Global – July 2001.
    www.gpd-global.com
  16. True Volume™ Piston Positive Displacement Pump/Creative Automation Company.
    www.creativedispensing.com
  17. Air Powered Dispensing/EFD Inc. – 2003.
    www.efd-inc.com
  18. Auger Valve Dispensing/EFD Inc. – 2003.
    www.efd-inc.com
  19. Douglass Dixon. Time Pressure Dispensing/Universal Instruments Corporation.
    www3.uic.com
  20. Douglass Dixon. Archimedes Pumps/Universal Instruments Corporation.
    www3.uic.com
  21. Douglass Dixon. Positive Displacement Piston Pump/Universal Instruments Corporation.
    www3.uic.com
  22. Douglass Dixon, Joel Kazalski, Frank Murch and Steve Marongelli. Practical Issues Concerning Dispensing End Effectors/Universal Instruments Corporation.
    www3.uic.com
  23. Frank Murch, Douglass Dixon, Maurice Davis III. Issues for the Practical Production Use of Dispensing Technologies/Universal Instruments Corporation.
    www3.uic.com

Паяльные пасты для дозирования

  1. Indium NC-SMQ®51SC Solder Paste/Indium Corporation.
    www.indium.com
  2. Indium RMA-SMQ®51AC Solder Paste/Indium Corporation.
    www.indium.com
  3. Indium 9.72 Die Attach Solder Paste/Indium Corporation.
    www.indium.com
  4. User‘s guidelines Cobar No-Clean Solder Paste SnPb G-Series/Cobar Europe BV.
    www.cobar.com
  5. EnviroMarkTTM 900 Dispensable No-Clean Solder Paste for Lead-free Alloys/Kester.
    www.kester.com
  6. R276 Dispensable No-Clean Solder Paste for Leaded Alloys/Kester.
    www.kester.com
  7. R276 Dispensable No-Clean Solder Paste for Lead-free Alloys/Kester.
    www.kester.com
  8. R500 Dispensable Water Soluble Solder Paste/Kester.
    www.kester.com
  9. R505 Dispensable Water Soluble Solder Paste/Kester.
    www.kester.com

Наконечники для дозирования

  1. Precision dispense tips/EFD, Inc.
    www.efd-inc.com
  2. KAHNETICS FLUID DISPENSING SYSTEMS. Needles/Action Electronics.
    www.action-electronics.com
  3. ZEPHYRTRONICS® DISPENSING NEEDLE TIPS/JTI, Inc.
    www.zeph.com

Оборудование для дозирования

  1. SPECIFICATIONS: DP-3000 SERIES LINEAR PUMP/Asymtek – 2000.
    www.asymtek.com (html),
    www.asymtek.com (pdf)
  2. PRODUCT INFORMATION: DP-7000 SERIES PUMP/Asymtek – 09/2006.
    www.asymtek.com (html),
    www.asymtek.com (pdf)
  3. PRODUCT INFORMATION: DISPENSE JET DJ-9000 JET/Asymtek – 11/2006.
    www.asymtek.com (html),
    www.asymtek.com (pdf)
  4. Ручные дозаторы OKI International.
    www.okinternational.com (ts900),
    www.okinternational.com (dx9010),
    www.okinternational.com (dx200)
  5. Полуавтомат для дозирования/установки компонентов SM-902/Fritsch.
    www.fritsch-smt.com
  6. DISPENSEMATE® 583/585/ Asymtek.
    www.asymtek.com
  7. AXIOM™ X-1010 SERIES/Asymtek.
    www.asymtek.com
  8. SmartStream™. Non-Contact Dispense Pump/Speedline Technologies.
    www.speedlinetechnologies.com
  9. XyflexPro® DLM Dispensing System/Speedline Technologies.
    www.gps-technologies.com
Страницы статьи: 1  2  3 



Последние новости

АРПЭ провела практическую конференцию "Экспорт российской электроники"
подробнее
Портфельная компания РОСНАНО «РСТ-Инвент» разработала RFID-метки нового поколения WinnyTag Duo
подробнее
Научно-технический семинар «Электромагнитная совместимость. Испытательные комплексы для сертификационных и предварительных испытаний военного, авиационного и гражданского оборудования»
подробнее
Официальное представительство Корпорации Microsemi примет участие в выставке «ЭкспоЭлектроника» 2018
подробнее
Новое оборудование в Технопарке Зубово
подробнее
Избраны органы управления Технологической платформы «СВЧ технологии»
подробнее
«Рязанский Радиозавод» внедряет инструменты бережливого производства
подробнее
© “Элинформ” 2007-2022.
Информационный портал для производителей электроники:
монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства