Šablony upravené plazmou – cesta ke zvýšení produktivity

Výroba elektronických modulů se dnes odehrává v prostředí velkého konkurenčního boje světového trhu. Kromě silného ekonomického tlaku se projevuje i tlak zvyšující se miniaturizace a rostoucích kvalitativních nároků, které mnohdy ženou výrobní procesy až k jejich limitům. Stále častěji jsou sestavy, které byly dříve realizovány pomocí několika samostatných modulů, integrovány v jeden funkční celek. Výsledkem je rostoucí komplexnost a zvyšující se nároky na správný design. Typickou ukázkou jsou například početné výkonové moduly na velmi velkých DPS anebo kontrolní moduly s vysoce integrovanou elektronikou.

A přesně tyto příklady bývají častým zdrojem problémů. Vysoký objem pasty nutný pro silové obvody a konektory a vedle toho malé množství pasty pro kontrolní obvody s fine-pitch roztečí, μBGA apod.

Rozdílné objemy natištěné pasty lze elegantně řešit pomocí odstupňovaných šablon, které kombinují různé tloušťky v rámci jediné šablony a zároveň zajistí i opakovatelné a přesné množství pasty pro danou komponentu. K tomu se ale přidává ještě další požadavek plynoucí z malých roztečí a apertur a tím je vysoká náročnost na homogenitu tisku a minimální ulpívání pasty v otvorech šablony.

Oba posledně jmenované požadavky lze nejlépe vyřešit technologií Plasma Coatingu, která spočívá v povrchové úpravě šablony pomocí plazmy.

Výhody tiskových šablon upravených plazmou

Šablony od společnosti Christian Koenen GmbH, které jsou vyrobené s pomocí plazmy, úspěšně snižují dopad zmíněných kritických faktorů v tiskovém procesu. Stabilizace tisku následně vede k lepším a rovnoměrnějším výsledkům nátisku pasty, a tím i ke zvýšení celkové produktivity.

Další výhodou použití Plasma Coatingu je výrazně nižší frekvence čištění šablon. Plazmou vytvořená ochranná vrstva omezuje ulpívání pasty v aperturách a na spodní straně šablony, čímž zvyšuje počet tisknutelných DPS mezi cykly spodního čištění. Tím se šetří čas i čisticí média, a navíc se ještě více stabilizuje výrobní proces díky snížení „hluchých cyklů“, kdy většinou první 2–3 cykly po vyčištění spodní strany šablony nedávají optimální výsledek. Každé ušetřené spodní čištění tak nejenže zrychluje takt linky, ale přináší i menší variabilitu natištěné pasty. To znamená dvojitý přínos k celkové produktivitě výroby.

Graf na obr. 3 znázorňuje vliv frekvence spodního čištění na cyklus linky. Ukazuje, že aplikace spodního čištění po méně jak 6 tiskových cyklech je výrazně nehospodárná a velmi prodlužuje celkový takt linky.

V některých případech jsou intervaly spodního čištění nastaveny spíše „historicky“, aniž by reflektovaly skutečnou potřebu a reagovaly na změny v technologii výroby a nastavení strojů. To lze změnit za předpokladu, že se efektivita čištění a jeho vliv na kvalitu tisku pasty trvale sleduje (například pomocí SPI zařízení).

Vysoká potřeba čištění je také někdy indikací nerovného substrátu, špatně sesouhlasených pozic a/nebo špatně nastavených tiskových parametrů. V takovém případě je dobré zaměřit se přímo na příčiny daného problému, třeba i za cenu investice do lepší šablony, kterou se problém může snadno vyřešit. V každém případě se vyplatí provádět kontrolu frekvence čisticích cyklů pro výše zmíněný ekonomický přínos.

Praktická zkušenost

Dozvěděli jsme se o šablonách s Plasma Coating povrchem během Technologického dne pořádaného firmou Christian Koenen. Kromě M-TeCK sít byla metoda Plasma Coating prezentována jako nejnovější inovace. Po několika interních diskuzích jsme se rychle rozhodli tento typ šablon vyzkoušet. Během testů jsme zaznamenali následující zlepšení oproti ostatním šablonám bez této povrchové úpravy.

Uvolňování pasty z apertur se signifikantně zlepšilo, což vedlo k mnohem větší homogenitě tisku a konstantnímu objemu pasty. V závislosti na typu produktu bylo možné zdvojnásobit i ztrojnásobit počty cyklů mezi čištěním šablon. Vedle pozitivního vlivu na rychlost celé linky se výrazně snížila spotřeba čisticích médií a čisticích rolí. Během dlouhodobých testů v třísměnném provozu se neobjevil žádný negativní dopad na životnost šablony. V průběhu 4 měsíců absolvovala testovací šablona více jak 100 000 tiskových cyklů – pokaždé s kontinuálně dobrými výsledky.

Vzhledem k výborným výsledkům testů se firma Fujitsu rozhodla používat šablony s úpravou Plasma Coating pro produkty s velkým množstvím apertur (až 16 tisíc). Ve svém závodě v Augsburgu má firma Fujitsu jednu z nejmodernějších a nejsofistikovanějších výrob počítačů a datových úložišť na světě a zároveň jediný závod na výrobu počítačů v Německu. Hardwarové produkty, které se zde vyrábí, zahrnují průmyslové počítače, osobní počítače, pracovní stanice, notebooky, servery i datová úložiště.

Poznámka: Tento článek vznikl ve spolupráci s firmou IMT Technologies & Solutions s. r. o. (www.imtts.cz) a společností IMAPS.