Нанесение маркировки прямым струйно-капельным методом

Михаил Однодворцев

Выбирай умом, а не сердцем!

У производителей печатных плат, в частности, имеющих государственный заказ (в том числе и на конечное изделие двойного применения), бытует мнение, что главное — это получить конечный результат, то есть изготовить требуемую печатную плату или изделие, удовлетворяющее требованиям заказчика, особенно если под этот заказ выделяются финансы для модернизации производства под новое изделие. А вопрос экономической эффективности производства отходит на второй план. Конечно, очень трудно оценить экономическую отдачу
от ракет, танков, самолетов, кораблей, спутников и т. д., но необходимо разумно отнестись к выбору технологических процессов и соответствующего оборудования, принимая во внимание, что размер выделяемых финансовых средств все-таки ограничен.

Правильный выбор технологических процессов и необходимого для них оборудования при модернизации производства или создании нового может позволить эффективно решить вопрос изготовления нового изделия и образовать большой задел на будущее по производительности на многих технологических операциях, а также по классу точности изготавливаемых печатных плат с возрастающими требованиями к их конструкции и надежности.

Рис.1

Кроме всего прочего, многие производители печатных плат «боятся» новых технологических процессов, так как стандартные, классические процессы уже отработаны на производстве, а новые требуют не только внедрения, но и обучения персонала производственного участка, а нередко и утверждения данного процесса у представителя заказчика.

Некоторые технологические операции, в том числе и нанесение маркировки (рис. 1), не влияют на конструкцию, а следовательно, и на надежность печатной платы и могут быть беспрепятственно утверждены у представителя заказчика. Эта особенность некоторых технологических операций дает возможность изготовителю печатных плат рассматривать более широкий спектр различных вариантов технологических процессов и соответствующего технологического оборудования для получения качественного конечного результата.

Классический вариант технологического процесса получения маркировки печатных плат — это получение изображения методом трафаретной печати, нанесение маркировочной краски с помощью ракеля на установке трафаретной печати (рис. 2) через трафаретную печатную форму (ТПФ) на печатную плату. Этот технологический процесс и будет в дальнейшем сравниваться с новым процессом прямого струйно-капельного нанесения маркировочной краски на печатную плату.

Вариант нанесения фоточувствительной маркировочной краски через сетчатый трафарет на печатную плату будем считать частным случаем получения изображения методом трафаретной печати, применимым только для прототипного производства печатных плат, и из дальнейшего рассмотрения в качестве отдельного и независимого способа получения маркировочного изображения исключим. Хотя, надо признать, данный способ получения маркировочного изображения на печатных платах имеет полное право на существование и достоин отдельной
публикации.

Далее мы проведем сравнение прямого струйно-капельного метода нанесения маркировки на примере установок серии NewPrint фирмы New System (рис. 3-4, табл. 1-2) и технологии получения изображения методом трафаретной печати на примере комплекта оборудования, позволяющего получать маркировку на заготовке размером 610×457 мм.

Технологические операции формирования маркировки. Время технологического цикла изготовления

Время подготовки и нанесения маркировки различными методами на стандартную заготовку размером 610×457 мм показано в таблице 3. Обратите внимание, что время прямого нанесения маркировочной краски ка-пельно-струйным методом указано вместе с временем УФ-сушки, потому что данная операция выполняется практически одновременно в одном цикле с нанесением маркировочной краски, так как модуль УФ-сушки

встроен в установку и находится рядом с подвижной печатающей головкой.

Как видно из таблицы 3, время формирования маркировки (поз. 4 и поз. 5) для обоих методов практически одинаково, что позволяет утверждать, что оба метода имеют практически одинаковую производительность на этапе формирования маркировки печатных плат. Но существенным их различием является значительное время подготовки и изготовления ТПФ при нанесении маркировки трафаретной печатью, что значительно ухудшает гибкость данного метода для многономенклатурного производства. Отсутствие технологических

* Данная величина взята из опыта работы, хотя в полиграфической промышленности для гарантии целостности линии принято значение 300 мкм, что не является необходимым требованием для маркировки печатных плат

операций для изготовления фотошаблонов и ТПФ при прямом струйно-капельном методе нанесения маркировки позволяет использовать его в любом производстве, в том числе и в многономенклатурном.

Технические характеристики и параметры получаемого маркировочного изображения

Из таблицы 4 видно, что струйно-капель-ный метод прямого нанесения значительно выигрывает у трафаретной печати по точности позиционирования и получению минимальной ширины проводника, что может указывать на невозможность применения трафаретной печати для маркировки печатных плат высокого класса точности. Кроме того, некоторой сложностью может явиться получение ТПФ с топологией, необходимой для получения минимальной ширины линии и зазоров, так как необходимо учитывать допуски на размеры элементов рисунка на
фотошаблоне (для процесса проявления ТПФ), а также возможного растекания маркировочной краски при трафаретной печати через ТПФ. Установка Legend Printer лишена данных недостатков, так как имеет прямое высокоточное струйно-капельное нанесение маркировки и одновременную УФ-сушку сразу после нанесения маркировки. Установка имеет программируемые настройки на различную ширину линий и зазоров, что позволяет применять ее для печатных плат как высокого, так и низкого класса, используя низкое разрешение печати и тем самым
увеличивая скорость нанесения маркировки.

Стоит отметить, что эти преимущества прямого струйно-капельного формирования изображения фирма New System применила для формирования защитной паяльной маски и прямого нанесения резиста для получения топологии проводящего слоя, реализовав эти решения в своих установках Solder Mask Printer и Etch Resist Printer соответственно. Технологические решения, использованные в этих установках, имеют свои преимущества и недостатки, с которыми мы постараемся познакомить вас в следующих статьях.

Площади производственных помещений. Вентиляция и вытяжные системы. Отходы

Для трафаретной печати необходимо следующее оборудование:

• фотоплоттер;
• проявочный процессор;
• оборудование для контроля фотошаблонов;
• оборудование для резки фотопленки;
• шкаф для хранения фотошаблонов;
• устройство натяжения сеток;
• установка нанесения эмульсии;
• сушильный шкаф для ТПФ;
• установка экспонирования ТПФ;
• установка проявления ТПФ;
• шкаф для хранения ТПФ;
• установка заточки ракелей;
• установка УФ-дубления маркировки;
• установка нанесения маркировки. Невозможность использования оборудования для изготовления ТПФ и трафаретной печати в одном помещении вынуждает изготовителей печатных плат размещать его на разных участках производства, а это площади, которые можно было бы сэкономить (табл. 5).

На участок трафаретной печати накладываются почти такие же требования по взрыво-и пожаробезопасности, как на участок лакокрасочных покрытий, с вытекающими отсюда требованиями к расположению помещений, пожарной охране и охране труда. Струй-но-капельный метод нанесения маркировки не имеет никаких отходов материалов и растворов (табл. 6), что делает его исключительно чистым процессом и позволяет использовать соответствующее оборудование в помещении
с обычными требованиями по пожаро- и взры-вобезопасности, а также с более низкими требованиями по охране труда.

Использование большого количества оборудования и различные технологические процессы при трафаретной печати требуют применения разных вытяжных и вентиляционных систем (табл. 7).

Кроме того, не стоит забывать о поддержании необходимой температуры и влажности в этих помещениях, что приводит в итоге к увеличению энергозатрат на участках трафаретной печати по сравнению с помещением, где установлена только установка прямого струйно-капельного нанесения маркировки.

Сравнение расходов

Все перечисленные выше преимущества оборудования фирмы New System для прямого струйно-капельного нанесения маркировки относятся к технической и технологической области, но является ли использование данного оборудования в производстве печатных плат экономически оправданным? Наш ответ: да, является!

Мы провели расчет прямых расходов и себестоимости маркировки на 1 дм² заготовки для трафаретной печати и прямого струйно-капельного метода, а также спланировали амортизационные отчисления на 5 лет (табл. 9). Исходные данные для расчетов приведены в таблице 8.

Наглядно зависимость себестоимости маркировки от количества типов плат для двух различных методов представлена на графике. Если номенклатура изделий, то есть количество типов печатных плат при типичных параметрах производства превышает 250 в год, то применение прямого струйно-капельного нанесения маркировки становится более рентабельным, чем трафаретная печать.

График изменения себестоимости маркировки, нанесенной на 1 дм² заготовки, при трафаретной печати и прямом струйно-капель-ном нанесении в зависимости от количества типов печатных плат показан на рис. 5.

Выводы

Для тех, у кого хватило терпения дочитать до конца, или для тех, кто любит читать с конца статьи.

Установки прямого струйно-капельного нанесения маркировки отличаются высоким разрешением печати и точностью позицио-

нирования, высокой скоростью формирования рисунка маркировки, чистотой технологического процесса и отсутствием химических отходов и материалов. Эта технология позволяет минимизировать трудозатраты, затраты на энергоресурсы и использовать минимальные производственные площади с обычными значениями температуры и влажности. А самое важное — стоимость оборудования позволяет ему окупиться в короткие сроки.

Все вышеперечисленные технико-экономические характеристики не только указывают на неоспоримые преимущества струйно-капельного метода нанесения маркировки по сравнению с трафаретной печатью, но и подчеркивают высокую технологичность этогопроцесса, а также высокую экономическую эффективность его использования в современном производстве печатных плат.

P.S. В заключение автор хотел бы выразить пожелание. Так как прогресс технологий производства электронных модулей во всем мире, в том числе и печатных плат, не стоит на месте, и нарынке появляются предложения новых технологий, производителям печатных плат России (где парк оборудования не обновлялся десятилетиями) стоит быть менее консервативными в выборе и обратить свое (внимание на действительно прогрессивные и экономически оправданные технологии, а не продолжать топтаться на месте, приобретая новое, но
морально устаревшее по современным мировым технологическим меркам оборудование.