[1]Полезная модель относится к оборудованию для изготовления печатных плат, а именно к устройствам для нанесения паяльной пасты или клея на контактные площадки печатных плат в условиях, главным образом, опытного и мелкосерийного производства.
[2]В таких случаях обычно используются трафаретные принтеры ручного или полуавтоматического типа.
[3]Известен полуавтоматический трафаретный принтер для нанесения паяльной пасты по опубликованной полезной модели CN 217455306 U (Китай), содержащий корпус, на котором установлен стол с возможностью вертикального перемещения, жестко закрепленную на корпусе пространственную раму с пазами, в первую пару которых помещена выдвижная трафаретная рамка с натянутым трафаретом, а во вторую пару - подвижная каретка в виде поперечной балки, на которой установлен ракельный узел с механизмом прижима ракелей к трафарету, и блок управления. Приводы стола с возможностью вертикального перемещения м механизма прижима ракелей выполнены электрическими в виде телескопических подъемников. Обрабатываемая печатная плата устанавливается на направляющие планки и подвижный упор с перемещением с помощью винтового механизма.
[4]Недостатки известного трафаретного принтера заключаются в неудобном и затрудненном доступе к обрабатываемой печатной плате из-за нависающей над ней неподвижной пространственной рамы, закрепленной на корпусе, а также в низкой точности нанесения паяльной пасты на контактные площадки печатной платы. Это связано с тем обстоятельством, что в известном принтере нет конструктивных элементов для регулировочных перемещений обрабатываемой печатной платы, а значит, отсутствует возможность точного совмещения апертур трафарета с площадками печатной платы.
[5]Известен также полуавтоматический трафаретный принтер для паяльной пасты типа STP-550 от компании REN THANG CO., LTD, Тайвань, технические характеристики и сведения о конструкции которого опубликованы в сети Интернет по адресу www.renthang.com/p11.html (в pdf-версии).
[6]Известный принтер содержит основание, стол с механизмом вертикального перемещения, прижимную раму с пневмоприводом, установленную на основании с помощью поворотных опор, столешницу, размещенную на столе с возможностью горизонтального перемещения, комплект позиционирования обрабатываемой печатной платы, включающий упорные планки и опорные стойки, устанавливаемые на столешницу, трафаретную рамку с возможностью натяжения трафарета, установленную в прижимной раме, ракельный узел с пневматическим прижимом ракелей к трафарету, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическим направляющим прижимной рамы, и пневмоблок управления с входным регулятором давления воздуха, манометром и клапанами управления пневмоприводом прижимной рамы и пневматическим прижимом ракелей к трафарету.
[7]Механизм вертикального перемещения стола в известном принтере выполнен в виде рычажно-реечного параллелограммного механизма с ручным приводом. Максимальные размеры обрабатываемых печатных плат не превышают 356×430 мм.
[8]Столешница с отверстиями для установки комплекта позиционирования обрабатываемой печатной платы выполнена из алюминиевого сплава.
[9]Известный полуавтоматический принтер для паяльной пасты типа STP-550 является ближайшим аналогом предлагаемого и принят за прототип.
[10]Основными недостатками известного трафаретного принтера для паяльной пасты являются ограниченные максимальные размеры обрабатываемых печатных плат (зачастую необходимо наносить паяльную пасту или клей на печатные платы с размерами более 500 мм) и невысокое качество нанесения паяльной пасты.
[11]Качество нанесения паяльной пасты или клея является комплексной характеристикой, включающей точность нанесения паяльной пасты, повторяемость результата обработки на разных экземплярах печатных плат одного вида, а также ровность краев печатных площадок и равномерность слоя паяльной пасты или клея.
[12]Невысокая точность и повторяемость нанесения паяльной пасты на элементы печатной платы с помощью известного принтера обусловлены тем, что механизм вертикального перемещения стола выполнен в виде рычажно-реечного параллелограммного узла с ручным приводом. В многочисленных шарнирных соединениях такого узла из-за неизбежных зазоров присутствует люфт и в результате практически после каждого цикла опускания и последующего подъема стола печатная плата смещается относительно трафарета, причем направление этого смещения и его величина в значительной степени непредсказуемы. Частично этот уход может быть скомпенсирован регулировочными перемещениями столешницы с установленной печатной платой относительно стола, однако, в этом случае неизбежно снижение производительности процесса из-за необходимости повторных регулировок.
[13]Для печатных плат с нанесенной с помощью известного принтера паяльной пастой достаточно характерным является дефект «рваного» края печатных площадок, который возникает при неоптимальной скорости опускания стола и отделения трафарета от печатной платы. Дело в том, что процесс освобождения апертур трафарета от паяльной пасты и формирование краев печатных площадок в большой степени зависит от консистенции и вязкости применяемой паяльной пасты или клея, а также от температуры и влажности воздуха. Существует оптимальный для данных условий диапазон скорости разделения трафарета и печатной платы, т.е. скорости опускания стола, позволяющий получить ровные края печатных элементов. Но в известном устройстве с ручным приводом механизма вертикального перемещения стола выдержать оптимальную скорость опускания стола трудно и поэтому нередко получаются «рваные» края печатных площадок.
[14]Еще одним недостатком известного принтера является ограниченность его технологических возможностей в части нанесения паяльной пасты на печатную плату с двусторонним поверхностным монтажом компонентов в том случае, когда на другую сторону печатной платы уже нанесена паяльная паста и установлены монтируемые компоненты. Этот недостаток обусловлен тем, что используемые для предотвращения прогиба печатной платы при прохождении ракеля опорные элементы (пины) могут устанавливаться лишь в готовые отверстия столешницы, а если это место на плате занято тем или иным предварительно установленным компонентом, то разместить опорную стойку под этим местом не удастся. В результате практически неизбежно появление нежелательного прогиба печатной платы при воздействии рабочего усилия прижима ракеля, что способствует затеканию паяльной пасты под трафарет, образованию увеличенных размеров пятна паяльной пасты и непредусмотренных перемычек.
[15]Т.о., нанесение паяльной пасты на печатную плату с двусторонним поверхностным монтажом, когда на другую сторону печатной платы уже нанесена паяльная паста и установлены монтируемые компоненты возможно лишь для простых плат небольшого размера с неплотным монтажом.
[16]Задачей настоящей полезной модели является создание полуавтоматического трафаретного принтера настольного типа для нанесения паяльной пасты или клея на печатные платы с размерами более 500 мм.
[17]Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в увеличении размеров обрабатываемых печатных плат и повышении качества нанесения паяльной пасты или клея.
[18]Дополнительный технический результат заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого трафаретного принтера для паяльной пасты в части обеспечения возможности нанесения паяльной пасты на печатную плату, на другую сторону которой уже установлены электронные компоненты.
[19]Указанный технический результат достигается тем, что в трафаретном принтере для паяльной пасты, содержащем основание, стол с механизмом вертикального перемещения, прижимную раму с пневмоприводом, установленную на основании с помощью поворотных опор, столешницу, размещенную на столе с возможностью горизонтального перемещения, комплект позиционирования обрабатываемой печатной платы, включающий упорные планки и опорные стойки, устанавливаемые на столешницу, трафаретную рамку с возможностью натяжения трафарета, установленную в прижимной раме, ракельный узел с пневматическим прижимом ракелей к трафарету, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическим направляющим прижимной рамы, и пневмоблок управления с входным регулятором давления воздуха, манометром и клапанами управления пневмоприводом прижимной рамы и пневматическим прижимом ракелей к трафарету, механизм вертикального перемещения стола выполнен на основании в виде плоской прямоугольной пластины, в каждой из четырех угловых зон которой установлены направляющий узел и подъемный узел, при этом каждый направляющий узел выполнен в виде вертикальной направляющей и сопряженного с ней подшипника линейного перемещения, закрепленного в столе, каждый подъемный узел выполнен в виде ходового винта с закрепленным на нем зубчатым шкивом, ходовой винт закреплен хвостовиком во внутреннем кольце подшипника вращения, внешнее неподвижное кольцо которого закреплено на основании механизма вертикального перемещения стола, резьбовая часть ходового винта сопряжена с резьбовой втулкой, закрепленной на столе, а привод механизма вертикального перемещения стола выполнен в виде зубчатого ремня, последовательно охватывающего зубчатые шкивы четырех подъемных узлов, и пневматического цилиндра, связанного с зубчатым ремнем посредством уголка, закрепленного одной стороной на подвижном фланце пневматического цилиндра, а другой стороной скрепленным с зубчатым ремнем с помощью зубчатой планки и крепежных элементов.
[20]Указанный технический результат может достигаться также тем, что пневматический цилиндр механизма вертикального перемещения стола подсоединен к магистрали сжатого воздуха в пневмоблоке управления через последовательно установленные регулятор скорости воздушного потока, регулятор давления воздуха и клапан управления вертикальным перемещением стола.
[21]Дополнительный технический результат может достигаться также тем, что столешница выполнена из стали, а опорные стойки комплекта позиционирования печатной платы выполнены магнитными.
[22]Полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен трафаретный принтер для паяльной пасты в исходном состоянии с поднятой прижимной рамой, на фиг. 2 - то же в рабочем положении с опущенной прижимной рамой, на фиг. 3 - изображен трафаретный принтер для паяльной пасты без стола и столешницы для уяснения конструкции механизма вертикального перемещения стола, на фиг. 4 в увеличенном масштабе показан вид в сечении, проходящем через оси подъемного и направляющего узлов механизма вертикального перемещения стола.
[23]Трафаретный принтер для паяльной пасты содержит основание 1 в виде сварной рамы, на котором закреплены пневмоблок управления 2, механизм вертикального перемещения стола 3 и прижимная рама 4 с возможностью поворота вокруг осей регулируемых поворотных опор 5.
[24]Сверху на механизм вертикального перемещения стола 3 установлен собственно стол 6, на котором, в свою очередь, располагается столешница 7 с отверстиями для установки и закрепления комплекта позиционирования обрабатываемой печатной платы 8. Комплект позиционирования печатной платы состоит из упорных планок 9, выполненных с упорным уступом в виде угловой выборки на толщину печатной платы и устанавливаемых на столешницу 7 с возможностью подгонки их расположения под размеры печатной платы, и опорных стоек для исключения прогиба печатной платы от воздействия усилий при выполнении рабочего цикла нанесения паяльной пасты или клея. Опорные стойки устанавливаются под печатной платой 8 и на фиг. 1 не показаны. Упорные планки 9 закрепляются на столешнице 7 утопленными крепежными элементами через отверстия в планках 9 в виде прорезей (на фиг. 1 не показаны).
[25]В конкретном примере выполнения столешница 7 изготовлена из стали, а опорные стойки выполнены магнитными. Такое решение позволяет располагать опорные стойки в любом месте под обрабатываемой печатной платой 8, а не только в отверстиях столешницы 7.
[26]Столешница 7 установлена на столе 6 с возможностью регулировочных перемещений в горизонтальной плоскости (по осям X и Y) в пределах ±12 мм и по углу в пределах ±5°. Указанные перемещения осуществляются вручную с помощью подпружиненных механизмов типа «винт-гайка», которые приводятся в действие вращением регулировочных рукояток 10.
[27]Прижимная рама 4 соединяется с основанием 1 через поворотные регулируемые опоры 5 и опорный вал 11, установленный в опорах 5 с помощью подшипников.
[28]В прижимную раму 4 устанавливается трафаретная рамка 12 с возможностью натяжения трафарета 13 с четырех сторон. Такие рамки могут иметь различное конструктивное исполнение в стандартизованных присоединительных размерах и являются отдельным покупным изделием. В конкретном примере выполнения предлагаемого трафаретного принтера для паяльной пасты используется трафаретная рамка модели SMT от компании СМТтех, Россия (https://www.smttech.ru/) с 4-сторонней механической системой натяжения посредством сжатия пружин.
[29]В прижимной раме 4 закреплены цилиндрические направляющие 14, по которым может перемещаться ракельный узел 15, содержащий два плоских ракеля 16 в качестве собственно рабочих инструментов с независимым пневмоприжимом. Пневмоприжим левого на фиг. 2 ракеля осуществляется левой парой пневматических цилиндров 17, правого ракеля 16 - правой парой пневматических цилиндров 18.
[30]На фиг. 3 при отсутствии столешницы 7 и стола 6 хорошо видны конструктивное выполнение пневмоприжима прижимной рамы 4 и механизма вертикального перемещения стола.
[31]Пневмоприжим прижимной рамы 4 реализован пневматическим цилиндром 19, на подвижном штоке которого закреплена вилка 20, шарнирно соединенная с рычагом 21. Другое плечо рычага 21 закреплено на прижимной раме 4, опорой рычага 21 служит опорный вал 11.
[32]Механизм вертикального перемещения стола собран на основании 22 в виде прямоугольной металлической пластины, в каждой из угловых зон которой установлены направляющий узел 23 и подъемный узел 24. Привод механизма вертикального перемещения стола выполнен пневматическим в виде пневматического цилиндра 25 и гибкого зубчатого ремня 26. Пневматический цилиндр 25 закреплен на основании 22 и связан с зубчатым ремнем 26 посредством уголка 27, закрепленного одной стороной на подвижном фланце пневматического цилиндра 25, а другой стороной скрепленным с зубчатым ремнем с помощью зубчатой планки и крепежных элементов (на фиг. 3 не обозначены).
[33]Зубчатый ремень 26 последовательно охватывает все четыре подъемных узла 24. В кинематической схеме механизм вертикального перемещения стола также имеются поворотный 28 и натяжной 29 ролики.
[34]Конструктивное выполнение направляющих 23 и подъемных 24 узлов изображено на фиг. 4, где в увеличенном масштабе показан вид в сечении, проходящем через оси подъемного и направляющего узлов механизма вертикального перемещения стола.
[35]Каждый направляющий узел выполнен в виде гладкой вертикальной направляющей 30, установленной на основании 22 с помощью крепежной втулки 31, и сопряженного с ней подшипника линейного перемещения 32, закрепленного на элементе конструкции стола 6. Направляющая 30 и подшипник линейного перемещения 32 образуют пару «линейный вал - линейный подшипник».
[36]Каждый из четырех подъемных узлов выполнен в виде ходового винта 33 с закрепленным на нем зубчатым шкивом 34. Ходовой винт 33 закреплен своим гладким хвостовиком во внутреннем кольце подшипника вращения 35, внешнее неподвижное кольцо которого закреплено на основании 22 с помощью крепежной втулки 36. Резьбовая часть ходового винта 33 сопряжена с резьбовой втулкой 37, закрепленной на элементе конструкции стола 6. Ходовой винт 33 и резьбовая втулка 37 образуют пару «винт-гайка». Резьба на этих деталях выполнена трапецеидальной.
[37]Пневмоблок управления 2 содержит следующие компоненты: входной регулятор давления, манометр, показывающий давление в магистрали сжатого воздуха пневмоблока управления, в каждой из пневматических веток, питающих сжатым воздухом пневматические цилиндры пневмоприводов прижимной рамы, механизма вертикального перемещения стола и ракельного узла установлены регуляторы давления и регуляторы скорости воздушного потока, а также двухпозиционные пневматические клапаны-переключатели, направляющие сжатый воздух либо в одну, либо в другую полость соответствующего пневматического цилиндра.
[38]Органы регулировки регуляторов давления, регуляторов скорости воздушного потока и управления двухпозиционными пневматическими клапанами-переключателями выведены на переднюю панель пневмоблока управления 2.
[39]Пневмоблок управления 2 связан с пневматическими цилиндрами 17, 18, 19 и 25 пневмопроводами (показаны на фиг. 2, 3, 4 без обозначения позиций).
[40]Предварительная настройка предлагаемого трафаретного принтера для паяльной пасты заключается в обеспечении параллельности плоскости трафарета и поверхности печатной платы 8, установленной на столешнице 7 с помощью комплекта позиционирования печатной платы. Такая настройка осуществляется регулировкой поворотных опор 5.
[41]Подготовка к работе предлагаемого трафаретного принтера для паяльной пасты начинается с подключения его к внешнему источнику сжатого воздуха и регулировки давления в магистрали сжатого воздуха пневмоблока управления с помощью входного регулятора давления и манометра.
[42]Исходное состояние принтера: прижимная рама 4 находится в верхнее положение, как это изображено на фиг. 1, а стол 6 - в нижнем. На столешнице 7 устанавливается комплект позиционирования обрабатываемой печатной платы таким образом, чтобы обрабатываемая печатная плата 8 плотно и однозначно ложилась на угловые уступы упорных планок 9, при этом расположение упорных планок 9 определяет базировку печатной платы 8 по координатам X и Y. Подгонка положения упорных планок осуществляется их перемещением вдоль прорезей, а закрепление - утопленными крепежными элементами. Под обрабатываемую печатную плату 8 устанавливаются магнитные опорные стойки, исключающие возможный прогиб печатной платы при воздействии рабочих усилий, что особенно актуально для печатных плат больших размеров.
[43]Далее отдельно от трафаретного принтера в трафаретную рамку 12 устанавливается необходимый для данной печатной платы трафарет и натягивается по четырем сторонам. При установке трафарета осуществляется сжатие пружин трафаретной рамки давлением сжатого воздуха.
[44]Трафаретная рамка с натянутым трафаретом устанавливается в прижимную раму 4 и закрепляется в ней.
[45]Затем прижимная рама 4 опускается в нижнее положение как это показано на фиг. 2. Для этого оператор переводит управляющий элемент (рычажок) двухпозиционного пневматического клапана-переключателя положения прижимной рамы 4 в нижнее положение, сжатый воздух поступает в первую полость пневматического цилиндра 19, его усилие через вилку 20 и рычаг 21 опускает прижимную раму 4 в нижнее положение (фиг. 2).
[46]Стол 6 поднимается в верхнее положение, для чего оператор переводит двухпозиционный пневматический клапан-переключатель механизма вертикального перемещения стола в положение «Вверх» и сжатый воздух под давлением поступает в первую полость пневматического цилиндра 25, вызывая появление усилия на его штоке, которое через закрепленный на фланце уголок 27 передается зубчатому ремню 26. Сдвиг зубчатого ремня 26 вызывает равномерный и синхронный поворот всех четырех зубчатых шкивов 34, а значит и всех четырех ходовых винтов 33. В результате стол 6 равномерно поднимается по вертикальным направляющим 30 в верхнее положение и печатная плата 8 поджимается к трафарету 13.
[47]Вращением регулировочных рукояток 10 оператор совмещает апертуры трафарета 13 с контактными площадками печатной платы 8. Качество совмещения контролируется визуально и с использованием приспособлений (лупа, подсветка).
[48]Затем оператор наносит на трафарет паяльную пасту или клей в виде полоски поперек цилиндрических направляющих 14 и включает пневмоприжим ракелей 15 к трафарету 13, для чего переводит управляющий элемент (рычажок) двухпозиционного пневматического клапана-переключателя включения/выключения давления на ракели 16 в нижнее положение, сжатый воздух поступает на левую 17 или правую 18 пару пневматических цилиндров ракельного узла 15 и ракель 16 с усилием поджимается к трафарету 13.
[49]Далее оператор осуществляет рабочее перемещение ракельного узла 15 слева направо или справа налево, в процессе которого поджатый к трафарету ракель перемещает перед собой паяльную пасту в виде валика, паяльная паста при этом заполняет апертуры трафарета, а ее излишки сдвигаются ракелем дальше в направлении его движения. После завершения рабочего прохода ракельного узла оператор снимает давление с ракелей переключением соответствующего двухпозиционного пневматического клапана-переключателя.
[50]После рабочего прохода ракельного узла пневмоприжим ракелей выключается путем перевода двухпозиционного пневматического клапана-переключателя включения\выключения давления на ракели 16 в нижнее положение.
[51]Затем двухпозиционный пневматический клапан-переключатель механизма вертикального перемещения стола переводится в положение «Вниз» и сжатый воздух под давлением поступает во вторую полость пневматического цилиндра 25, вызывает появление обратного усилия на его штоке, которое через закрепленный на фланце уголок 27 передается зубчатому ремню 26. Обратный сдвиг зубчатого ремня 26 вызывает равномерный и синхронный поворот всех четырех зубчатых шкивов 34, а значит и всех четырех ходовых винтов 33. В результате стол 6 равномерно опускается по вертикальным направляющим 30 в нижнее положение.
[52]В процессе опускания стола апертуры трафарета освобождаются от паяльной пасты, которая остается на площадках печатной платы.
[53]Далее оператор переводит прижимную раму 4 в верхнее положение, для чего переводит управляющий элемент (рычажок) двухпозиционного пневматического клапана-переключателя положения прижимной рамы в верхнее положение, сжатый воздух поступает во вторую полость пневматического цилиндра 19, его усилие через вилку 20 и рычаг 21 поднимает прижимную раму 4 в исходное верхнее положение (фиг.1) и освобождает доступ к печатной плате 8.
[54]Оператор извлекает печатную плату с нанесенной паяльной пастой и вместо нее в то же место устанавливает следующую плату.
[55]При необходимости производится очистка трафарета.
[56]Затем цикл операций повторяется для следующей и последующих печатных плат.
[57]Выполнение механизма вертикального перемещения стола в соответствии с совокупностью признаков формулы полезной модели обеспечивает безлюфтовое перемещение стола по четырем разнесенным цилиндрическим направляющим, что позволяет повысить точность и повторяемость нанесения паяльной пасты или клея на печатные платы одного вида, т.е. повысить качество выполнения основной функции предложенного устройства. При этом установка следующих печатных плат в предложенный трафаретный принтер для паяльной пасты не требует дополнительной регулировки положения столешницы с печатной платой относительно трафарета.
[58]Выполнение привода механизма вертикального перемещения стола пневматическим в соответствии с совокупностью признаков формулы полезной модели позволяет реализовать стабильную и повторяемую скорость разделения трафарета и печатной платы при движении стола вниз. Это создает наилучшие условия для эффективного освобождения апертур трафарета от паяльной пасты или клея, обеспечить ровные края и равномерность слоя нанесенной паяльной пасты, что также повышает качество выполнения основной функции предложенного трафаретного принтера.
[59]Этому также способствует возможность регулировки скорости вертикального движения стола, обусловленная наличием установленных в пневмоблоке управления регулятора скорости воздушного потока и регулятора давления в соответствии с п. 2 формулы полезной модели. Действительно, такое выполнение трафаретного принтера для паяльной пасты позволяет в процессе эксплуатации установить оптимальную для конкретной паяльной пасты скорость вертикального движения стола или оперативно изменить эту скорость при необходимости (например, при замене типа паяльной пасты или клея).
[60]Выполнение столешницы из стали, а опорных стоек комплекта позиционирования печатной платы магнитными согласно п. 3 формулы полезной модели обеспечивает возможность размещения опорных стоек в любом месте столешницы, что обеспечивает необходимую поддержку печатной платы (что особенно актуально для плат больших размеров), в том числе и в случаях нанесения паяльной пасты на печатную плату с двусторонним поверхностным монтажом, когда на другую сторону печатной платы уже нанесена паяльная паста и установлены монтируемые компоненты. Это расширяет технологические возможности предложенного трафаретного принтера.
[61]Особенностью предложенного трафаретного принтера для паяльной пасты является установка во всех пневматических ветках, питающих сжатым воздухом пневматические цилиндры пневмоприводов прижимной рамы, механизма вертикального перемещения стола и ракельного узла, регуляторов давления и регуляторов скорости воздушного потока, что дает возможность тонкой технологической настройки работы пневматических цилиндров.
[62]Характеристики изготовленного опытного образца трафаретного принтера для паяльной пасты:
[63]габариты принтера 904×940×500 мм;
[64]максимальный размер печатных плат 510×510 мм;
[65]максимальные размеры трафарета 558×711 мм;
