Važnost šablona za montažu PCB-a

Proces montaže površinske montaže koristi šablone kao put do preciznog, ponovljivog nanošenja paste za lemljenje. Predložak se odnosi na tanak ili tanak lim od mesinga ili nehrđajućeg čelika s uzorkom strujnog kola izrezanog na njemu kako bi odgovarao uzorku položaja uređaja za površinsku montažu (SMD) na štampana ploča (PCB) gdje će se šablon koristiti. Nakon što je šablon precizno pozicioniran i usklađen sa PCB-om, metalni brisač provlači pastu za lemljenje kroz rupe šablona, ​​formirajući tako naslage na PCB-u kako bi se SMD fiksirao na mestu. Naslage paste za lemljenje se tope prilikom prolaska kroz peć za reflow i fiksiraju SMD na PCB.

ipcb

Dizajn šablona, ​​posebno njegov sastav i debljina, kao i oblik i veličina rupa, određuju veličinu, oblik i lokaciju naslaga paste za lemljenje, što je od suštinskog značaja za osiguravanje visokog protoka procesa montaže. Na primjer, debljina folije i veličina otvora rupa određuju količinu kaše koja se taloži na ploču. Prekomjerna pasta za lemljenje može dovesti do stvaranja kuglica, mostova i nadgrobnih spomenika. Mala količina paste za lemljenje će uzrokovati sušenje lemnih spojeva. I jedno i drugo će oštetiti električnu funkciju ploče.

Optimalna debljina folije

Tip SMD-a na ploči definira optimalnu debljinu folije. Na primjer, pakovanje komponenti kao što je 0603 ili 0.020″ korak SOIC zahtijeva relativno tanak šablon paste za lemljenje, dok je deblji šablon pogodniji za komponente kao što su 1206 ili 0.050″ korak SOIC. Iako se debljina šablona koji se koristi za nanošenje paste za lemljenje kreće od 0.001″ do 0.030″, tipična debljina folije koja se koristi na većini ploča je od 0.004″ do 0.007″.

Tehnologija izrade šablona

Trenutno, industrija koristi pet tehnologija za izradu šablona – lasersko rezanje, elektroformiranje, hemijsko jetkanje i miješanje. Iako je hibridna tehnologija kombinacija hemijskog jetkanja i laserskog rezanja, hemijsko jetkanje je vrlo korisno za proizvodnju stepenastih šablona i hibridnih šablona.

Hemijsko jetkanje šablona

Kemijskim glodanjem se metalna maska ​​i fleksibilni šablon za masku urezuju s obje strane. Budući da to korodira ne samo u vertikalnom već iu bočnom smjeru, to će uzrokovati podrezivanje i učiniti otvor većim od potrebne veličine. Kako graviranje napreduje s obje strane, suženje na ravnom zidu će rezultirati formiranjem oblika pješčanog sata, što će rezultirati suvišnim naslagama lema.

Budući da otvor šablone za graviranje ne daje glatke rezultate, industrija koristi dvije metode za glačanje zidova. Jedan od njih je proces elektropoliranja i mikro jetkanja, a drugi je niklovanje.

Iako glatka ili polirana površina pomaže oslobađanju paste, to također može uzrokovati da pasta preskoči površinu šablona umjesto da se kotrlja s brisačem. Proizvođač šablona rješava ovaj problem selektivnim poliranjem zidova rupa umjesto površine šablona. Iako niklovanje može poboljšati glatkoću i performanse štampanja šablona, ​​može smanjiti otvore, što zahtijeva prilagođavanje umjetničkog djela.

Lasersko rezanje šablona

Lasersko rezanje je suptraktivan proces koji unosi Gerberove podatke u CNC mašinu koja kontroliše laserski snop. Laserski snop počinje unutar granice rupe i prelazi njen perimetar dok potpuno uklanja metal i formira rupu, samo jednu po jednu rupu.

Nekoliko parametara definira glatkoću laserskog rezanja. Ovo uključuje brzinu rezanja, veličinu tačke snopa, snagu lasera i fokus snopa. Generalno, u industriji se koristi tačka snopa od oko 1.25 mils, koja može rezati vrlo precizne otvore u različitim oblicima i zahtjevima veličine. Međutim, laserski izrezane rupe također zahtijevaju naknadnu obradu, baš kao i kemijski urezane rupe. Kalupi za lasersko rezanje trebaju elektrolitičko poliranje i niklovanje kako bi unutrašnji zid rupe bio glatki. Kako se veličina otvora smanjuje u naknadnom procesu, veličina otvora laserskog rezanja mora biti pravilno kompenzirana.

Aspekti upotrebe šablonske štampe

Štampanje sa šablonima uključuje tri različita procesa. Prvi je proces punjenja rupa, u kojem pasta za lemljenje ispunjava rupe. Drugi je proces prijenosa paste za lemljenje, u kojem se pasta za lemljenje nakupljena u rupi prenosi na površinu PCB-a, a treća je lokacija nanesene paste za lemljenje. Ova tri procesa su neophodna za postizanje željenog rezultata – taloženje precizne količine paste za lemljenje (koja se naziva i cigla) na pravo mjesto na PCB-u.

Za popunjavanje rupa šablona pastom za lemljenje potreban je metalni strugač za utiskivanje paste za lemljenje u rupe. Orijentacija rupe u odnosu na traku brisača utiče na proces punjenja. Na primjer, rupa čija je duga os orijentirana na hod oštrice ispunjava se bolje od rupe čija je kratka os orijentirana u smjeru hoda oštrice. Osim toga, budući da brzina brisača utiče na popunjavanje rupa, manja brzina brisača može učiniti da rupe čija je duga osa paralelna s hodom brisača bolje popune rupe.

Rub trake brisača također utiče na to kako pasta za lemljenje ispunjava rupe za šablone. Uobičajena praksa je štampanje uz primjenu minimalnog pritiska brisača uz održavanje čistog brisanja paste za lemljenje na površini šablona. Povećanje pritiska brisača može oštetiti brisač i šablon, a takođe može uzrokovati razmazivanje paste ispod površine šablona.

S druge strane, niži pritisak brisača možda neće dozvoliti oslobađanje paste za lemljenje kroz male rupice, što rezultira nedovoljnim lemom na PCB jastučićima. Osim toga, pasta za lemljenje ostavljena na strani brisača u blizini velike rupe može se povući gravitacijom, što rezultira prekomjernim taloženjem lema. Zbog toga je potreban minimalni pritisak, čime će se postići čisto brisanje paste.

Količina primijenjenog pritiska također ovisi o vrsti upotrijebljene paste za lemljenje. Na primjer, u poređenju sa upotrebom paste za kalaj/olovo, kada se koristi pasta za lemljenje bez olova, PTFE/niklovani brisač zahtijeva oko 25-40% više pritiska.

Problemi sa performansama paste za lemljenje i šablona

Neki problemi s performansama vezani za pastu za lemljenje i šablone su:

Debljina i veličina otvora folije za šablone određuju potencijalni volumen paste za lemljenje taložene na PCB pločici

Mogućnost oslobađanja paste za lemljenje sa zida rupe šablona

Preciznost položaja lemnih cigli štampanih na PCB pločicama

Tokom ciklusa štampanja, kada traka brisača prolazi kroz šablon, pasta za lemljenje ispunjava rupu za šablon. Tokom ciklusa odvajanja ploče/šablona, ​​pasta za lemljenje će se pustiti na jastučiće na ploči. U idealnom slučaju, sva pasta za lemljenje koja ispunjava rupu tokom procesa štampanja treba da se oslobodi sa zida rupe i prenese na podlogu na ploči kako bi se formirala potpuna cigla za lemljenje. Međutim, iznos prijenosa ovisi o omjeru širine i površine otvora.

Na primjer, u slučaju kada je površina jastučića veća od dvije trećine površine unutrašnjeg zida pora, pasta može postići oslobađanje bolje od 80%. To znači da smanjenje debljine šablona ili povećanje veličine rupe može bolje osloboditi pastu za lemljenje pod istim omjerom površine.

Sposobnost oslobađanja paste za lemljenje sa zida rupe šablona takođe zavisi od završne obrade zida rupe. Lasersko rezanje rupa elektropoliranjem i/ili galvanizacijom može poboljšati efikasnost prijenosa suspenzije. Međutim, prijenos paste za lemljenje sa šablona na PCB također ovisi o adheziji paste za lemljenje na zid rupe šablona i adheziji paste za lemljenje na PCB jastučiću. Da bi se postigao dobar učinak prijenosa, potonji bi trebao biti veći, što znači da mogućnost ispisa ovisi o odnosu površine zida šablona i površine otvora, a zanemarujući manje efekte kao što su ugao promaja zida i njegova hrapavost. .

Položaj i tačnost dimenzija lemnih cigli štampanih na PCB pločicama zavise od kvaliteta prenetih CAD podataka, tehnologije i metode korišćene za izradu šablona, ​​kao i temperature šablona tokom upotrebe. Osim toga, tačnost položaja ovisi i o korištenoj metodi poravnanja.

Uramljeni šablon ili zalijepljen šablon

Uramljeni šablon je trenutno najmoćniji šablon za lasersko sečenje, dizajniran za masovnu sito štampu u procesu proizvodnje. Stalno se ugrađuju u okvir oplate, a mrežasti okvir čvrsto zateže oplatnu foliju u oplati. Za mikro BGA i komponente sa nagibom od 16 mil i manjim, preporučuje se upotreba uokvirenog šablona sa glatkim zidom rupa. Kada se koriste pod kontrolisanim temperaturnim uslovima, uokvireni kalupi pružaju najbolju poziciju i tačnost dimenzija.

Za kratkoročnu proizvodnju ili montažu prototipa PCB-a, šabloni bez okvira mogu pružiti najbolju kontrolu količine paste za lemljenje. Dizajnirani su za upotrebu sa sistemima za zatezanje oplate, koji su okviri oplate za višekratnu upotrebu, kao što su univerzalni okviri. Budući da kalupi nisu trajno zalijepljeni za okvir, oni su mnogo jeftiniji od kalupa okvirnog tipa i zauzimaju mnogo manje prostora za skladištenje.