Proces montáže povrchové montáže využívá šablony jako cestu k přesnému, opakovatelnému nanášení pájecí pasty. Šablona se týká tenkého nebo tenkého plechu z mosazi nebo nerezové oceli s vyříznutým vzorem obvodu tak, aby odpovídal vzoru polohy zařízení pro povrchovou montáž (SMD) na plošných spojů (PCB), kde má být šablona použita. Poté, co je šablona přesně umístěna a přizpůsobena desce plošných spojů, kovová stěrka protlačí pájecí pastu otvory šablony, čímž se na desce plošných spojů vytvoří usazeniny, které zafixují SMD na místě. Usazeniny pájecí pasty se při průchodu přetavovací pecí roztaví a upevní SMD na DPS.

Konstrukce šablony, zejména její složení a tloušťka, stejně jako tvar a velikost otvorů, určuje velikost, tvar a umístění nánosů pájecí pasty, což je zásadní pro zajištění vysoce výkonného procesu montáže. Například tloušťka fólie a velikost otvorů definují objem kaše usazené na desce. Nadměrné množství pájecí pasty může vést k tvorbě kuliček, můstků a náhrobků. Malé množství pájecí pasty způsobí vysušení pájených spojů. Obojí poškodí elektrickou funkci obvodové desky.

Optimální tloušťka fólie

Typ SMD na desce definuje optimální tloušťku fólie. Například balení součástí, jako je 0603 nebo 0.020″ rozteč SOIC, vyžaduje relativně tenkou šablonu pájecí pasty, zatímco silnější šablona je vhodnější pro součásti, jako je rozteč SOIC 1206 nebo 0.050″. Ačkoli se tloušťka šablony používané pro nanášení pájecí pasty pohybuje od 0.001″ do 0.030″, typická tloušťka fólie používaná na většině desek plošných spojů se pohybuje od 0.004″ do 0.007″.

Technologie tvorby šablon

V současné době průmysl používá k výrobě šablon pět technologií – řezání laserem, galvanoplastiku, chemické leptání a míchání. Přestože hybridní technologie je kombinací chemického leptání a laserového řezání, chemické leptání je velmi užitečné pro výrobu stupňovitých šablon a hybridních šablon.

Chemické leptání šablon

Chemické frézování leptá kovovou masku a flexibilní šablonu kovové masky z obou stran. Protože toto koroduje nejen ve svislém směru, ale i v bočním směru, způsobí podříznutí a zvětší otvor, než je požadovaný rozměr. Jak leptání postupuje z obou stran, zužování na rovné stěně bude mít za následek vytvoření tvaru přesýpacích hodin, což bude mít za následek nadměrné usazeniny pájky.

Protože otvor leptací šablony neposkytuje hladké výsledky, průmysl používá k vyhlazení stěn dvě metody. Jedním z nich je proces elektroleštění a mikroleptání a druhým je niklování.

Přestože hladký nebo leštěný povrch napomáhá uvolňování pasty, může také způsobit, že pasta přeskakuje povrch šablony namísto válení se stěrkou. Výrobce šablony tento problém řeší selektivním leštěním stěn otvorů namísto povrchu šablony. Ačkoli niklování může zlepšit hladkost a tiskový výkon šablony, může snížit otvory, což vyžaduje úpravu kresby.

Šablona řezání laserem

Řezání laserem je subtraktivní proces, který vkládá data Gerber do CNC stroje, který řídí laserový paprsek. Laserový paprsek začíná uvnitř hranice otvoru a prochází jeho obvodem, přičemž zcela odstraňuje kov, aby vytvořil otvor, vždy pouze jeden otvor.

Hladkost laserového řezání definuje několik parametrů. To zahrnuje rychlost řezání, velikost bodu paprsku, výkon laseru a zaostření paprsku. Obecně se v průmyslu používá bod paprsku asi 1.25 mils, který dokáže vyřezat velmi přesné otvory v různých tvarech a požadavcích na velikost. Laserem vyřezané otvory však také vyžadují dodatečné zpracování, stejně jako chemicky leptané otvory. Laserové řezací formy potřebují elektrolytické leštění a niklování, aby byla vnitřní stěna otvoru hladká. Protože se velikost otvoru v následném procesu zmenšuje, musí být velikost otvoru laserového řezání správně kompenzována.

Aspekty použití šablonového tisku

Tisk pomocí šablon zahrnuje tři různé procesy. Prvním je proces plnění otvorů, při kterém pájecí pasta vyplní otvory. Druhým je proces přenosu pájecí pasty, při kterém se pájecí pasta nahromaděná v otvoru přenese na povrch PCB, a třetím je umístění nanesené pájecí pasty. Tyto tři procesy jsou nezbytné pro dosažení požadovaného výsledku – nanesení přesného objemu pájecí pasty (také nazývané cihla) na správné místo na desce plošných spojů.

Naplnění otvorů šablony pájecí pastou vyžaduje kovovou škrabku k vtlačení pájecí pasty do otvorů. Orientace otvoru vzhledem k stírací liště ovlivňuje proces plnění. Například díra s dlouhou osou orientovanou na zdvih čepele se vyplňuje lépe než díra s krátkou osou orientovanou ve směru zdvihu čepele. Navíc, protože rychlost stírací lišty ovlivňuje plnění otvorů, nižší rychlost stírací lišty může způsobit, že otvory, jejichž dlouhá osa je rovnoběžná se zdvihem stírací lišty, lépe vyplní otvory.

Okraj lišty stěrky také ovlivňuje, jak pájecí pasta vyplní otvory šablony. Obvyklou praxí je tisk při použití minimálního tlaku stěrky při zachování čistého setření pájecí pasty na povrchu šablony. Zvýšení tlaku stěrky může poškodit stěrku a šablonu a také způsobit rozmazání pasty pod povrchem šablony.

Na druhou stranu nižší přítlak stěrky nemusí umožnit uvolnění pájecí pasty skrz malé otvory, což má za následek nedostatečné pájky na destičkách PCB. Kromě toho může být pájecí pasta ponechaná na straně stěrky poblíž velkého otvoru stažena dolů gravitací, což má za následek nadměrné usazování pájky. Proto je nutný minimální tlak, čímž se dosáhne čistého setření pasty.

Velikost použitého tlaku závisí také na typu použité pájecí pasty. Například ve srovnání s použitím pasty cín/olovo vyžaduje při použití bezolovnaté pájecí pasty stěrka PTFE/poniklovaná asi o 25–40 % větší tlak.

Problémy s výkonem pájecí pasty a šablon

Některé problémy s výkonem související s pájecí pastou a šablonami jsou:

Tloušťka a velikost otvoru šablony fólie určují potenciální objem pájecí pasty nanesené na podložku PCB

Schopnost uvolnit pájecí pastu ze stěny otvoru šablony

Přesnost polohy pájecích kostek vytištěných na destičkách DPS

Během tiskového cyklu, kdy pás stěrky prochází šablonou, pájecí pasta vyplní otvor šablony. Během cyklu oddělení desky/šablony se pájecí pasta uvolní na destičky na desce. V ideálním případě by veškerá pájecí pasta, která vyplňuje otvor během procesu tisku, měla být uvolněna ze stěny otvoru a přenesena na podložku na desce, aby se vytvořila kompletní pájecí kostka. Množství přenosu však závisí na poměru stran a poměru plochy otvoru.

Například v případě, kdy je plocha polštářku větší než dvě třetiny plochy vnitřní stěny pórů, může pasta dosáhnout uvolňování lepšího než 80 %. To znamená, že snížení tloušťky šablony nebo zvětšení velikosti otvoru může lépe uvolnit pájecí pastu při stejném poměru ploch.

Schopnost pájecí pasty uvolnit se ze stěny otvoru šablony také závisí na povrchové úpravě stěny otvoru. Laserové řezání otvorů elektrolytickým leštěním a/nebo galvanickým pokovováním může zlepšit účinnost přenosu kalu. Přenos pájecí pasty z šablony na DPS však závisí také na adhezi pájecí pasty ke stěně otvoru šablony a adhezi pájecí pasty k podložce DPS. Aby se dosáhlo dobrého efektu přenosu, měl by být druhý větší, což znamená, že potiskovatelnost závisí na poměru plochy stěny šablony k ploše otvoru, přičemž se ignorují drobné efekty, jako je úhel úkosu stěny a její drsnost. .

Poloha a rozměrová přesnost pájecích cihel vytištěných na destičkách PCB závisí na kvalitě přenášených CAD dat, technologii a metodě použité k výrobě šablony a teplotě šablony během používání. Přesnost polohy navíc závisí také na použité metodě vyrovnání.

Zarámovaná šablona nebo lepená šablona

Rámovaná šablona je v současnosti nejvýkonnější laserová řezací šablona, ​​určená pro hromadný sítotisk ve výrobním procesu. Jsou pevně instalovány v rámu bednění a rám pletiva pevně stahuje bednící fólii v bednění. Pro micro BGA a součástky s roztečí 16 mil a méně se doporučuje použít zarámovanou šablonu s hladkou stěnou otvoru. Při použití za kontrolovaných teplotních podmínek poskytují rámové formy nejlepší polohovou a rozměrovou přesnost.

Pro krátkodobou výrobu nebo montáž prototypu PCB mohou bezrámové šablony poskytnout nejlepší řízení objemu pájecí pasty. Jsou určeny pro použití s ​​napínacími systémy bednění, což jsou opakovaně použitelné rámy bednění, jako jsou univerzální rámy. Vzhledem k tomu, že formy nejsou trvale přilepeny k rámu, jsou mnohem levnější než formy rámového typu a zabírají mnohem méně úložného prostoru.