Overflademonteringsprocessen bruger skabeloner som en vej til nøjagtig, repeterbar loddepastaafsætning. En skabelon refererer til en tynd eller tynd plade af messing eller rustfrit stål med et kredsløbsmønster skåret på for at matche positionsmønsteret for overflademonteringsenheden (SMD) på printkort (PCB), hvor skabelonen skal bruges. Efter at skabelonen er præcist placeret og tilpasset til PCB’en, tvinger metalskraberen loddepastaen gennem skabelonens huller og danner derved aflejringer på PCB’en for at fiksere SMD’en på plads. Loddepastaaflejringerne smelter, når de passerer gennem reflowovnen og fikserer SMD’en på printkortet.

Skabelonens design, især dens sammensætning og tykkelse, samt formen og størrelsen af ​​hullerne, bestemmer størrelsen, formen og placeringen af ​​loddepastaaflejringerne, hvilket er essentielt for at sikre en højgennemstrømningsmontageproces. For eksempel definerer foliens tykkelse og hullernes åbningsstørrelse mængden af ​​gylle aflejret på pladen. Overdreven loddepasta kan føre til dannelse af bolde, broer og gravsten. En lille mængde loddepasta vil få loddeforbindelserne til at tørre ud. Begge vil beskadige printkortets elektriske funktion.

Optimal folietykkelse

Typen af ​​SMD på pladen definerer den optimale folietykkelse. For eksempel kræver komponentemballage såsom 0603 eller 0.020″ pitch SOIC en relativt tynd loddepastaskabelon, mens en tykkere skabelon er mere egnet til komponenter som 1206 eller 0.050″ pitch SOIC. Selvom tykkelsen af ​​skabelonen, der bruges til afsætning af loddepasta, varierer fra 0.001″ til 0.030″, varierer den typiske folietykkelse, der bruges på de fleste printkort, fra 0.004″ til 0.007″.

Skabelonfremstillingsteknologi

I øjeblikket bruger industrien fem teknologier til at lave stencil-laserskæring, elektroformning, kemisk ætsning og blanding. Selvom hybridteknologien er en kombination af kemisk ætsning og laserskæring, er kemisk ætsning meget nyttig til fremstilling af trappestencils og hybridstencils.

Kemisk ætsning af skabeloner

Chemical milling etches the metal mask and flexible metal mask template from both sides. Since this corrodes not only in the vertical direction but also in the lateral direction, it will cause undercuts and make the opening larger than the required size. As the etching progresses from both sides, the tapering on the straight wall will result in the formation of an hourglass shape, which will result in excess solder deposits.

Da ætsningsstencilåbningen ikke giver glatte resultater, bruger industrien to metoder til at udglatte væggene. En af dem er elektropolering og mikroætsning, og den anden er nikkelbelægning.

Selvom en glat eller poleret overflade hjælper med at frigive pastaen, kan det også få pastaen til at springe overfladen af ​​skabelonen over i stedet for at rulle med gummiskraberen. Skabelonproducenten løser dette problem ved selektivt at polere hulvæggene i stedet for skabelonoverfladen. Selvom nikkelbelægning kan forbedre skabelonens glathed og printydelse, kan det reducere åbninger, hvilket kræver justering af kunstværket.

Skabelon laserskæring

Laserskæring er en subtraktiv proces, der indlæser Gerber-data i en CNC-maskine, der styrer laserstrålen. Laserstrålen starter inden for hullets grænse og krydser dens omkreds, mens den fuldstændigt fjerner metallet for at danne hullet, kun et hul ad gangen.

Flere parametre definerer glatheden af ​​laserskæring. Dette inkluderer skærehastighed, strålepunktstørrelse, laserkraft og strålefokus. Generelt bruger industrien en strålespot på omkring 1.25 mils, som kan skære meget præcise åbninger i en række forskellige former og størrelseskrav. Laserskårne huller kræver dog også efterbehandling, ligesom kemisk ætsede huller. Laserskæreforme har brug for elektrolytisk polering og nikkelbelægning for at gøre hullets indervæg glat. Da blændestørrelsen reduceres i den efterfølgende proces, skal blændestørrelsen ved laserskæring kompenseres korrekt.

Aspekter ved brug af stenciludskrivning

Udskrivning med stencils involverer tre forskellige processer. Den første er hulfyldningsprocessen, hvor loddepasta udfylder hullerne. Den anden er loddepasta-overførselsprocessen, hvor den loddepasta, der er akkumuleret i hullet, overføres til PCB-overfladen, og den tredje er placeringen af ​​den deponerede loddepasta. Disse tre processer er essentielle for at opnå det ønskede resultat – afsætning af en præcis mængde loddepasta (også kaldet en mursten) på det rigtige sted på printkortet.

Filling the template holes with solder paste requires a metal scraper to press the solder paste into the holes. The orientation of the hole relative to the squeegee strip affects the filling process. For example, a hole with its long axis oriented on the stroke of the blade fills better than a hole with its short axis oriented in the direction of the blade stroke. In addition, since the speed of the squeegee affects the filling of the holes, a lower squeegee speed can make the holes whose long axis is parallel to the stroke of the squeegee better fill the holes.

Kanten af ​​gummiskraberstrimlen påvirker også, hvordan loddepastaen udfylder stencilhullerne. Den sædvanlige praksis er at udskrive, mens du anvender det mindste gummiskrabertryk, mens du holder en ren aftørring af loddepastaen på overfladen af ​​stencilen. Forøgelse af trykket på gummiskraberen kan beskadige gummiskraberen og skabelonen og også forårsage, at pastaen bliver udtværet under overfladen af ​​skabelonen.

På den anden side tillader det lavere gummiskrabertryk muligvis ikke loddepastaen at blive frigivet gennem de små huller, hvilket resulterer i utilstrækkeligt loddemateriale på PCB-puderne. Derudover kan loddepastaen, der er tilbage på siden af ​​gummiskraberen nær det store hul, blive trukket ned af tyngdekraften, hvilket resulterer i overskydende loddeaflejring. Derfor kræves et minimumstryk, hvilket vil opnå en ren aftørring af pastaen.

The amount of pressure applied also depends on the type of solder paste used. For example, compared to using tin/lead paste, when using lead-free solder paste, the PTFE/nickel-plated squeegee requires about 25-40% more pressure.

Ydeevneproblemer med loddepasta og stencils

Nogle præstationsproblemer relateret til loddepasta og stencils er:

Tykkelsen og åbningsstørrelsen af ​​stencilfolien bestemmer det potentielle volumen af ​​loddepasta afsat på PCB-puden

Evne til at frigøre loddepasta fra skabelonhulsvæggen

Positioneringsnøjagtighed af loddesten trykt på PCB-puder

Under udskrivningscyklussen, når gummiskraberstrimlen passerer gennem stencilen, udfylder loddepastaen stencilhullet. Under adskillelsescyklussen for brættet/skabelonen vil loddepasta blive frigivet på puderne på brættet. Ideelt set bør al den loddepasta, der fylder hullet under udskrivningsprocessen, frigives fra hulvæggen og overføres til puden på brættet for at danne en komplet loddesten. Overførselsmængden afhænger dog af åbningens størrelsesforhold og arealforhold.

For eksempel, i det tilfælde, hvor pudens areal er større end to tredjedele af arealet af den indre porevæg, kan pastaen opnå en frigivelse på bedre end 80%. Dette betyder, at reduktion af skabelontykkelsen eller forøgelse af hulstørrelsen bedre kan frigive loddepastaen under samme arealforhold.

The ability of solder paste to release from the template hole wall also depends on the finish of the hole wall. Laser cutting holes by electropolishing and/or electroplating can improve the efficiency of slurry transfer. However, the transfer of solder paste from the template to the PCB also depends on the adhesion of the solder paste to the template hole wall and the adhesion of the solder paste to the PCB pad. In order to obtain a good transfer effect, the latter should be larger, which means that the printability depends on the ratio of the template wall area to the opening area, while ignoring minor effects such as the draft angle of the wall and its roughness. .

Positionen og dimensionsnøjagtigheden af ​​loddestenene, der er trykt på PCB-puderne, afhænger af kvaliteten af ​​de transmitterede CAD-data, teknologien og metoden, der bruges til at fremstille skabelonen, og temperaturen på skabelonen under brug. Derudover afhænger positionsnøjagtigheden også af den anvendte justeringsmetode.

Indrammet skabelon eller limet skabelon

Den indrammede skabelon er i øjeblikket den mest kraftfulde laserskæringsskabelon, designet til massetryk i produktionsprocessen. De monteres fast i forskallingsrammen, og netrammen strammer forskallingsfolien i forskallingen tæt. For mikro-BGA og komponenter med en stigning på 16 mil og derunder, anbefales det at bruge en indrammet skabelon med en glat hulvæg. Når de bruges under kontrollerede temperaturforhold, giver indrammede forme den bedste position og dimensionelle nøjagtighed.

Til kortvarig produktion eller prototype PCB-samling kan rammeløse skabeloner give den bedste loddepasta volumenkontrol. De er designet til brug med forskallingsstramsystemer, som er genanvendelige forskallingsrammer, såsom universalrammer. Da forme ikke er permanent limet til rammen, er de meget billigere end forme af rammetype og fylder meget mindre opbevaringsplads.