El proceso de ensamblaje de montaje en superficie utiliza plantillas como un camino hacia la deposición de pasta de soldadura precisa y repetible. Una plantilla se refiere a una hoja delgada o delgada de latón o acero inoxidable con un patrón de circuito cortado para que coincida con el patrón de posición del dispositivo de montaje en superficie (SMD) en el placa de circuito impreso (PCB) donde se utilizará la plantilla. Una vez que la plantilla se coloca con precisión y se adapta a la PCB, la escobilla de goma de metal fuerza la pasta de soldadura a través de los orificios de la plantilla, formando así depósitos en la PCB para fijar el SMD en su lugar. Los depósitos de pasta de soldadura se derriten al pasar por el horno de reflujo y fijan el SMD en la PCB.

El diseño de la plantilla, especialmente su composición y grosor, así como la forma y tamaño de los orificios, determina el tamaño, la forma y la ubicación de los depósitos de pasta de soldadura, lo cual es fundamental para asegurar un proceso de ensamblaje de alto rendimiento. Por ejemplo, el grosor de la hoja y el tamaño de la abertura de los orificios definen el volumen de suspensión depositada sobre la placa. El exceso de pasta de soldadura puede provocar la formación de bolas, puentes y lápidas. Una pequeña cantidad de pasta de soldadura hará que las juntas de soldadura se sequen. Ambos dañarán la función eléctrica de la placa de circuito.

Espesor de lámina óptimo

El tipo de SMD en la placa define el grosor óptimo de la lámina. Por ejemplo, el empaque de componentes como 0603 o SOIC de paso de 0.020 ″ requiere una plantilla de pasta de soldadura relativamente delgada, mientras que una plantilla más gruesa es más adecuada para componentes como SOIC de paso de 1206 o 0.050 ″. Aunque el grosor de la plantilla utilizada para la deposición de la pasta de soldadura varía de 0.001 ″ a 0.030 ″, el grosor típico de la lámina utilizada en la mayoría de las placas de circuito varía de 0.004 ″ a 0.007 ″.

Tecnología de creación de plantillas

Actualmente, la industria utiliza cinco tecnologías para fabricar plantillas: corte por láser, electroformado, grabado químico y mezcla. Aunque la tecnología híbrida es una combinación de grabado químico y corte por láser, el grabado químico es muy útil para fabricar plantillas escalonadas y plantillas híbridas.

Grabado químico de plantillas

El fresado químico graba la máscara de metal y la plantilla de máscara de metal flexible desde ambos lados. Dado que esto se corroe no solo en la dirección vertical sino también en la dirección lateral, causará cortes y hará que la abertura sea más grande que el tamaño requerido. A medida que avanza el grabado desde ambos lados, el estrechamiento en la pared recta dará como resultado la formación de una forma de reloj de arena, lo que dará como resultado un exceso de depósitos de soldadura.

Dado que la apertura de la plantilla de grabado no produce resultados uniformes, la industria utiliza dos métodos para suavizar las paredes. Uno de ellos es el proceso de electropulido y micrograbado, y el otro es el niquelado.

Aunque una superficie lisa o pulida ayuda a liberar la pasta, también puede hacer que la pasta salte la superficie de la plantilla en lugar de rodar con la escobilla de goma. El fabricante de la plantilla resuelve este problema puliendo selectivamente las paredes de los orificios en lugar de la superficie de la plantilla. Aunque el niquelado puede mejorar la suavidad y el rendimiento de impresión de la plantilla, puede reducir las aberturas, lo que requiere un ajuste de la ilustración.

Corte por láser de plantillas

El corte por láser es un proceso sustractivo que introduce datos Gerber en una máquina CNC que controla el rayo láser. El rayo láser comienza dentro del límite del orificio y atraviesa su perímetro mientras elimina completamente el metal para formar el orificio, solo un orificio a la vez.

Varios parámetros definen la suavidad del corte por láser. Esto incluye la velocidad de corte, el tamaño del punto del haz, la potencia del láser y el enfoque del haz. Generalmente, la industria utiliza un punto de haz de aproximadamente 1.25 milésimas de pulgada, que puede cortar aberturas muy precisas en una variedad de formas y requisitos de tamaño. Sin embargo, los orificios cortados con láser también requieren un procesamiento posterior, al igual que los orificios grabados químicamente. Los moldes de corte por láser necesitan pulido electrolítico y niquelado para suavizar la pared interior del orificio. Como el tamaño de la apertura se reduce en el proceso posterior, el tamaño de la apertura del corte por láser debe compensarse adecuadamente.

Aspectos del uso de la impresión por esténcil

La impresión con esténciles implica tres procesos diferentes. El primero es el proceso de llenado de orificios, en el que la pasta de soldadura llena los orificios. El segundo es el proceso de transferencia de pasta de soldadura, en el que la pasta de soldadura acumulada en el orificio se transfiere a la superficie de la PCB, y la tercera es la ubicación de la pasta de soldadura depositada. Estos tres procesos son esenciales para obtener el resultado deseado: depositar un volumen preciso de pasta de soldadura (también llamado ladrillo) en el lugar correcto de la PCB.

Llenar los orificios de la plantilla con pasta de soldadura requiere un raspador de metal para presionar la pasta de soldadura en los orificios. La orientación del orificio con respecto a la tira de la escobilla de goma afecta el proceso de llenado. Por ejemplo, un agujero con su eje largo orientado en la carrera de la hoja se llena mejor que un agujero con su eje corto orientado en la dirección de la carrera de la hoja. Además, dado que la velocidad de la escobilla de goma afecta al llenado de los orificios, una velocidad de la escobilla de goma más baja puede hacer que los orificios cuyo eje largo es paralelo al recorrido de la boquilla de aspiración llenen mejor los orificios.

El borde de la tira de la escobilla de goma también afecta la forma en que la pasta de soldadura llena los orificios de la plantilla. La práctica habitual es imprimir mientras se aplica la presión mínima de la escobilla de goma mientras se mantiene un paño limpio de la pasta de soldadura en la superficie de la plantilla. Aumentar la presión de la escobilla de goma puede dañar la escobilla de goma y la plantilla, y también hacer que la pasta se manche debajo de la superficie de la plantilla.

Por otro lado, es posible que la presión más baja de la escobilla de goma no permita que la pasta de soldadura se libere a través de los pequeños orificios, lo que da como resultado una soldadura insuficiente en las almohadillas de la placa de circuito impreso. Además, la pasta de soldadura que queda en el costado de la escobilla de goma cerca del orificio grande puede ser empujada hacia abajo por la gravedad, lo que da como resultado una deposición excesiva de soldadura. Por lo tanto, se requiere una presión mínima, lo que logrará una limpieza limpia de la pasta.

La cantidad de presión aplicada también depende del tipo de pasta de soldadura utilizada. Por ejemplo, en comparación con el uso de pasta de estaño / plomo, cuando se usa pasta de soldadura sin plomo, la escobilla de goma de PTFE / niquelada requiere aproximadamente un 25-40% más de presión.

Problemas de rendimiento de la soldadura en pasta y las plantillas

Algunos problemas de rendimiento relacionados con la soldadura en pasta y las plantillas son:

El grosor y el tamaño de la apertura de la lámina de la plantilla determinan el volumen potencial de pasta de soldadura depositada en la almohadilla de PCB

Posibilidad de liberar pasta de soldadura de la pared del orificio de la plantilla

Precisión de posición de los ladrillos de soldadura impresos en almohadillas de PCB

Durante el ciclo de impresión, cuando la tira de la escobilla de goma pasa a través de la plantilla, la pasta de soldadura llena el orificio de la plantilla. Durante el ciclo de separación de la placa / plantilla, se liberará pasta de soldadura sobre las almohadillas de la placa. Idealmente, toda la pasta de soldadura que llena el orificio durante el proceso de impresión debe liberarse de la pared del orificio y transferirse a la almohadilla del tablero para formar un ladrillo de soldadura completo. Sin embargo, la cantidad de transferencia depende de la relación de aspecto y la relación de área de la abertura.

Por ejemplo, en el caso de que el área de la almohadilla sea mayor que dos tercios del área de la pared del poro interno, la pasta puede lograr una liberación de mejor del 80%. Esto significa que reducir el grosor de la plantilla o aumentar el tamaño del orificio puede liberar mejor la pasta de soldadura en la misma proporción de área.

La capacidad de la pasta de soldadura para desprenderse de la pared del orificio de la plantilla también depende del acabado de la pared del orificio. El corte de orificios con láser mediante electropulido y / o galvanoplastia puede mejorar la eficiencia de la transferencia de lechada. Sin embargo, la transferencia de pasta de soldadura de la plantilla a la PCB también depende de la adhesión de la pasta de soldadura a la pared del orificio de la plantilla y de la adhesión de la pasta de soldadura a la almohadilla de la placa de circuito impreso. Para obtener un buen efecto de transferencia, este último debe ser más grande, lo que significa que la imprimibilidad depende de la relación entre el área de la pared de la plantilla y el área de la abertura, ignorando efectos menores como el ángulo de inclinación de la pared y su rugosidad. .

La posición y la precisión dimensional de los ladrillos de soldadura impresos en las placas de PCB dependen de la calidad de los datos CAD transmitidos, la tecnología y el método utilizados para hacer la plantilla y la temperatura de la plantilla durante el uso. Además, la precisión de la posición también depende del método de alineación utilizado.

Plantilla enmarcada o pegada

La plantilla enmarcada es actualmente la plantilla de corte por láser más potente, diseñada para la serigrafía masiva en el proceso de producción. Se instalan de forma permanente en el marco del encofrado y el marco de malla aprieta firmemente la lámina del encofrado en el encofrado. Para micro BGA y componentes con un paso de 16 mil o menos, se recomienda utilizar una plantilla enmarcada con una pared de orificios lisa. Cuando se utilizan en condiciones de temperatura controlada, los moldes enmarcados proporcionan la mejor posición y precisión dimensional.

Para la producción a corto plazo o el ensamblaje de prototipos de PCB, las plantillas sin marco pueden proporcionar el mejor control de volumen de pasta de soldadura. Están diseñados para su uso con sistemas tensores de encofrado, que son marcos de encofrado reutilizables, como los marcos universales. Dado que los moldes no están pegados permanentemente al marco, son mucho más baratos que los moldes tipo marco y ocupan mucho menos espacio de almacenamiento.