فرآیند مونتاژ نصب روی سطح از الگوها به عنوان مسیری برای رسوب دقیق و قابل تکرار خمیر لحیم استفاده می کند. شابلون به ورق نازک یا نازکی از برنج یا فولاد ضد زنگ گفته می شود که بر روی آن یک الگوی مدار بریده شده است تا با الگوی موقعیت دستگاه نصب سطحی (SMD) بر روی آن بریده شود. تخته مدار چاپی (PCB) که در آن الگو قرار است استفاده شود. پس از اینکه قالب به طور دقیق در جای خود قرار گرفت و با PCB مطابقت پیدا کرد، گیره فلزی خمیر لحیم کاری را از سوراخ های شابلون عبور می دهد و در نتیجه رسوباتی روی PCB ایجاد می کند تا SMD را در جای خود ثابت کند. رسوبات خمیر لحیم هنگام عبور از کوره جریان مجدد ذوب می شود و SMD را روی PCB ثابت می کند.

طراحی قالب، به خصوص ترکیب و ضخامت آن، و همچنین شکل و اندازه سوراخ ها، اندازه، شکل و محل رسوبات خمیر لحیم کاری را تعیین می کند، که برای اطمینان از یک فرآیند مونتاژ با کارایی بالا ضروری است. به عنوان مثال، ضخامت فویل و اندازه باز شدن سوراخ ها، حجم دوغاب رسوب شده روی تخته را مشخص می کند. خمیر لحیم کاری بیش از حد می تواند منجر به تشکیل توپ، پل و سنگ قبر شود. مقدار کمی خمیر لحیم کاری باعث خشک شدن اتصالات لحیم می شود. هر دو به عملکرد الکتریکی برد مدار آسیب می رسانند.

ضخامت فویل بهینه

نوع SMD روی برد ضخامت بهینه فویل را مشخص می کند. به عنوان مثال، بسته بندی اجزایی مانند SOIC 0603 یا 0.020 اینچ به یک قالب خمیر لحیم کاری نسبتاً نازک نیاز دارد، در حالی که یک قالب ضخیم تر برای اجزایی مانند SOIC گام 1206 یا 0.050 اینچ مناسب تر است. اگرچه ضخامت قالب مورد استفاده برای رسوب خمیر لحیم کاری از 0.001 اینچ تا 0.030 اینچ است، ضخامت فویل معمولی مورد استفاده در بیشتر تخته های مدار از 0.004 اینچ تا 0.007 اینچ است.

تکنولوژی ساخت قالب

در حال حاضر، صنعت از پنج فناوری برای ساخت شابلون استفاده می کند – برش لیزری، الکتروفرمینگ، اچ شیمیایی و اختلاط. اگرچه فناوری ترکیبی ترکیبی از اچ شیمیایی و برش لیزری است، اچ شیمیایی برای ساخت شابلون های پله ای و شابلون های ترکیبی بسیار مفید است.

حکاکی شیمیایی قالب ها

آسیاب شیمیایی ماسک فلزی و قالب ماسک فلزی انعطاف پذیر را از هر دو طرف حک می کند. از آنجایی که این امر نه تنها در جهت عمودی بلکه در جهت جانبی نیز خورده می شود، باعث ایجاد آندرکات و بزرگتر شدن دهانه از اندازه لازم می شود. همانطور که اچ از هر دو طرف پیشرفت می کند، باریک شدن روی دیوار مستقیم منجر به تشکیل یک شکل ساعت شنی می شود که منجر به رسوب اضافی لحیم می شود.

از آنجایی که دهانه شابلون اچینگ نتایج صافی ایجاد نمی کند، صنعت از دو روش برای صاف کردن دیوارها استفاده می کند. یکی از آنها فرآیند الکترو پولیشینگ و میکرو اچینگ و دیگری آبکاری نیکل است.

اگر چه یک سطح صاف یا صیقلی به آزاد شدن خمیر کمک می کند، اما ممکن است باعث شود خمیر به جای چرخاندن با اسکاج از سطح قالب رد شود. سازنده قالب این مشکل را با پرداخت انتخابی دیوارهای سوراخ به جای سطح قالب حل می کند. اگرچه آبکاری نیکل می‌تواند صافی و عملکرد چاپ الگو را بهبود بخشد، اما می‌تواند دهانه‌ها را کاهش دهد که نیاز به تنظیم آثار هنری دارد.

قالب برش لیزری

برش لیزری یک فرآیند کاهشی است که داده های Gerber را به یک دستگاه CNC که پرتو لیزر را کنترل می کند، وارد می کند. پرتو لیزر از داخل مرز سوراخ شروع می شود و محیط آن را طی می کند در حالی که به طور کامل فلز را جدا می کند تا سوراخ ایجاد شود، فقط یک سوراخ در هر بار.

چندین پارامتر صافی برش لیزر را مشخص می کند. این شامل سرعت برش، اندازه نقطه پرتو، قدرت لیزر و فوکوس پرتو است. به طور کلی، صنعت از یک نقطه پرتو در حدود 1.25 میل استفاده می کند که می تواند دیافراگم های بسیار دقیق را در اشکال و اندازه های مختلف مورد نیاز برش دهد. با این حال، سوراخ‌های برش لیزری نیز مانند سوراخ‌های حکاکی شده شیمیایی نیاز به پس پردازش دارند. قالب های برش لیزری برای صاف کردن دیواره داخلی سوراخ به پولیش الکترولیتی و آبکاری نیکل نیاز دارند. با کاهش اندازه دیافراگم در فرآیند بعدی، اندازه دیافراگم برش لیزری باید به درستی جبران شود.

جنبه های استفاده از چاپ شابلون

چاپ با شابلون شامل سه فرآیند مختلف است. اولین مورد فرآیند پر کردن سوراخ است که در آن خمیر لحیم کاری سوراخ ها را پر می کند. دوم فرآیند انتقال خمیر لحیم کاری است که در آن خمیر لحیم انباشته شده در سوراخ به سطح PCB منتقل می شود و سوم محل خمیر لحیم رسوب شده است. این سه فرآیند برای به دست آوردن نتیجه مورد نظر ضروری هستند – رسوب دادن حجم دقیق خمیر لحیم (که آجر نیز نامیده می شود) در جای مناسب روی PCB.

پر کردن سوراخ های قالب با خمیر لحیم کاری به یک خراش دهنده فلزی نیاز دارد تا خمیر لحیم کاری را درون سوراخ ها فشار دهد. جهت سوراخ نسبت به نوار اسکاج بر فرآیند پر شدن تاثیر می گذارد. به عنوان مثال، سوراخی که محور بلند آن بر روی حرکت تیغه قرار دارد، بهتر از سوراخی که محور کوتاه آن در جهت حرکت تیغه است، پر می شود. علاوه بر این، از آنجایی که سرعت اسکاج بر پر شدن سوراخ ها تأثیر می گذارد، سرعت پایین تر اسکاج می تواند باعث شود سوراخ هایی که محور بلند آنها موازی با حرکت اسکاج است، سوراخ ها را بهتر پر کنند.

لبه نوار اسکاج نیز بر نحوه پر کردن سوراخ های شابلون توسط خمیر لحیم کاری تأثیر می گذارد. روش معمول این است که در حالی که حداقل فشار اسکاج را اعمال می کنید، در حالی که خمیر لحیم را روی سطح شابلون پاک می کنید، چاپ کنید. افزایش فشار اسکاج ممکن است به اسکاج و شابلون آسیب برساند و همچنین باعث لک شدن خمیر در زیر سطح شابلون شود.

از طرف دیگر، فشار پایین تر اسکاجی ممکن است اجازه ندهد خمیر لحیم از سوراخ های کوچک آزاد شود و در نتیجه لحیم کاری کافی روی لنت های PCB وجود ندارد. بعلاوه، خمیر لحیم باقی مانده در کنار اسکاج نزدیک سوراخ بزرگ ممکن است توسط گرانش به پایین کشیده شود و در نتیجه لحیم بیش از حد رسوب کند. بنابراین حداقل فشار مورد نیاز است که باعث پاک شدن خمیر می شود.

میزان فشار اعمال شده نیز بستگی به نوع خمیر لحیم مورد استفاده دارد. به عنوان مثال، در مقایسه با استفاده از خمیر قلع/سرب، هنگام استفاده از خمیر لحیم کاری بدون سرب، اسکاج PTFE/نیکل اندود شده به حدود 25 تا 40 درصد فشار بیشتری نیاز دارد.

مسائل مربوط به عملکرد خمیر لحیم کاری و شابلون

برخی از مسائل مربوط به عملکرد خمیر لحیم کاری و شابلون ها عبارتند از:

ضخامت و اندازه دیافراگم فویل شابلون، حجم بالقوه خمیر لحیم را تعیین می کند که روی پد PCB قرار گرفته است.

قابلیت آزادسازی خمیر لحیم کاری از دیواره سوراخ قالب

دقت موقعیت آجرهای لحیم کاری چاپ شده روی پدهای PCB

در طول چرخه چاپ، زمانی که نوار اسکاج از شابلون عبور می کند، خمیر لحیم سوراخ شابلون را پر می کند. در طول چرخه جداسازی تخته/قالب، خمیر لحیم کاری روی لنت های روی تخته رها می شود. در حالت ایده آل، تمام خمیر لحیم کاری که سوراخ را در طول فرآیند چاپ پر می کند، باید از دیواره سوراخ خارج شده و به پد روی تخته منتقل شود تا یک آجر لحیم کاری کامل ایجاد شود. با این حال، مقدار انتقال به نسبت ابعاد و نسبت مساحت دهانه بستگی دارد.

به عنوان مثال، در مواردی که مساحت پد بزرگتر از دو سوم سطح دیواره منافذ داخلی باشد، خمیر می تواند به آزادسازی بهتر از 80٪ برسد. این به این معنی است که کاهش ضخامت قالب یا افزایش اندازه سوراخ می تواند خمیر لحیم کاری را با نسبت مساحت مشابه بهتر آزاد کند.

توانایی خمیر لحیم کاری برای آزاد شدن از دیواره سوراخ شابلون نیز به پایان دیوار سوراخ بستگی دارد. حفره های برش لیزری با آبکاری و/یا آبکاری الکتریکی می تواند کارایی انتقال دوغاب را بهبود بخشد. با این حال، انتقال خمیر لحیم از قالب به PCB به چسبندگی خمیر لحیم به دیواره سوراخ شابلون و چسبندگی خمیر لحیم به پد PCB نیز بستگی دارد. برای به دست آوردن یک جلوه انتقال خوب، دومی باید بزرگتر باشد، به این معنی که قابلیت چاپ به نسبت سطح دیوار قالب به ناحیه باز بستگی دارد، در حالی که از اثرات جزئی مانند زاویه پیشروی دیوار و ناهمواری آن چشم پوشی می شود. .

موقعیت و دقت ابعاد آجرهای لحیم کاری چاپ شده بر روی پدهای PCB به کیفیت داده های CAD ارسالی، فناوری و روش استفاده شده برای ساخت الگو و دمای قالب در حین استفاده بستگی دارد. علاوه بر این، دقت موقعیت به روش تراز استفاده شده نیز بستگی دارد.

قالب قاب شده یا قالب چسب دار

قالب قاب شده در حال حاضر قدرتمندترین قالب برش لیزری است که برای چاپ انبوه صفحه در فرآیند تولید طراحی شده است. آنها به طور دائم در چارچوب قالب نصب می شوند و چارچوب مشبک فویل قالب را در قالب محکم می کند. برای میکرو BGA و قطعات با گام 16 میل و کمتر، توصیه می شود از یک قالب قاب دار با دیواره سوراخ صاف استفاده کنید. هنگامی که در شرایط دمایی کنترل شده استفاده می شود، قالب های قاب شده بهترین موقعیت و دقت ابعادی را ارائه می دهند.

برای تولید کوتاه مدت یا نمونه اولیه مونتاژ PCB، قالب های بدون فریم می توانند بهترین کنترل حجم خمیر لحیم کاری را ارائه دهند. آنها برای استفاده با سیستم های کشش قالب، که قاب های قالب قابل استفاده مجدد هستند، مانند قاب های جهانی طراحی شده اند. از آنجایی که قالب ها به طور دائم به قاب چسبانده نمی شوند، بسیار ارزان تر از قالب های قاب هستند و فضای ذخیره سازی بسیار کمتری را اشغال می کنند.