Mallien merkitys piirilevyn kokoonpanossa

Pinta-asennuskokoonpanoprosessissa käytetään malleja tarkkaan, toistettavaan juotospastan levitykseen. Malli tarkoittaa ohutta tai ohutta messinki- tai ruostumatonta teräslevyä, johon on leikattu piirikuvio, joka vastaa pinta-asennuslaitteen (SMD) asentokuviota. piirilevy (PCB), jossa mallia käytetään. Sen jälkeen, kun malli on kohdistettu tarkasti ja sovitettu piirilevyyn, metallivetolasta pakottaa juotospastan mallin reikien läpi muodostaen siten kerrostumia piirilevylle SMD:n kiinnittämiseksi paikalleen. Juotospastajäämät sulavat kulkiessaan reflow-uunin läpi ja kiinnittävät SMD:n piirilevyyn.

ipcb

Mallin suunnittelu, erityisesti sen koostumus ja paksuus sekä reikien muoto ja koko määräävät juotospastakerrostumien koon, muodon ja sijainnin, mikä on olennaista korkean suorituskyvyn kokoonpanoprosessin varmistamiseksi. Esimerkiksi kalvon paksuus ja reikien aukkojen koko määräävät levylle kerrostetun lietteen määrän. Liiallinen juotospasta voi johtaa pallojen, siltojen ja hautakivien muodostumiseen. Pieni määrä juotospastaa saa juotosliitokset kuivumaan. Molemmat vahingoittavat piirilevyn sähköistä toimintaa.

Optimaalinen folion paksuus

Levyn SMD-tyyppi määrittää optimaalisen kalvon paksuuden. Esimerkiksi komponenttien pakkaukset, kuten 0603 tai 0.020 tuuman pitch SOIC, edellyttävät suhteellisen ohutta juotospastamallia, kun taas paksumpi malli sopii paremmin komponenteille, kuten 1206 tai 0.050 tuuman pitch SOIC. Vaikka juotospastan levitykseen käytetyn mallin paksuus vaihtelee välillä 0.001 – 0.030 tuumaa, useimmilla piirilevyillä käytetyn kalvon tyypillinen paksuus vaihtelee välillä 0.004 – 0.007 tuumaa.

Mallin valmistustekniikka

Tällä hetkellä teollisuus käyttää viittä tekniikkaa stensiili-laserleikkaukseen, sähkömuovaukseen, kemialliseen syövytykseen ja sekoittamiseen. Vaikka hybriditekniikka on kemiallisen syövytyksen ja laserleikkauksen yhdistelmä, kemiallinen etsaus on erittäin hyödyllinen porrastettujen ja hybridistensiilien valmistuksessa.

Mallien kemiallinen etsaus

Kemiallinen jyrsintä etsaa metallimaskin ja joustavan metallimaskin mallin molemmilta puolilta. Koska tämä syöpyy paitsi pystysuunnassa, myös sivusuunnassa, se aiheuttaa alileikkauksia ja tekee aukosta vaadittua kokoa suuremman. Syövytyksen edetessä molemmilta puolilta suoran seinämän kapeneminen johtaa tiimalasin muodon muodostumiseen, mikä johtaa ylimääräisiin juotoskertymiin.

Koska etsausstensiilin aukko ei tuota tasaisia ​​tuloksia, teollisuudessa käytetään kahta menetelmää seinien tasoittamiseen. Yksi niistä on sähkökiillotus- ja mikroetsausprosessi, ja toinen on nikkelipinnoitus.

Vaikka sileä tai kiillotettu pinta auttaa tahnan irtoamisessa, se voi myös saada tahnan ohittamaan mallin pinnan sen sijaan, että se rullaisi vetolastalla. Mallin valmistaja ratkaisee tämän ongelman kiillottamalla valikoivasti reiän seinät mallin pinnan sijaan. Vaikka nikkelipinnoitus voi parantaa mallin sileyttä ja tulostustehoa, se voi vähentää aukkoja, mikä vaatii taideteoksen säätämistä.

Mallin laserleikkaus

Laserleikkaus on vähentävä prosessi, joka syöttää Gerber-tiedot CNC-koneeseen, joka ohjaa lasersädettä. Lasersäde alkaa reiän rajalta ja kulkee sen kehän läpi poistaen samalla metallin kokonaan muodostaen reiän, vain yksi reikä kerrallaan.

Useat parametrit määrittelevät laserleikkauksen tasaisuuden. Tämä sisältää leikkausnopeuden, säteen pistekoon, lasertehon ja säteen tarkennuksen. Yleensä teollisuudessa käytetään noin 1.25 milin säteen pistettä, jolla voidaan leikata erittäin tarkkoja aukkoja erilaisissa muodoissa ja kokovaatimuksissa. Laserleikatut reiät vaativat kuitenkin myös jälkikäsittelyä, kuten kemiallisesti syövytetyt reiät. Laserleikkausmuotit tarvitsevat elektrolyyttistä kiillotusta ja nikkelöintiä, jotta reiän sisäseinä tulee sileäksi. Koska aukon kokoa pienennetään seuraavassa prosessissa, laserleikkauksen aukon koko on kompensoitava oikein.

Stensiilitulostuksen käytön näkökohdat

Kaavaimilla painamiseen liittyy kolme erilaista prosessia. Ensimmäinen on reikien täyttöprosessi, jossa juotospasta täyttää reiät. Toinen on juotospastan siirtoprosessi, jossa reikään kertynyt juotospasta siirretään piirilevyn pinnalle ja kolmas on kerrostetun juotospastan sijainti. Nämä kolme prosessia ovat välttämättömiä halutun tuloksen saavuttamiseksi – saostamalla tarkka määrä juotospastaa (kutsutaan myös tiileksi) oikeaan paikkaan piirilevylle.

Mallin reikien täyttäminen juotospastalla vaatii metallikaavin puristamaan juotospastan reikiin. Reiän suuntaus vetolastan kaistaleeseen nähden vaikuttaa täyttöprosessiin. Esimerkiksi reikä, jonka pitkä akseli on suunnattu terän iskun suuntaan, täyttyy paremmin kuin reikä, jonka lyhyt akseli on suunnattu terän iskun suuntaan. Lisäksi, koska vetolastan nopeus vaikuttaa reikien täyttöön, pienemmällä vetolastan nopeudella voidaan saada reiät, joiden pituusakseli on yhdensuuntainen vetolastan iskun kanssa, paremmin täyttämään reiät.

Vetolastan reuna vaikuttaa myös siihen, kuinka juotospasta täyttää stensiilireiät. Tavanomainen käytäntö on tulostaa käyttämällä pienintä vetolastan painetta samalla, kun juotospasta pyyhitään puhtaana stensiilin pinnalla. Vetolastan paineen lisääminen voi vaurioittaa vetolastaa ja mallia sekä saada tahnaa tahriintumaan mallin pinnan alle.

Toisaalta alempi vetolastan paine ei ehkä salli juotospastan vapautumista pienten reikien läpi, mikä johtaa riittämättömään juotteeseen PCB-tyynyissä. Lisäksi vetolastan kyljelle suuren reiän lähelle jäänyt juotospasta voi vetää alas painovoiman vaikutuksesta, mikä johtaa liialliseen juotoskerrostumiseen. Siksi vaaditaan pienin paine, joka takaa tahnan puhtaan pyyhkimisen.

Käytettävän paineen määrä riippuu myös käytetyn juotospastan tyypistä. Esimerkiksi verrattuna tina/lyijypastan käyttöön, lyijytöntä juotospastaa käytettäessä PTFE/nikkelipinnoitettu vetolasta vaatii noin 25-40 % enemmän painetta.

Juotospastan ja stensiilien suorituskykyongelmat

Joitakin juotospastaan ​​ja stensiileihin liittyviä suorituskykyongelmia ovat:

Kaavainkalvon paksuus ja aukon koko määräävät PCB-tyynylle kerrostetun juotospastan mahdollisen tilavuuden

Mahdollisuus vapauttaa juotospasta mallin reiän seinämästä

PCB-levyille painettujen juotostiilien asennon tarkkuus

Painatusjakson aikana, kun vetolastan nauha kulkee kaavaimen läpi, juotospasta täyttää kaavainreiän. Levyn/mallin erotusjakson aikana juotospastaa vapautuu levyn tyynyille. Ihannetapauksessa kaikki reiän tulostusprosessin aikana täyttävä juotospasta tulisi irrottaa reiän seinämästä ja siirtää levyn alustalle täydellisen juotostiilen muodostamiseksi. Siirtomäärä riippuu kuitenkin aukon kuvasuhteesta ja pinta-alasuhteesta.

Esimerkiksi siinä tapauksessa, että tyynyn pinta-ala on suurempi kuin kaksi kolmasosaa huokosten sisäseinämän pinta-alasta, tahna voi saavuttaa paremman kuin 80 %:n vapautumisen. Tämä tarkoittaa, että mallin paksuuden vähentäminen tai reiän koon lisääminen voi vapauttaa juotospastan paremmin samalla pinta-alasuhteella.

Juotospastan kyky vapautua mallireiän seinämästä riippuu myös reiän seinämän viimeistelystä. Reikien laserleikkaus sähkökiillotuksella ja/tai galvanoimalla voi parantaa lietteen siirtoa. Juotospastan siirtyminen mallista piirilevylle riippuu kuitenkin myös juotospastan tarttumisesta mallin reiän seinämään ja juotospastan tarttumisesta piirilevyyn. Hyvän siirtovaikutuksen saavuttamiseksi jälkimmäisen tulee olla suurempi, mikä tarkoittaa, että painettavuus riippuu malliseinämän pinta-alan suhteesta aukkoon, jättäen huomiotta pienet vaikutukset, kuten seinän vetokulman ja sen karheuden. .

Piirilevyille painettujen juotostiilien sijainti ja mittatarkkuus riippuvat lähetetyn CAD-tiedon laadusta, mallin valmistustekniikasta ja -menetelmästä sekä mallin lämpötilasta käytön aikana. Lisäksi sijainnin tarkkuus riippuu myös käytetystä kohdistusmenetelmästä.

Kehystetty malli tai liimattu malli

Kehystetty malli on tällä hetkellä tehokkain laserleikkausmalli, joka on suunniteltu tuotantoprosessin massasilkkipainatukseen. Ne asennetaan pysyvästi muottirunkoon, ja verkkokehys kiristää tiukasti muottikalvon muotissa. Micro BGA:lle ja komponenteille, joiden jakoväli on 16 miliä tai vähemmän, on suositeltavaa käyttää kehystettyä mallia, jossa on sileä reikäseinä. Käytettäessä säädellyissä lämpötilaolosuhteissa kehystetyt muotit tarjoavat parhaan asennon ja mittatarkkuuden.

Lyhytaikaiseen tuotantoon tai PCB-prototyyppiin kehyksettömät mallit voivat tarjota parhaan juotospastan äänenvoimakkuuden säädön. Ne on suunniteltu käytettäväksi muottikiristysjärjestelmien kanssa, jotka ovat uudelleenkäytettäviä muottirunkoja, kuten yleisrunkoja. Koska muotteja ei ole liimattu pysyvästi runkoon, ne ovat paljon halvempia kuin runkotyyppiset muotit ja vievät paljon vähemmän säilytystilaa.