Le processus d’assemblage de montage en surface utilise des gabarits comme voie pour un dépôt de pâte à souder précis et reproductible. Un gabarit fait référence à une feuille mince ou mince de laiton ou d’acier inoxydable avec un motif de circuit découpé pour correspondre au motif de position du dispositif de montage en surface (SMD) sur le circuit imprimé (PCB) où le modèle doit être utilisé. Une fois le gabarit positionné avec précision et adapté au PCB, la raclette métallique force la pâte à souder à travers les trous du gabarit, formant ainsi des dépôts sur le PCB pour fixer le CMS en place. Les dépôts de pâte à braser fondent lors du passage dans le four de refusion et fixent le SMD sur le PCB.

La conception du gabarit, en particulier sa composition et son épaisseur, ainsi que la forme et la taille des trous, déterminent la taille, la forme et l’emplacement des dépôts de pâte à braser, ce qui est essentiel pour assurer un processus d’assemblage à haut débit. Par exemple, l’épaisseur de la feuille et la taille des ouvertures des trous définissent le volume de slurry déposé sur la planche. Un excès de pâte à souder peut entraîner la formation de boules, de ponts et de pierres tombales. Une petite quantité de pâte à souder provoquera le dessèchement des joints de soudure. Les deux endommageront la fonction électrique du circuit imprimé.

Épaisseur de feuille optimale

Le type de SMD sur la carte définit l’épaisseur optimale de la feuille. Par exemple, l’emballage de composants tels que le SOIC au pas de 0603 ou 0.020″ nécessite un gabarit de pâte à souder relativement fin, tandis qu’un gabarit plus épais convient mieux aux composants tels que le SOIC au pas de 1206 ou de 0.050″. Bien que l’épaisseur du gabarit utilisé pour le dépôt de pâte à souder varie de 0.001″ à 0.030″, l’épaisseur de feuille typique utilisée sur la plupart des circuits imprimés varie de 0.004″ à 0.007″.

Technologie de création de modèles

Actuellement, l’industrie utilise cinq technologies pour réaliser la découpe au laser, l’électroformage, la gravure chimique et le mélange. Bien que la technologie hybride soit une combinaison de gravure chimique et de découpe laser, la gravure chimique est très utile pour la fabrication de pochoirs étagés et de pochoirs hybrides.

Gravure chimique de gabarits

Le fraisage chimique grave le masque métallique et le gabarit de masque métallique flexible des deux côtés. Étant donné que cela se corrode non seulement dans la direction verticale mais également dans la direction latérale, cela provoquera des contre-dépouilles et rendra l’ouverture plus grande que la taille requise. Au fur et à mesure que la gravure progresse des deux côtés, l’effilage sur la paroi droite entraînera la formation d’une forme de sablier, ce qui entraînera des dépôts de soudure excessifs.

Étant donné que l’ouverture du pochoir de gravure ne produit pas de résultats lisses, l’industrie utilise deux méthodes pour lisser les murs. L’un d’eux est le processus d’électropolissage et de micro-gravure, et l’autre est le nickelage.

Bien qu’une surface lisse ou polie facilite la libération de la pâte, elle peut également faire en sorte que la pâte saute la surface du gabarit au lieu de rouler avec la raclette. Le fabricant du gabarit résout ce problème en polissant sélectivement les parois des trous au lieu de la surface du gabarit. Bien que le placage au nickel puisse améliorer le lissé et les performances d’impression du gabarit, il peut réduire les ouvertures, ce qui nécessite un ajustement de l’illustration.

Découpe laser de gabarit

La découpe laser est un processus soustractif qui entre les données Gerber dans une machine CNC qui contrôle le faisceau laser. Le faisceau laser commence à l’intérieur de la limite du trou et traverse son périmètre tout en enlevant complètement le métal pour former le trou, un seul trou à la fois.

Plusieurs paramètres définissent la finesse de la découpe laser. Cela inclut la vitesse de coupe, la taille du spot du faisceau, la puissance laser et la focalisation du faisceau. Généralement, l’industrie utilise un spot de faisceau d’environ 1.25 mils, qui peut couper des ouvertures très précises dans une variété de formes et de tailles. Cependant, les trous découpés au laser nécessitent également un post-traitement, tout comme les trous gravés chimiquement. Les moules de découpe au laser nécessitent un polissage électrolytique et un placage au nickel pour rendre la paroi intérieure du trou lisse. Comme la taille de l’ouverture est réduite dans le processus suivant, la taille de l’ouverture de la découpe laser doit être correctement compensée.

Aspects de l’utilisation de l’impression au pochoir

L’impression avec des pochoirs implique trois processus différents. Le premier est le processus de remplissage des trous, dans lequel la pâte à souder remplit les trous. Le second est le processus de transfert de pâte à souder, dans lequel la pâte à souder accumulée dans le trou est transférée à la surface du PCB, et le troisième est l’emplacement de la pâte à souder déposée. Ces trois procédés sont essentiels pour obtenir le résultat souhaité : déposer un volume précis de pâte à souder (également appelée brique) au bon endroit sur le PCB.

Le remplissage des trous du gabarit avec de la pâte à souder nécessite un grattoir en métal pour presser la pâte à souder dans les trous. L’orientation du trou par rapport à la bande de raclette affecte le processus de remplissage. Par exemple, un trou avec son grand axe orienté sur la course de la lame se remplit mieux qu’un trou avec son petit axe orienté dans le sens de la course de la lame. De plus, étant donné que la vitesse de la raclette affecte le remplissage des trous, une vitesse de raclette inférieure peut permettre aux trous dont le grand axe est parallèle à la course de la raclette de mieux remplir les trous.

Le bord de la bande de raclette affecte également la façon dont la pâte à souder remplit les trous du pochoir. La pratique habituelle consiste à imprimer en appliquant la pression minimale de la raclette tout en maintenant un essuyage propre de la pâte à braser sur la surface du pochoir. L’augmentation de la pression de la raclette peut endommager la raclette et le gabarit, et également faire enduire la pâte sous la surface du gabarit.

D’un autre côté, la pression inférieure de la raclette peut ne pas permettre à la pâte à souder d’être libérée à travers les petits trous, ce qui entraîne une soudure insuffisante sur les pastilles du PCB. De plus, la pâte à souder laissée sur le côté de la raclette près du grand trou peut être tirée vers le bas par gravité, ce qui entraîne un dépôt excessif de soudure. Par conséquent, une pression minimale est requise, ce qui permettra d’obtenir un essuyage propre de la pâte.

La quantité de pression appliquée dépend également du type de pâte à souder utilisée. Par exemple, par rapport à l’utilisation de pâte étain/plomb, lors de l’utilisation de pâte à souder sans plomb, la raclette PTFE/nickelé nécessite environ 25 à 40 % de pression en plus.

Problèmes de performance de la pâte à souder et des pochoirs

Certains problèmes de performances liés à la pâte à souder et aux pochoirs sont :

L’épaisseur et la taille de l’ouverture de la feuille de pochoir déterminent le volume potentiel de pâte à souder déposée sur le plot PCB

Possibilité de libérer la pâte à souder de la paroi du trou du gabarit

Précision de position des briques de soudure imprimées sur les pastilles de PCB

Pendant le cycle d’impression, lorsque la bande de raclette passe à travers le pochoir, la pâte à souder remplit le trou du pochoir. Pendant le cycle de séparation carte/modèle, la pâte à souder sera libérée sur les plots de la carte. Idéalement, toute la pâte à souder qui remplit le trou pendant le processus d’impression doit être libérée de la paroi du trou et transférée sur le tampon de la carte pour former une brique de soudure complète. Cependant, la quantité de transfert dépend du rapport hauteur/largeur et du rapport de surface de l’ouverture.

Par exemple, dans le cas où la surface du tampon est supérieure aux deux tiers de la surface de la paroi interne des pores, la pâte peut atteindre une libération meilleure que 80%. Cela signifie que réduire l’épaisseur du gabarit ou augmenter la taille du trou peut mieux libérer la pâte à braser sous le même rapport de surface.

La capacité de la pâte à souder à se détacher de la paroi du trou du gabarit dépend également de la finition de la paroi du trou. La découpe au laser de trous par électropolissage et/ou galvanoplastie peut améliorer l’efficacité du transfert de boue. Cependant, le transfert de la pâte à souder du gabarit au PCB dépend également de l’adhérence de la pâte à souder à la paroi du trou du gabarit et de l’adhérence de la pâte à souder au plot PCB. Afin d’obtenir un bon effet de transfert, ce dernier doit être plus grand, ce qui signifie que l’imprimabilité dépend du rapport de la surface du mur du gabarit à la surface de l’ouverture, en ignorant les effets mineurs tels que l’angle de dépouille du mur et sa rugosité. .

La position et la précision dimensionnelle des briques de soudure imprimées sur les plots PCB dépendent de la qualité des données CAO transmises, de la technologie et de la méthode utilisées pour fabriquer le gabarit et de la température du gabarit pendant l’utilisation. De plus, la précision de la position dépend également de la méthode d’alignement utilisée.

Gabarit encadré ou gabarit collé

Le gabarit encadré est actuellement le gabarit de découpe laser le plus puissant, conçu pour la sérigraphie de masse dans le processus de production. Ils sont installés de manière permanente dans le cadre de coffrage et le cadre en treillis serre fermement la feuille de coffrage dans le coffrage. Pour les micro BGA et les composants avec un pas de 16 mil et moins, il est recommandé d’utiliser un gabarit encadré avec une paroi de trou lisse. Lorsqu’ils sont utilisés dans des conditions de température contrôlées, les moules encadrés offrent la meilleure position et précision dimensionnelle.

Pour la production à court terme ou l’assemblage de prototypes de circuits imprimés, les modèles sans cadre peuvent fournir le meilleur contrôle du volume de pâte à souder. Ils sont conçus pour être utilisés avec des systèmes de tension de coffrage, qui sont des cadres de coffrage réutilisables, tels que des cadres universels. Étant donné que les moules ne sont pas collés de façon permanente au cadre, ils sont beaucoup moins chers que les moules de type cadre et occupent beaucoup moins d’espace de stockage.