A importancia dos modelos para a montaxe de PCB

O proceso de montaxe en superficie usa modelos como vía para a deposición precisa e repetible de pasta de soldadura. Un modelo refírese a unha chapa fina ou delgada de latón ou aceiro inoxidable cun patrón de circuíto cortado para que coincida co patrón de posición do dispositivo de montaxe en superficie (SMD) no placa de circuíto impreso (PCB) onde se vai utilizar o modelo. Despois de que o modelo se coloque con precisión e se axuste ao PCB, a racleta metálica forza a pasta de soldadura polos orificios do modelo, formando así depósitos na PCB para fixar o SMD no seu lugar. Os depósitos de pasta de soldadura derrétense ao pasar polo forno de refluxo e fixan o SMD no PCB.

ipcb

O deseño da plantilla, especialmente a súa composición e grosor, así como a forma e o tamaño dos orificios, determinan o tamaño, a forma e a localización dos depósitos de pasta de soldadura, fundamental para garantir un proceso de montaxe de alto rendemento. Por exemplo, o grosor da folla e o tamaño da abertura dos buratos definen o volume de purín depositado no taboleiro. Un exceso de pasta de soldadura pode provocar a formación de bólas, pontes e lápidas. Unha pequena cantidade de pasta de soldadura fará que as xuntas de soldadura se sequen. Ambos danarán a función eléctrica da placa de circuíto.

Espesor óptimo da folla

O tipo de SMD no taboleiro define o grosor óptimo da folla. Por exemplo, os envases de compoñentes como 0603 ou 0.020″ SOIC de paso requiren un modelo de pasta de soldadura relativamente delgada, mentres que un modelo máis groso é máis axeitado para compoñentes como 1206 ou 0.050″ de paso SOIC. Aínda que o grosor do modelo utilizado para a deposición de pasta de soldadura varía de 0.001 “a 0.030”, o grosor típico da folla utilizada na maioría das placas de circuíto varía de 0.004 “a 0.007”.

Tecnoloxía de creación de modelos

Actualmente, a industria utiliza cinco tecnoloxías para facer stencils: corte con láser, electroformado, gravado químico e mestura. Aínda que a tecnoloxía híbrida é unha combinación de gravado químico e corte con láser, o gravado químico é moi útil para a fabricación de stencils escalonados e híbridos.

Gravado químico de modelos

O fresado químico grava a máscara metálica e a plantilla de máscara metálica flexible desde ambos os dous lados. Dado que isto se corroe non só na dirección vertical senón tamén na dirección lateral, provocará socavacións e fará que a abertura sexa máis grande que o tamaño necesario. A medida que o gravado avanza por ambos os dous lados, o estrechamento da parede recta dará lugar á formación dunha forma de reloxo de area, o que provocará un exceso de depósitos de soldadura.

Dado que a abertura do stencil de gravado non produce resultados suaves, a industria usa dous métodos para suavizar as paredes. Un deles é o proceso de electropulido e micrograbado, e o outro é o niquelado.

Aínda que unha superficie lisa ou pulida axuda a liberar a pasta, tamén pode provocar que a pasta salte a superficie da plantilla en lugar de rodar coa escobilla. O fabricante do modelo resolve este problema pulendo selectivamente as paredes do burato en lugar da superficie do modelo. Aínda que o niquelado pode mellorar a suavidade e o rendemento da impresión do modelo, pode reducir as aberturas, o que require un axuste da obra de arte.

Modelo de corte con láser

O corte con láser é un proceso subtractivo que introduce os datos de Gerber nunha máquina CNC que controla o raio láser. O raio láser comeza dentro do límite do burato e atravesa o seu perímetro mentres elimina completamente o metal para formar o burato, só un burato á vez.

Varios parámetros definen a suavidade do corte con láser. Isto inclúe a velocidade de corte, o tamaño do punto do feixe, a potencia do láser e o foco do feixe. Xeralmente, a industria usa un punto de feixe de aproximadamente 1.25 mils, que pode cortar aberturas moi precisas nunha variedade de formas e requisitos de tamaño. Non obstante, os buracos cortados con láser tamén requiren un procesamento posterior, ao igual que os buracos gravados químicamente. Os moldes de corte con láser necesitan pulido electrolítico e niquelado para que a parede interna do burato sexa lisa. A medida que o tamaño da abertura se reduce no proceso posterior, o tamaño da abertura do corte con láser debe compensarse adecuadamente.

Aspectos do uso da impresión stencil

A impresión con stencils implica tres procesos diferentes. O primeiro é o proceso de recheo de buratos, no que a pasta de soldadura enche os buratos. O segundo é o proceso de transferencia de pasta de soldadura, no que a pasta de soldadura acumulada no burato transfírese á superficie do PCB, e o terceiro é a localización da pasta de soldadura depositada. Estes tres procesos son esenciais para obter o resultado desexado: depositar un volume preciso de pasta de soldadura (tamén chamado ladrillo) no lugar correcto do PCB.

Para encher os buracos da plantilla con pasta de soldadura é necesario un rasquete metálico para presionar a pasta de soldadura nos orificios. A orientación do orificio en relación á tira de raspador afecta o proceso de recheo. Por exemplo, un burato co seu eixe longo orientado sobre o trazo da folla échese mellor que un burato co seu eixe curto orientado na dirección da carreira da folla. Ademais, dado que a velocidade da rasqueta afecta ao recheo dos buratos, unha velocidade máis baixa da raspadora pode facer que os buratos cuxo eixe longo sexa paralelo á carreira da raspadora enchen mellor os buratos.

O bordo da tira de raspador tamén afecta a forma en que a pasta de soldadura enche os buracos da plantilla. A práctica habitual é imprimir aplicando a presión mínima da raspadora mantendo un limpo limpo da pasta de soldadura na superficie do stencil. O aumento da presión da raspadora pode danar a raspadora e a plantilla, e tamén facer que a pasta se manche baixo a superficie da plantilla.

Por outra banda, a presión inferior da rasqueta pode non permitir que a pasta de soldadura se libere a través dos pequenos orificios, o que resulta nunha soldadura insuficiente nas almofadas do PCB. Ademais, a pasta de soldadura que queda no lado da raspadora preto do burato grande pode ser tirada cara abaixo pola gravidade, o que provoca un exceso de deposición de soldadura. Polo tanto, é necesaria unha presión mínima, o que conseguirá un limpo limpo da pasta.

A cantidade de presión aplicada tamén depende do tipo de pasta de soldadura utilizada. Por exemplo, en comparación co uso de pasta de estaño/chumbo, cando se usa pasta de soldadura sen chumbo, a raspadora de PTFE/níquel require un 25-40% máis de presión.

Problemas de rendemento de pasta de soldar e stencils

Algúns problemas de rendemento relacionados coa pasta de soldar e as plantillas son:

O grosor e o tamaño da abertura da folla do stencil determinan o volume potencial de pasta de soldadura depositada na almofada do PCB

Capacidade para liberar pasta de soldadura da parede do burato do modelo

Precisión de posición dos ladrillos de soldadura impresos en placas de PCB

Durante o ciclo de impresión, cando a tira de raspador atravesa o stencil, a pasta de soldadura enche o burato do stencil. Durante o ciclo de separación da placa/plantilla, a pasta de soldadura liberarase nas almofadas da placa. O ideal é que toda a pasta de soldadura que enche o burato durante o proceso de impresión debe ser liberada da parede do burato e transferida á almofada do taboleiro para formar un ladrillo de soldadura completo. Non obstante, o importe da transferencia depende da relación de aspecto e da proporción de área da apertura.

Por exemplo, no caso de que a área da almofada sexa maior que os dous terzos da área da parede interna do poro, a pasta pode lograr unha liberación superior ao 80%. Isto significa que reducir o grosor da plantilla ou aumentar o tamaño do burato pode liberar mellor a pasta de soldadura baixo a mesma proporción de área.

A capacidade da pasta de soldar para liberarse da parede do burato do modelo tamén depende do acabado da parede do burato. Os buratos de corte con láser por electropulido e/ou galvanoplastia poden mellorar a eficiencia da transferencia de purín. Non obstante, a transferencia da pasta de soldadura do modelo ao PCB tamén depende da adhesión da pasta de soldadura á parede do burato do modelo e da adhesión da pasta de soldadura á almofada do PCB. Para obter un bo efecto de transferencia, este último debe ser maior, o que significa que a imprimibilidade depende da relación entre a superficie da parede da plantilla e a área de abertura, ignorando efectos menores como o ángulo de calado da parede e a súa rugosidade. .

A posición e a precisión dimensional dos ladrillos de soldadura impresos nas almofadas de PCB dependen da calidade dos datos CAD transmitidos, da tecnoloxía e do método utilizados para facer o modelo e da temperatura do modelo durante o seu uso. Ademais, a precisión da posición tamén depende do método de aliñamento utilizado.

Modelo enmarcado ou modelo pegado

O modelo enmarcado é actualmente o modelo de corte con láser máis potente, deseñado para a serigrafía masiva no proceso de produción. Están instalados permanentemente no marco do encofrado e o marco de malla tensa firmemente a folla de encofrado no encofrado. Para micro BGA e compoñentes cun paso de 16 mil ou inferior, recoméndase usar unha plantilla enmarcada cunha parede de burato lisa. Cando se usan en condicións de temperatura controlada, os moldes enmarcados proporcionan a mellor posición e precisión dimensional.

Para a produción a curto prazo ou a montaxe de prototipos de PCB, os modelos sen marco poden proporcionar o mellor control de volume de pasta de soldadura. Están deseñados para o seu uso con sistemas de tensado de encofrados, que son marcos de encofrado reutilizables, como marcos universais. Dado que os moldes non están permanentemente pegados ao marco, son moito máis baratos que os moldes tipo marco e ocupan moito menos espazo de almacenamento.