Proces montaže površinske montaže koristi predloške kao put do preciznog, ponovljivog taloženja paste za lemljenje. Predložak se odnosi na tanak ili tanak lim od mjedi ili nehrđajućeg čelika s izrezanim uzorkom strujnog kruga koji odgovara uzorku položaja uređaja za površinsku montažu (SMD) na tiskana pločica (PCB) gdje se predložak treba koristiti. Nakon što je predložak točno pozicioniran i usklađen s PCB-om, metalna guma probija pastu za lemljenje kroz rupe na šabloni, stvarajući tako naslage na PCB-u kako bi se SMD učvrstio na mjestu. Naslage paste za lemljenje tope se prilikom prolaska kroz reflow peć i fiksiraju SMD na PCB.

Dizajn predloška, ​​posebice njegov sastav i debljina, kao i oblik i veličina rupa, određuju veličinu, oblik i mjesto naslaga paste za lemljenje, što je bitno za osiguravanje visokopropusnog procesa montaže. Na primjer, debljina folije i veličina otvora rupa određuju volumen kaše koja se taloži na ploču. Prekomjerna pasta za lemljenje može dovesti do stvaranja kuglica, mostova i nadgrobnih spomenika. Mala količina paste za lemljenje će uzrokovati sušenje lemnih spojeva. I jedno i drugo će oštetiti električnu funkciju ploče.

Optimalna debljina folije

Vrsta SMD-a na ploči definira optimalnu debljinu folije. Na primjer, pakiranje komponenti poput 0603 ili 0.020″ koraka SOIC zahtijeva relativno tanak predložak paste za lemljenje, dok je deblji predložak prikladniji za komponente poput 1206 ili 0.050″ koraka SOIC. Iako se debljina predloška koji se koristi za taloženje paste za lemljenje kreće od 0.001″ do 0.030″, tipična debljina folije koja se koristi na većini ploča kreće se od 0.004″ do 0.007″.

Tehnologija izrade predložaka

Trenutno, industrija koristi pet tehnologija za izradu šablona – lasersko rezanje, elektroformiranje, kemijsko jetkanje i miješanje. Iako je hibridna tehnologija kombinacija kemijskog jetkanja i laserskog rezanja, kemijsko jetkanje je vrlo korisno za izradu stepenastih šablona i hibridnih šablona.

Kemijsko jetkanje šablona

Kemijsko glodanje ugriza metalnu masku i fleksibilni predložak metalne maske s obje strane. Budući da to korodira ne samo u okomitom već iu bočnom smjeru, to će uzrokovati podrezivanje i učiniti otvor većim od potrebne veličine. Kako graviranje napreduje s obje strane, suženje na ravnoj stijenci rezultirat će stvaranjem oblika pješčanog sata, što će rezultirati suvišnim naslagama lema.

Budući da otvor šablone za jetkanje ne daje glatke rezultate, industrija koristi dvije metode za izglađivanje zidova. Jedan od njih je proces elektropoliranja i mikrojetkanja, a drugi je poniklavanje.

Iako glatka ili polirana površina pomaže oslobađanju paste, također može uzrokovati da pasta preskoči površinu predloška umjesto da se kotrlja brisačem. Proizvođač šablona rješava ovaj problem selektivnim poliranjem stijenki rupa umjesto površine predloška. Iako nikliranje može poboljšati glatkoću i performanse ispisa predloška, ​​može smanjiti otvore, što zahtijeva prilagodbu umjetničkog djela.

Lasersko rezanje šablona

Lasersko rezanje je suptraktivan proces koji unosi Gerberove podatke u CNC stroj koji kontrolira lasersku zraku. Laserska zraka počinje unutar granice rupe i prelazi njezin perimetar dok potpuno uklanja metal kako bi formirala rupu, samo jednu po jednu rupu.

Nekoliko parametara definira glatkoću laserskog rezanja. To uključuje brzinu rezanja, veličinu točke snopa, snagu lasera i fokus snopa. Općenito, industrija koristi točku snopa od oko 1.25 mils, koja može rezati vrlo precizne otvore u različitim oblicima i zahtjevima veličine. Međutim, laserski izrezane rupe također zahtijevaju naknadnu obradu, baš kao i kemijski urezane rupe. Kalupi za lasersko rezanje trebaju elektrolitičko poliranje i ponikliranje kako bi unutarnja stijenka rupe bila glatka. Kako se veličina otvora smanjuje u naknadnom postupku, veličina otvora laserskog rezanja mora se pravilno kompenzirati.

Aspekti korištenja šablonskog tiska

Tisak s šablonama uključuje tri različita procesa. Prvi je proces punjenja rupa, u kojem lemna pasta ispunjava rupe. Drugi je proces prijenosa paste za lemljenje, u kojem se pasta za lemljenje nakupljena u rupi prenosi na površinu PCB-a, a treći je mjesto nanesene paste za lemljenje. Ova tri procesa neophodna su za postizanje željenog rezultata – taloženje preciznog volumena paste za lemljenje (koja se također naziva cigla) na pravo mjesto na PCB-u.

Za popunjavanje rupa predloška pastom za lemljenje potreban je metalni strugač za utiskivanje paste za lemljenje u rupe. Orijentacija rupe u odnosu na traku brisača utječe na proces punjenja. Na primjer, rupa čija je duga os orijentirana na hod oštrice ispunjava se bolje od rupe čija je kratka os usmjerena u smjeru hoda oštrice. Osim toga, budući da brzina brisača utječe na popunjavanje rupa, manja brzina brisača može učiniti da rupe čija je duga os paralelna s hodom brisača bolje popune rupe.

Rub trake brisača također utječe na to kako pasta za lemljenje ispunjava rupe za šablone. Uobičajena praksa je ispisivanje uz primjenu minimalnog pritiska brisača uz održavanje čistog brisanja paste za lemljenje na površini matrice. Povećanje pritiska brisača može oštetiti brisalo i šablonu, a također može uzrokovati razmazivanje paste ispod površine šablona.

S druge strane, niži pritisak brisača možda neće dopustiti da se pasta za lemljenje ispusti kroz male rupe, što rezultira nedovoljnim lemom na PCB jastučićima. Osim toga, pasta za lemljenje ostavljena na strani brisača u blizini velike rupe može se povući prema dolje gravitacijom, što rezultira suvišnim taloženjem lema. Stoga je potreban minimalni pritisak, čime će se postići čisto brisanje paste.

Količina primijenjenog pritiska također ovisi o vrsti korištene paste za lemljenje. Na primjer, u usporedbi s upotrebom kositrene/olovne paste, kada se koristi pasta za lemljenje bez olova, PTFE/niklovana guma zahtijeva oko 25-40% više pritiska.

Problemi s performansama paste za lemljenje i šablona

Neki problemi u izvedbi vezani uz pastu za lemljenje i šablone su:

Debljina i veličina otvora folije za šablone određuju potencijalni volumen paste za lemljenje nanesenu na PCB pločicu

Mogućnost otpuštanja paste za lemljenje sa zida rupe šablona

Točnost položaja lemnih opeka otisnutih na PCB pločicama

Tijekom ciklusa ispisa, kada traka brisača prolazi kroz šablonu, pasta za lemljenje ispunjava rupu šablone. Tijekom ciklusa odvajanja ploče/predloška, ​​pasta za lemljenje će se ispustiti na jastučiće na ploči. U idealnom slučaju, sva pasta za lemljenje koja ispunjava rupu tijekom procesa ispisa trebala bi se osloboditi od stijenke rupe i prenijeti na jastučić na ploči kako bi se formirala potpuna cigla za lemljenje. Međutim, iznos prijenosa ovisi o omjeru stranica i omjeru površine otvora.

Na primjer, u slučaju kada je površina jastučića veća od dvije trećine površine unutarnje stijenke pora, pasta može postići oslobađanje bolje od 80%. To znači da smanjenje debljine šablona ili povećanje veličine rupe može bolje osloboditi pastu za lemljenje pod istim omjerom površine.

Sposobnost oslobađanja paste za lemljenje iz zida rupe šablona također ovisi o završnoj obradi stijenke rupe. Lasersko rezanje rupa elektropoliranjem i/ili galvanizacijom može poboljšati učinkovitost prijenosa suspenzije. Međutim, prijenos paste za lemljenje s šablona na PCB također ovisi o prianjanju paste za lemljenje na zid rupe šablona i prianjanju paste za lemljenje na PCB jastučić. Kako bi se postigao dobar učinak prijenosa, potonji bi trebao biti veći, što znači da ispisljivost ovisi o omjeru površine zida šablona i površine otvora, a zanemariti manje efekte kao što su kut propuha zida i njegova hrapavost. .

Položaj i točnost dimenzija lemnih opeka otisnutih na PCB jastučićima ovise o kvaliteti prenesenih CAD podataka, tehnologiji i metodi korištenoj za izradu predloška te temperaturi predloška tijekom upotrebe. Osim toga, točnost položaja ovisi i o korištenoj metodi poravnanja.

Uokvirena šablona ili zalijepljena šablona

Uokvireni predložak trenutno je najmoćniji predložak za lasersko rezanje, dizajniran za masovni sitotisak u procesu proizvodnje. Trajno se ugrađuju u okvir oplate, a mrežasti okvir čvrsto zateže oplatnu foliju u oplati. Za mikro BGA i komponente s nagibom od 16 mil i manjim, preporuča se korištenje uokvirenog predloška s glatkim zidom rupa. Kada se koriste u uvjetima kontrolirane temperature, uokvireni kalupi pružaju najbolji položaj i točnost dimenzija.

Za kratkoročnu proizvodnju ili montažu prototipa PCB-a, predlošci bez okvira mogu pružiti najbolju kontrolu volumena paste za lemljenje. Namijenjeni su za korištenje sa sustavima zatezanja oplate, koji su okviri oplate za višekratnu upotrebu, kao što su univerzalni okviri. Budući da kalupi nisu trajno zalijepljeni na okvir, puno su jeftiniji od kalupa okvirnog tipa i zauzimaju puno manje prostora za pohranu.