Proses perakitan pemasangan permukaan menggunakan templat sebagai jalur menuju deposisi pasta solder berulang yang akurat. Templat mengacu pada lembaran kuningan atau baja tahan karat tipis atau tipis dengan pola sirkuit yang dipotong di atasnya agar sesuai dengan pola posisi perangkat pemasangan permukaan (SMD) pada printed circuit board (PCB) tempat template akan digunakan. Setelah template diposisikan secara akurat dan dicocokkan dengan PCB, penyapu logam memaksa pasta solder melalui lubang template, sehingga membentuk endapan pada PCB untuk memperbaiki SMD di tempatnya. Deposit pasta solder meleleh saat melewati oven reflow dan memperbaiki SMD pada PCB.

Desain templat, terutama komposisi dan ketebalannya, serta bentuk dan ukuran lubang, menentukan ukuran, bentuk, dan lokasi endapan pasta solder, yang penting untuk memastikan proses perakitan dengan hasil tinggi. Misalnya, ketebalan foil dan ukuran pembukaan lubang menentukan volume bubur yang disimpan di papan. Pasta solder yang berlebihan dapat menyebabkan pembentukan bola, jembatan, dan batu nisan. Sejumlah kecil pasta solder akan menyebabkan sambungan solder mengering. Keduanya akan merusak fungsi kelistrikan papan sirkuit.

Ketebalan foil optimal

Jenis SMD di papan menentukan ketebalan foil yang optimal. Misalnya, pengemasan komponen seperti SOIC pitch 0603 atau 0.020″ membutuhkan template pasta solder yang relatif tipis, sedangkan template yang lebih tebal lebih cocok untuk komponen seperti SOIC pitch 1206 atau 0.050″. Meskipun ketebalan template yang digunakan untuk deposisi pasta solder berkisar antara 0.001″ hingga 0.030″, ketebalan foil yang biasa digunakan pada sebagian besar papan sirkuit berkisar antara 0.004″ hingga 0.007″.

Teknologi pembuatan template

Saat ini, industri menggunakan lima teknologi untuk membuat stensil-laser cutting, electroforming, kimia etsa dan pencampuran. Meskipun teknologi hibrida adalah kombinasi dari etsa kimia dan pemotongan laser, etsa kimia sangat berguna untuk pembuatan stensil bertahap dan stensil hibrida.

Etsa kimia dari template

Penggilingan kimia menggores topeng logam dan templat topeng logam fleksibel dari kedua sisi. Karena korosi ini tidak hanya pada arah vertikal tetapi juga pada arah lateral, hal ini akan menyebabkan undercut dan membuat bukaan lebih besar dari ukuran yang dibutuhkan. Saat etsa berlangsung dari kedua sisi, lonjong pada dinding lurus akan menghasilkan pembentukan bentuk jam pasir, yang akan menghasilkan endapan solder berlebih.

Karena bukaan stensil etsa tidak menghasilkan hasil yang mulus, industri menggunakan dua metode untuk menghaluskan dinding. Salah satunya adalah proses elektro-polishing dan mikro-etsa, dan yang lainnya adalah pelapisan nikel.

Meskipun permukaan yang halus atau dipoles membantu pelepasan pasta, hal itu juga dapat menyebabkan pasta melewati permukaan templat alih-alih menggelinding dengan alat pembersih karet. Pabrikan template memecahkan masalah ini dengan memoles dinding lubang secara selektif alih-alih permukaan template. Meskipun pelapisan nikel dapat meningkatkan kehalusan dan kinerja pencetakan template, ini dapat mengurangi bukaan, yang memerlukan penyesuaian karya seni.

Pemotongan laser templat

Pemotongan laser adalah proses subtraktif yang memasukkan data Gerber ke mesin CNC yang mengontrol sinar laser. Sinar laser dimulai di dalam batas lubang dan melintasi perimeternya sambil melepaskan logam sepenuhnya untuk membentuk lubang, hanya satu lubang pada satu waktu.

Beberapa parameter menentukan kelancaran pemotongan laser. Ini termasuk kecepatan potong, ukuran titik sinar, daya laser, dan fokus sinar. Umumnya, industri menggunakan titik pancaran sekitar 1.25 mil, yang dapat memotong lubang yang sangat presisi dalam berbagai bentuk dan persyaratan ukuran. Namun, lubang potong laser juga memerlukan pasca-pemrosesan, seperti lubang yang diukir secara kimia. Cetakan pemotongan laser membutuhkan pemolesan elektrolitik dan pelapisan nikel untuk membuat dinding bagian dalam lubang halus. Karena ukuran bukaan diperkecil dalam proses selanjutnya, ukuran bukaan dari pemotongan laser harus dikompensasikan dengan benar.

Aspek penggunaan pencetakan stensil

Mencetak dengan stensil melibatkan tiga proses berbeda. Yang pertama adalah proses pengisian lubang, di mana pasta solder mengisi lubang. Yang kedua adalah proses transfer pasta solder, di mana pasta solder yang terkumpul di lubang dipindahkan ke permukaan PCB, dan yang ketiga adalah lokasi pasta solder yang disimpan. Ketiga proses ini penting untuk mendapatkan hasil yang diinginkan-penyimpanan volume yang tepat dari pasta solder (juga disebut batu bata) di tempat yang tepat pada PCB.

Mengisi lubang templat dengan pasta solder membutuhkan pengikis logam untuk menekan pasta solder ke dalam lubang. Orientasi lubang relatif terhadap squeegee strip mempengaruhi proses pengisian. Sebagai contoh, lubang dengan sumbu panjangnya yang berorientasi pada gerakan sudu akan terisi lebih baik daripada lubang dengan sumbu pendeknya yang berorientasi pada arah gerakan sudu. Selain itu, karena kecepatan squeegee mempengaruhi pengisian lubang, kecepatan squeegee yang lebih rendah dapat membuat lubang yang sumbu panjangnya sejajar dengan stroke squeegee lebih baik mengisi lubang.

Tepi strip squeegee juga mempengaruhi bagaimana pasta solder mengisi lubang stensil. Praktik yang biasa dilakukan adalah mencetak sambil menerapkan tekanan squeegee minimum sambil mempertahankan sapuan bersih pasta solder pada permukaan stensil. Meningkatkan tekanan squeegee dapat merusak squeegee dan template, dan juga menyebabkan pasta dioleskan di bawah permukaan template.

Di sisi lain, tekanan squeegee yang lebih rendah mungkin tidak memungkinkan pasta solder dilepaskan melalui lubang kecil, sehingga solder tidak mencukupi pada bantalan PCB. Selain itu, pasta solder yang tertinggal di sisi alat pembersih penyapu di dekat lubang besar dapat ditarik ke bawah oleh gravitasi, menghasilkan endapan solder yang berlebihan. Oleh karena itu, diperlukan tekanan minimum, yang akan mencapai pembersihan pasta yang bersih.

Jumlah tekanan yang diterapkan juga tergantung pada jenis pasta solder yang digunakan. Misalnya, dibandingkan menggunakan pasta timah/timbal, saat menggunakan pasta solder bebas timah, alat penyapu berlapis PTFE/nikel membutuhkan tekanan sekitar 25-40% lebih banyak.

Masalah kinerja pasta solder dan stensil

Beberapa masalah kinerja yang terkait dengan pasta solder dan stensil adalah:

Ketebalan dan ukuran bukaan foil stensil menentukan volume potensial pasta solder yang disimpan pada bantalan PCB

Kemampuan untuk melepaskan pasta solder dari dinding lubang templat

Akurasi posisi batu bata solder yang dicetak pada bantalan PCB

Selama siklus pencetakan, ketika squeegee strip melewati stensil, pasta solder mengisi lubang stensil. Selama siklus pemisahan papan/templat, pasta solder akan dilepaskan ke bantalan di papan. Idealnya, semua pasta solder yang mengisi lubang selama proses pencetakan harus dilepaskan dari dinding lubang dan dipindahkan ke bantalan di papan untuk membentuk bata solder yang lengkap. Namun, jumlah transfer tergantung pada rasio aspek dan rasio area pembukaan.

Misalnya, dalam kasus di mana luas bantalan lebih besar dari dua pertiga luas dinding pori bagian dalam, pasta dapat mencapai pelepasan lebih baik dari 80%. Ini berarti bahwa mengurangi ketebalan template atau meningkatkan ukuran lubang dapat melepaskan pasta solder dengan lebih baik di bawah rasio area yang sama.

Kemampuan pasta solder untuk terlepas dari dinding lubang templat juga tergantung pada hasil akhir dinding lubang. Lubang pemotongan laser dengan elektropolishing dan/atau pelapisan listrik dapat meningkatkan efisiensi transfer bubur. Namun, transfer pasta solder dari template ke PCB juga tergantung pada adhesi pasta solder ke dinding lubang template dan adhesi pasta solder ke bantalan PCB. Untuk mendapatkan efek transfer yang baik, yang terakhir harus lebih besar, yang berarti bahwa kemampuan cetak tergantung pada rasio area dinding templat dengan area bukaan, sambil mengabaikan efek kecil seperti sudut draf dinding dan kekasarannya. .

Posisi dan akurasi dimensi bata solder yang dicetak pada bantalan PCB bergantung pada kualitas data CAD yang dikirimkan, teknologi dan metode yang digunakan untuk membuat templat, dan suhu templat saat digunakan. Selain itu, akurasi posisi juga bergantung pada metode alignment yang digunakan.

Templat berbingkai atau templat terpaku

Template berbingkai saat ini merupakan template pemotongan laser yang paling kuat, dirancang untuk sablon massal dalam proses produksi. Mereka dipasang secara permanen di bingkai bekisting, dan bingkai mesh mengencangkan foil bekisting dengan kuat di bekisting. Untuk BGA mikro dan komponen dengan pitch 16 mil ke bawah, disarankan untuk menggunakan template berbingkai dengan dinding lubang yang halus. Saat digunakan di bawah kondisi suhu yang terkendali, cetakan berbingkai memberikan posisi dan akurasi dimensi terbaik.

Untuk produksi jangka pendek atau perakitan PCB prototipe, template tanpa bingkai dapat memberikan kontrol volume pasta solder terbaik. Mereka dirancang untuk digunakan dengan sistem pengencangan bekisting, yang merupakan kerangka bekisting yang dapat digunakan kembali, seperti kerangka universal. Karena cetakan tidak direkatkan secara permanen ke bingkai, mereka jauh lebih murah daripada cetakan tipe bingkai dan memakan lebih sedikit ruang penyimpanan.