Il processo di assemblaggio a montaggio superficiale utilizza modelli come percorso per la deposizione di pasta saldante accurata e ripetibile. Un modello si riferisce a un foglio sottile o sottile di ottone o acciaio inossidabile con uno schema di circuito tagliato su di esso per abbinare lo schema di posizione del dispositivo a montaggio superficiale (SMD) sul circuito stampato (PCB) dove deve essere utilizzato il modello. Dopo che la sagoma è stata accuratamente posizionata e abbinata al PCB, il tergipavimento metallico forza la pasta saldante attraverso i fori della sagoma, formando così depositi sul PCB per fissare l’SMD in posizione. I depositi di pasta saldante si sciolgono quando passano attraverso il forno di rifusione e fissano l’SMD sul PCB.

Il design del modello, in particolare la sua composizione e spessore, nonché la forma e la dimensione dei fori, determina la dimensione, la forma e la posizione dei depositi di pasta saldante, che è essenziale per garantire un processo di assemblaggio ad alta produttività. Ad esempio, lo spessore della lamina e la dimensione dell’apertura dei fori definiscono il volume di impasto liquido depositato sul pannello. Un’eccessiva pasta saldante può portare alla formazione di sfere, ponti e lapidi. Una piccola quantità di pasta saldante farà seccare i giunti di saldatura. Entrambi danneggeranno la funzione elettrica del circuito.

Spessore ottimale della pellicola

Il tipo di SMD sulla scheda definisce lo spessore ottimale del foglio. Ad esempio, l’imballaggio di componenti come SOIC con passo 0603 o 0.020″ richiede un modello di pasta saldante relativamente sottile, mentre un modello più spesso è più adatto per componenti come SOIC con passo 1206 o 0.050″. Sebbene lo spessore del modello utilizzato per la deposizione della pasta saldante sia compreso tra 0.001 “e 0.030”, lo spessore tipico del foglio utilizzato sulla maggior parte dei circuiti stampati varia da 0.004 “a 0.007”.

Tecnologia per la creazione di modelli

Attualmente, l’industria utilizza cinque tecnologie per realizzare stampini: taglio laser, elettroformatura, incisione chimica e miscelazione. Sebbene la tecnologia ibrida sia una combinazione di incisione chimica e taglio laser, l’incisione chimica è molto utile per la produzione di stencil a gradini e stencil ibridi.

Incisione chimica di modelli

La fresatura chimica incide la maschera metallica e il modello della maschera metallica flessibile da entrambi i lati. Poiché questo si corrode non solo in direzione verticale ma anche in direzione laterale, causerà sottosquadri e renderà l’apertura più grande della dimensione richiesta. Man mano che l’incisione procede da entrambi i lati, la rastremazione sulla parete diritta darà luogo alla formazione di una forma a clessidra, che si tradurrà in depositi di saldatura in eccesso.

Poiché l’apertura dello stencil di incisione non produce risultati uniformi, l’industria utilizza due metodi per levigare le pareti. Uno di questi è il processo di elettrolucidatura e microincisione e l’altro è la nichelatura.

Sebbene una superficie liscia o levigata aiuti il ​​rilascio della pasta, può anche far sì che la pasta salti la superficie della sagoma invece di rotolare con il tergipavimento. Il produttore del modello risolve questo problema lucidando selettivamente le pareti del foro invece della superficie del modello. Sebbene la nichelatura possa migliorare la levigatezza e le prestazioni di stampa del modello, può ridurre le aperture, il che richiede la regolazione dell’opera d’arte.

Taglio laser modello

Il taglio laser è un processo sottrattivo che inserisce i dati Gerber in una macchina CNC che controlla il raggio laser. Il raggio laser inizia all’interno del confine del foro e ne attraversa il perimetro rimuovendo completamente il metallo per formare il foro, un solo foro alla volta.

Diversi parametri definiscono la levigatezza del taglio laser. Ciò include la velocità di taglio, la dimensione del punto del raggio, la potenza del laser e la messa a fuoco del raggio. Generalmente, l’industria utilizza uno spot del fascio di circa 1.25 mil, che può tagliare aperture molto precise in una varietà di forme e requisiti di dimensioni. Tuttavia, i fori tagliati al laser richiedono anche la post-elaborazione, proprio come i fori incisi chimicamente. Gli stampi per il taglio laser necessitano di lucidatura elettrolitica e nichelatura per rendere liscia la parete interna del foro. Poiché la dimensione dell’apertura viene ridotta nel processo successivo, la dimensione dell’apertura del taglio laser deve essere adeguatamente compensata.

Aspetti dell’uso della stampa con stencil

La stampa con gli stencil prevede tre diversi processi. Il primo è il processo di riempimento dei fori, in cui la pasta saldante riempie i fori. Il secondo è il processo di trasferimento della pasta saldante, in cui la pasta saldante accumulata nel foro viene trasferita sulla superficie del PCB, e il terzo è la posizione della pasta saldante depositata. Questi tre processi sono essenziali per ottenere il risultato desiderato, depositando un volume preciso di pasta saldante (chiamata anche brick) nel posto giusto sul PCB.

Riempire i fori del modello con pasta saldante richiede un raschietto metallico per premere la pasta saldante nei fori. L’orientamento del foro rispetto alla striscia tergipavimento influisce sul processo di riempimento. Ad esempio, un foro con asse lungo orientato sulla corsa della lama si riempie meglio di un foro con asse corto orientato nella direzione della corsa della lama. Inoltre, poiché la velocità del tergipavimento influisce sul riempimento dei fori, una velocità del tergipavimento inferiore può far riempire meglio i fori i fori il cui asse lungo è parallelo alla corsa del tergipavimento.

Il bordo della striscia del tergipavimento influisce anche sul modo in cui la pasta saldante riempie i fori dello stencil. La pratica abituale è quella di stampare applicando la minima pressione della racla mantenendo un panno pulito della pasta saldante sulla superficie dello stencil. L’aumento della pressione del tergipavimento può danneggiare il tergipavimento e la sagoma, e può anche causare la spalmatura della pasta sotto la superficie della sagoma.

D’altra parte, la pressione del tergipavimento inferiore potrebbe non consentire il rilascio della pasta saldante attraverso i piccoli fori, con conseguente saldatura insufficiente sui pad del PCB. Inoltre, la pasta saldante lasciata sul lato del tergipavimento vicino al foro grande può essere tirata giù per gravità, con conseguente deposito di saldatura in eccesso. Pertanto, è richiesta una pressione minima, che otterrà una pulizia pulita della pasta.

La quantità di pressione applicata dipende anche dal tipo di pasta saldante utilizzata. Ad esempio, rispetto all’utilizzo di pasta stagno/piombo, quando si utilizza pasta saldante senza piombo, il tergipavimento in PTFE/nichelato richiede circa il 25-40% in più di pressione.

Problemi di prestazioni di pasta saldante e stencil

Alcuni problemi di prestazioni relativi alla pasta saldante e agli stampini sono:

Lo spessore e la dimensione dell’apertura della lamina dello stencil determinano il volume potenziale di pasta saldante depositata sul pad PCB

Possibilità di rilasciare pasta saldante dalla parete del foro del modello

Precisione della posizione dei mattoni di saldatura stampati sui pad PCB

Durante il ciclo di stampa, quando la striscia di racla passa attraverso lo stampino, la pasta saldante riempie il foro dello stampino. Durante il ciclo di separazione scheda/dima, la pasta saldante verrà rilasciata sui pad della scheda. Idealmente, tutta la pasta saldante che riempie il foro durante il processo di stampa dovrebbe essere rilasciata dalla parete del foro e trasferita sul pad sulla scheda per formare un mattone di saldatura completo. Tuttavia, la quantità di trasferimento dipende dalle proporzioni e dalle proporzioni dell’area dell’apertura.

Ad esempio, nel caso in cui l’area del tampone sia maggiore di due terzi dell’area della parete interna dei pori, la pasta può ottenere un rilascio migliore dell’80%. Ciò significa che riducendo lo spessore del modello o aumentando la dimensione del foro è possibile rilasciare meglio la pasta saldante con lo stesso rapporto di area.

La capacità della pasta saldante di fuoriuscire dalla parete del foro del modello dipende anche dalla finitura della parete del foro. I fori tagliati al laser mediante elettrolucidatura e/o galvanica possono migliorare l’efficienza del trasferimento del liquame. Tuttavia, il trasferimento della pasta saldante dalla sagoma al PCB dipende anche dall’adesione della pasta saldante alla parete del foro della sagoma e dall’adesione della pasta saldante al pad del PCB. Per ottenere un buon effetto di trasferimento, quest’ultimo dovrebbe essere più grande, il che significa che la stampabilità dipende dal rapporto tra l’area della parete della dima e l’area dell’apertura, ignorando effetti minori come l’angolo di sformo della parete e la sua rugosità. .

La posizione e l’accuratezza dimensionale dei mattoncini di saldatura stampati sui pad PCB dipendono dalla qualità dei dati CAD trasmessi, dalla tecnologia e dal metodo utilizzati per realizzare il modello e dalla temperatura del modello durante l’uso. Inoltre, la precisione della posizione dipende anche dal metodo di allineamento utilizzato.

Modello incorniciato o modello incollato

Il modello con cornice è attualmente il modello di taglio laser più potente, progettato per la serigrafia di massa nel processo di produzione. Sono installati in modo permanente nel telaio della cassaforma e il telaio in rete stringe saldamente la pellicola della cassaforma nella cassaforma. Per micro BGA e componenti con un passo di 16 mil e inferiore, si consiglia di utilizzare un modello con cornice con una parete del foro liscia. Se utilizzati in condizioni di temperatura controllata, gli stampi con cornice forniscono la migliore posizione e precisione dimensionale.

Per la produzione a breve termine o l’assemblaggio di prototipi di PCB, i modelli senza cornice possono fornire il miglior controllo del volume della pasta saldante. Sono progettati per l’uso con i sistemi di tensionamento delle casseforme, che sono telai per casseforme riutilizzabili, come i telai universali. Poiché gli stampi non sono permanentemente incollati al telaio, sono molto più economici degli stampi a telaio e occupano molto meno spazio di archiviazione.