החשיבות של תבניות להרכבת PCB

תהליך ההרכבה על פני השטח משתמש בתבניות כמסלול להצבת משחת הלחמה מדויקת וניתנת לחזרה. תבנית מתייחסת לגיליון דק או דק של פליז או נירוסטה עם תבנית מעגל חתוכה עליה כדי להתאים לתבנית המיקום של התקן הרכבה על פני השטח (SMD) על המעגל המודפס (PCB) שבו יש להשתמש בתבנית. לאחר שהתבנית ממוקמת במדויק ומותאמת ל-PCB, מגב המתכת מאלץ את משחת ההלחמה דרך החורים של התבנית, ובכך יוצר משקעים על ה-PCB כדי לקבע את ה-SMD למקומו. משקעי משחת ההלחמה נמסים כאשר הם עוברים דרך תנור הזרימה מחדש ומקבעים את ה-SMD על ה-PCB.

ipcb

עיצוב התבנית, במיוחד הרכבה ועוביה, כמו גם הצורה והגודל של החורים, קובעים את הגודל, הצורה והמיקום של משקעי משחת ההלחמה, דבר חיוני להבטחת תהליך הרכבה בעל תפוקה גבוהה. לדוגמה, עובי נייר הכסף וגודל הפתח של החורים מגדירים את נפח התרחיץ המופקד על הלוח. משחת הלחמה מוגזמת עלולה להוביל להיווצרות כדורים, גשרים ומצבות. כמות קטנה של משחת הלחמה תגרום לחיבורי ההלחמה להתייבש. שניהם יפגעו בתפקוד החשמלי של המעגל.

עובי נייר כסף אופטימלי

סוג ה-SMD על הלוח מגדיר את עובי נייר הכסף האופטימלי. לדוגמה, אריזת רכיבים כגון SOIC בגודל 0603 או 0.020 אינץ’ דורשת תבנית משחת הלחמה דקה יחסית, בעוד שתבנית עבה יותר מתאימה יותר לרכיבים כמו SOIC בגובה 1206 או 0.050 אינץ’. למרות שעובי התבנית המשמשת להנחת משחת הלחמה נע בין 0.001 אינץ’ ל-0.030 אינץ’, עובי נייר הכסף הטיפוסי המשמש ברוב המעגלים נע בין 0.004 אינץ’ ל-0.007 אינץ’.

טכנולוגיה להכנת תבניות

נכון לעכשיו, התעשייה משתמשת בחמש טכנולוגיות לייצור שבלונות-חיתוך בלייזר, אלקטרופורמינג, תחריט כימי וערבוב. למרות שהטכנולוגיה ההיברידית היא שילוב של תחריט כימי וחיתוך בלייזר, תחריט כימי שימושי מאוד לייצור שבלונות מדרגות ושבלונות היברידיות.

תחריט כימי של תבניות

כרסום כימי חורט את מסכת המתכת ואת תבנית מסכת המתכת הגמישה משני הצדדים. מכיוון שזה משחית לא רק בכיוון האנכי אלא גם בכיוון הרוחבי, זה יגרום לחתכים ולהפוך את הפתח לגדול מהגודל הנדרש. עם התקדמות התחריט משני הצדדים, ההתחדדות בדופן הישר תגרום להיווצרות צורת שעון חול, שתגרום למשקעי הלחמה עודפים.

מכיוון שפתח השבלונה התחריט אינו מייצר תוצאות חלקות, התעשייה משתמשת בשתי שיטות להחלקת הקירות. אחד מהם הוא תהליך ליטוש אלקטרו ומיקרו-תחריט, והשני הוא ציפוי ניקל.

למרות שמשטח חלק או מלוטש מסייע לשחרור המשחה, הוא גם עלול לגרום למשחה לדלג על פני התבנית במקום לגלגל עם המגב. יצרן התבניות פותר בעיה זו על ידי ליטוש סלקטיבי של קירות החור במקום משטח התבנית. למרות שציפוי ניקל יכול לשפר את החלקות ואת ביצועי ההדפסה של התבנית, הוא יכול לצמצם פתחים, מה שמצריך התאמה של הגרפיקה.

תבנית חיתוך לייזר

חיתוך בלייזר הוא תהליך חיסור שמכניס נתוני גרבר למכונת CNC השולטת בקרן הלייזר. קרן הלייזר מתחילה בתוך גבול החור וחוצה את היקפו תוך הסרה מלאה של המתכת ליצירת החור, רק חור אחד בכל פעם.

מספר פרמטרים מגדירים את החלקות של חיתוך לייזר. זה כולל מהירות חיתוך, גודל נקודת קרן, כוח לייזר ומיקוד קרן. בדרך כלל, התעשייה משתמשת בנקודת קרן של כ-1.25 מיליליטר, שיכולה לחתוך פתחים מדויקים מאוד במגוון צורות ודרישות גודל. עם זאת, חורים חתוכים בלייזר דורשים גם עיבוד לאחר, בדיוק כמו חורים חרוטים כימית. תבניות חיתוך בלייזר צריכות ליטוש אלקטרוליטי וציפוי ניקל כדי להפוך את הקיר הפנימי של החור לחלק. מכיוון שגודל הצמצם מצטמצם בתהליך הבא, יש לפצות כראוי את גודל הצמצם של חיתוך לייזר.

היבטים של שימוש בהדפסת שבלונות

הדפסה בשבלונות כוללת שלושה תהליכים שונים. הראשון הוא תהליך מילוי החורים, שבו משחת הלחמה ממלאת את החורים. השני הוא תהליך העברת משחת הלחמה, שבו משחת ההלחמה שהצטברה בחור מועברת למשטח ה-PCB, והשלישית היא מיקום משחת ההלחמה שהופקדה. שלושת התהליכים הללו חיוניים להשגת התוצאה הרצויה – הפקדת נפח מדויק של משחת הלחמה (נקראת גם לבנה) במקום הנכון על ה-PCB.

מילוי חורי התבנית במשחת הלחמה דורש מגרד מתכת כדי ללחוץ את משחת ההלחמה לתוך החורים. כיוון החור ביחס לרצועת המגב משפיע על תהליך המילוי. לדוגמה, חור שהציר הארוך שלו מכוון על מהלך הלהב מתמלא טוב יותר מאשר חור שהציר הקצר שלו מכוון לכיוון מהלך הלהב. בנוסף, מכיוון שמהירות המגב משפיעה על מילוי החורים, מהירות מגב נמוכה יותר יכולה לגרום לחורים שצירם הארוך מקביל למהלך המגב למלא טוב יותר את החורים.

קצה רצועת המגב משפיע גם על האופן שבו משחת ההלחמה ממלאת את חורי השבלונה. הנוהג המקובל הוא להדפיס תוך הפעלת לחץ המגב המינימלי תוך שמירה על ניגוב נקי של משחת ההלחמה על פני השבלונה. הגברת הלחץ של המגב עלולה לפגוע במגב ובתבנית, וגם לגרום למריחה של המשחה מתחת לפני התבנית.

מצד שני, ייתכן שלחץ המגב התחתון לא יאפשר שחרור משחת ההלחמה דרך החורים הקטנים, וכתוצאה מכך הלחמה לא מספקת על רפידות ה-PCB. בנוסף, משחת ההלחמה שנותרה בצד המגב ליד החור הגדול עלולה להימשך מטה על ידי כוח המשיכה, וכתוצאה מכך עודף הלחמה. לכן, נדרש לחץ מינימלי, אשר ישיג ניגוב נקי של הדבק.

כמות הלחץ המופעלת תלויה גם בסוג משחת ההלחמה שבה נעשה שימוש. לדוגמה, בהשוואה לשימוש במשחת פח/עופרת, כאשר משתמשים במשחת הלחמה נטולת עופרת, מגב ה-PTFE/מצופה ניקל דורש כ-25-40% יותר לחץ.

בעיות ביצועים של משחת הלחמה ושבלונות

כמה בעיות ביצועים הקשורות למשחת הלחמה ושבלונות הן:

העובי וגודל הצמצם של נייר השטנסיל קובעים את הנפח הפוטנציאלי של משחת הלחמה המופקדת על כרית ה-PCB

יכולת לשחרר משחת הלחמה מקיר חור התבנית

דיוק מיקום של לבני הלחמה מודפסות על רפידות PCB

במהלך מחזור ההדפסה, כאשר רצועת המגב עוברת דרך השבלונה, משחת ההלחמה ממלאת את חור השבלונה. במהלך מחזור הפרדת הלוח/תבניות, משחת הלחמה תשוחרר על הרפידות שעל הלוח. באופן אידיאלי, יש לשחרר את כל משחת ההלחמה שממלאת את החור בתהליך ההדפסה מקיר החור ולהעביר לרפידה על הלוח כדי ליצור לבנת הלחמה שלמה. עם זאת, כמות ההעברה תלויה ביחס רוחב-גובה וביחס השטח של הפתח.

לדוגמה, במקרה שבו שטח הרפידה גדול משני שליש משטח דופן הנקבוביות הפנימית, הדבק יכול להשיג שחרור של יותר מ-80%. המשמעות היא שהקטנת עובי התבנית או הגדלת גודל החור יכולים לשחרר טוב יותר את משחת ההלחמה באותו יחס שטח.

היכולת של משחת הלחמה להשתחרר מקיר חור התבנית תלויה גם בגימור קיר החור. חיתוך חורים בלייזר על ידי ליטוש אלקטרו ו/או ציפוי חשמלי יכול לשפר את היעילות של העברת השטף. עם זאת, העברת משחת הלחמה מהתבנית ל-PCB תלויה גם בהדבקה של משחת ההלחמה לקיר חור התבנית ובהדבקה של משחת ההלחמה לרפידת ה-PCB. על מנת לקבל אפקט העברה טוב, האחרון צריך להיות גדול יותר, כלומר יכולת ההדפסה תלויה ביחס בין שטח קיר התבנית לשטח הפתיחה, תוך התעלמות מהשפעות מינוריות כמו זווית הטיוטה של ​​הקיר וחספוסו. .

המיקום ודיוק הממדים של לבני ההלחמה המודפסות על רפידות ה-PCB תלויים באיכות נתוני ה-CAD המועברים, בטכנולוגיה ובשיטה המשמשים לייצור התבנית, ובטמפרטורה של התבנית במהלך השימוש. בנוסף, דיוק המיקום תלוי גם בשיטת היישור בה נעשה שימוש.

תבנית ממוסגרת או תבנית מודבקת

התבנית הממוסגרת היא כיום תבנית חיתוך הלייזר החזקה ביותר, המיועדת להדפסת מסך המונית בתהליך הייצור. הם מותקנים באופן קבוע במסגרת הטפסות, ומסגרת הרשת מהדקת בחוזקה את רדיד הטפסות בטפסות. עבור מיקרו BGA ורכיבים עם גובה של 16 מיליליטר ומטה, מומלץ להשתמש בתבנית ממוסגרת עם קיר חור חלק. בשימוש בתנאי טמפרטורה מבוקרים, תבניות ממוסגרות מספקות את המיקום והדיוק הממדים הטובים ביותר.

לייצור לטווח קצר או להרכבת אב-טיפוס של PCB, תבניות ללא מסגרת יכולות לספק את בקרת נפח הדבק הלחמה הטובה ביותר. הם מיועדים לשימוש עם מערכות מתיחת טפסות, שהן מסגרות טפסות לשימוש חוזר, כגון מסגרות אוניברסליות. מכיוון שתבניות אינן מודבקות באופן קבוע על המסגרת, הן הרבה יותר זולות מתבניות מסוג מסגרת ותופסות הרבה פחות מקום אחסון.