表面実装アセンブリプロセスでは、テンプレートを使用して、正確で再現性のあるはんだペースト堆積を行います。 テンプレートとは、真ちゅうまたはステンレス鋼の薄いシートまたは薄いシートのことで、表面実装デバイス（SMD）の位置パターンに一致するように回路パターンがカットされています。 プリント回路基板 （PCB）テンプレートが使用される場所。 テンプレートが正確に配置され、PCBに一致した後、金属スキージがはんだペーストをテンプレートの穴に押し込み、PCB上に堆積物を形成してSMDを所定の位置に固定します。 はんだペーストの堆積物は、リフローオーブンを通過するときに溶融し、SMDをPCBに固定します。

テンプレートの設計、特にその組成と厚さ、および穴の形状とサイズによって、はんだペースト堆積物のサイズ、形状、および位置が決まります。これは、高スループットのアセンブリプロセスを保証するために不可欠です。 たとえば、箔の厚さと穴の開口部のサイズによって、ボードに堆積するスラリーの量が決まります。 はんだペーストが多すぎると、ボール、ブリッジ、トゥームストーンが形成される可能性があります。 少量のはんだペーストは、はんだ接合部を乾燥させます。 どちらも回路基板の電気的機能を損ないます。

最適な箔厚

ボード上のSMDのタイプは、最適な箔の厚さを定義します。 たとえば、0603または0.020インチピッチのSOICなどのコンポーネントパッケージには比較的薄いはんだペーストテンプレートが必要ですが、1206または0.050インチピッチのSOICなどのコンポーネントには厚いテンプレートの方が適しています。 はんだペーストの堆積に使用されるテンプレートの厚さは0.001インチから0.030インチの範囲ですが、ほとんどの回路基板で使用される一般的な箔の厚さは0.004インチから0.007インチの範囲です。

テンプレート作成技術

現在、業界ではXNUMXつの技術を使用してステンシルを作成しています。レーザー切断、電鋳、化学エッチング、混合です。 ハイブリッド技術は化学エッチングとレーザー切断の組み合わせですが、化学エッチングは段付きステンシルとハイブリッドステンシルの製造に非常に役立ちます。

テンプレートの化学エッチング

化学ミリングは、金属マスクと柔軟な金属マスクテンプレートを両側からエッチングします。 上下方向だけでなく横方向にも腐食するため、アンダーカットが発生し、開口部が必要なサイズより大きくなります。 エッチングが両側から進行するにつれて、真っ直ぐな壁の先細りは砂時計の形を形成し、過剰なはんだ堆積をもたらします。

エッチングステンシルの開口部では滑らかな結果が得られないため、業界ではXNUMXつの方法を使用して壁を滑らかにしています。 XNUMXつは電解研磨とマイクロエッチングプロセスで、もうXNUMXつはニッケルメッキです。

滑らかなまたは磨かれた表面はペーストの放出を助けますが、それはまた、ペーストがスキージで転がる代わりにテンプレートの表面をスキップする原因となる可能性があります。 テンプレートメーカーは、テンプレート表面ではなく穴壁を選択的に研磨することでこの問題を解決しています。 ニッケルメッキはテンプレートの滑らかさと印刷性能を向上させることができますが、アートワークの調整が必要な開口部を減らすことができます。

テンプレートレーザー切断

レーザー切断は、レーザービームを制御するCNCマシンにガーバーデータを入力するサブトラクティブプロセスです。 レーザービームは穴の境界の内側から始まり、金属を完全に除去しながらその周囲を横断して穴を形成します。一度にXNUMXつの穴だけです。

いくつかのパラメータは、レーザー切断の滑らかさを定義します。 これには、切断速度、ビームスポットサイズ、レーザー出力、ビームフォーカスが含まれます。 一般に、業界では約1.25ミルのビームスポットを使用しており、さまざまな形状やサイズの要件で非常に正確なアパーチャをカットできます。 ただし、レーザーカットされた穴も、化学的にエッチングされた穴と同様に、後処理が必要です。 レーザー切断金型は、穴の内壁を滑らかにするために電解研磨とニッケルメッキが必要です。 後続のプロセスでアパーチャサイズが縮小されるため、レーザー切断のアパーチャサイズを適切に補正する必要があります。

ステンシル印刷の使用の側面

ステンシルを使用した印刷には、XNUMXつの異なるプロセスが含まれます。 XNUMXつ目は、はんだペーストが穴を埋める穴埋めプロセスです。 XNUMXつ目は、穴に溜まったはんだペーストを基板表面に転写するはんだペースト転写プロセスで、XNUMXつ目は、堆積したはんだペーストの位置です。 これらのXNUMXつのプロセスは、PCBの適切な場所に正確な量のはんだペースト（ブリックとも呼ばれます）を堆積するという、望ましい結果を得るために不可欠です。

テンプレートの穴をはんだペーストで埋めるには、はんだペーストを穴に押し込むための金属スクレーパーが必要です。 スキージストリップに対する穴の向きは、充填プロセスに影響します。 たとえば、長軸がブレードのストロークの方向を向いている穴は、短軸がブレードのストロークの方向を向いている穴よりもうまく埋められます。 さらに、スキージの速度は穴の充填に影響を与えるため、スキージの速度を遅くすると、長軸がスキージのストロークに平行な穴をより適切に充填することができます。

スキージストリップのエッジは、はんだペーストがステンシルの穴を埋める方法にも影響します。 通常の方法は、ステンシルの表面のはんだペーストをきれいに拭き取りながら、スキージの最小圧力を加えながら印刷することです。 スキージの圧力を上げると、スキージとテンプレートが損傷し、テンプレートの表面の下にペーストがにじむ可能性があります。

一方、スキージの圧力が低いと、はんだペーストが小さな穴から放出されない可能性があり、PCBパッド上のはんだが不十分になる可能性があります。 また、大きな穴の近くのスキージの側面に残ったはんだペーストが重力によって引き下げられ、過剰なはんだ堆積が発生する可能性があります。 したがって、最小圧力が必要であり、これによりペーストをきれいに拭き取ることができます。

適用される圧力の量は、使用するはんだペーストの種類によっても異なります。 たとえば、スズ/鉛ペーストを使用する場合と比較して、鉛フリーはんだペーストを使用する場合、PTFE /ニッケルメッキスキージは約25〜40％高い圧力を必要とします。

はんだペーストとステンシルの性能の問題

はんだペーストとステンシルに関連するいくつかのパフォーマンスの問題は次のとおりです。

ステンシルフォイルの厚さと開口サイズによって、PCBパッドに堆積するはんだペーストの潜在的な量が決まります。

テンプレートの穴の壁からはんだペーストを放出する機能

PCBパッドに印刷されたはんだレンガの位置精度

印刷サイクル中に、スキージストリップがステンシルを通過すると、はんだペーストがステンシルの穴を埋めます。 ボード/テンプレートの分離サイクル中に、はんだペーストがボードのパッドに放出されます。 理想的には、印刷プロセス中に穴を埋めるすべてのはんだペーストを穴の壁から解放し、ボード上のパッドに移して完全なはんだレンガを形成する必要があります。 ただし、転写量は開口部のアスペクト比と面積比に依存します。

たとえば、パッドの面積が細孔内壁の面積の80分のXNUMXより大きい場合、ペーストはXNUMX％を超える放出を達成できます。 これは、テンプレートの厚さを減らすか、穴のサイズを大きくすると、同じ面積比ではんだペーストをよりよく放出できることを意味します。

テンプレートの穴の壁からはんだペーストが放出される能力は、穴の壁の仕上げにも依存します。 電解研磨および/または電気めっきによるレーザー切断穴は、スラリー移送の効率を改善することができます。 ただし、テンプレートからPCBへのはんだペーストの移動は、テンプレートの穴壁へのはんだペーストの付着とPCBパッドへのはんだペーストの付着にも依存します。 良好な転写効果を得るには、後者を大きくする必要があります。つまり、壁のドラフト角度や粗さなどの小さな影響を無視して、印刷適性はテンプレートの壁の面積と開口部の面積の比率に依存します。 。

PCBパッドに印刷されたはんだブリックの位置と寸法精度は、送信されるCADデータの品質、テンプレートの作成に使用された技術と方法、および使用中のテンプレートの温度によって異なります。 また、位置精度は使用する位置合わせ方法にも依存します。

フレーム付きテンプレートまたは接着テンプレート

フレーム付きテンプレートは、現在最も強力なレーザー切断テンプレートであり、製造プロセスでのマススクリーン印刷用に設計されています。 それらは型枠フレームに恒久的に取り付けられ、メッシュフレームは型枠内の型枠フォイルをしっかりと締めます。 マイクロBGAおよび16ミル以下のピッチのコンポーネントの場合、滑らかな穴の壁を備えたフレーム付きテンプレートを使用することをお勧めします。 制御された温度条件下で使用される場合、フレーム付き金型は最高の位置と寸法精度を提供します。

短期間の生産またはプロトタイプPCBアセンブリの場合、フレームレステンプレートは最高のはんだペースト量制御を提供できます。 これらは、ユニバーサルフレームなどの再利用可能な型枠フレームである型枠テンションシステムで使用するように設計されています。 金型はフレームに恒久的に接着されていないため、フレームタイプの金型よりもはるかに安価で、保管スペースもはるかに少なくて済みます。