Het montageproces voor opbouwmontage maakt gebruik van sjablonen als een weg naar nauwkeurige, herhaalbare afzetting van soldeerpasta. Een sjabloon verwijst naar een dunne of dunne plaat van messing of roestvrij staal met een circuitpatroon erop gesneden om overeen te komen met het positiepatroon van het Surface Mount Device (SMD) op de printplaat (PCB) waar de sjabloon moet worden gebruikt. Nadat de sjabloon nauwkeurig is gepositioneerd en afgestemd op de PCB, duwt de metalen rakel de soldeerpasta door de gaten van de sjabloon, waardoor afzettingen op de PCB worden gevormd om de SMD op zijn plaats te fixeren. De soldeerpasta-afzettingen smelten bij het passeren van de reflow-oven en fixeren de SMD op de printplaat.

Het ontwerp van de sjabloon, met name de samenstelling en dikte, evenals de vorm en grootte van de gaten, bepaalt de grootte, vorm en locatie van de soldeerpasta-afzettingen, wat essentieel is om een ​​assemblageproces met hoge doorvoer te garanderen. De dikte van de folie en de opening van de gaten bepalen bijvoorbeeld het volume van de slurry dat op de plaat wordt afgezet. Overmatige soldeerpasta kan leiden tot de vorming van kogels, bruggen en grafstenen. Een kleine hoeveelheid soldeerpasta zorgt ervoor dat de soldeerverbindingen uitdrogen. Beide zullen de elektrische functie van de printplaat beschadigen.

Optimale foliedikte

Het type SMD op het bord bepaalt de optimale foliedikte. Componentverpakkingen zoals 0603 of 0.020″ pitch SOIC vereisen bijvoorbeeld een relatief dunne soldeerpasta-sjabloon, terwijl een dikkere sjabloon meer geschikt is voor componenten zoals 1206 of 0.050″ pitch SOIC. Hoewel de dikte van de sjabloon die wordt gebruikt voor de afzetting van soldeerpasta varieert van 0.001″ tot 0.030″, varieert de typische foliedikte die op de meeste printplaten wordt gebruikt van 0.004″ tot 0.007″.

Technologie voor het maken van sjablonen

Momenteel gebruikt de industrie vijf technologieën om stencils te maken: lasersnijden, elektroformeren, chemisch etsen en mengen. Hoewel de hybride technologie een combinatie is van chemisch etsen en lasersnijden, is chemisch etsen zeer nuttig voor het vervaardigen van getrapte stencils en hybride stencils.

Chemisch etsen van sjablonen

Chemisch frezen etst het metalen masker en de flexibele metalen maskersjabloon van beide kanten. Aangezien dit niet alleen in verticale richting corrodeert, maar ook in laterale richting, zal het ondersnijdingen veroorzaken en de opening groter maken dan de vereiste maat. Naarmate het etsen van beide kanten vordert, zal het taps toelopen van de rechte wand resulteren in de vorming van een zandlopervorm, wat zal resulteren in overtollige soldeerafzettingen.

Aangezien de opening van het etssjabloon geen gladde resultaten oplevert, gebruikt de industrie twee methoden om de wanden glad te strijken. Een daarvan is elektrolytisch polijsten en micro-etsen, en de andere is vernikkelen.

Hoewel een glad of gepolijst oppervlak het loslaten van de pasta bevordert, kan het er ook voor zorgen dat de pasta het oppervlak van de sjabloon overslaat in plaats van met de rakel te rollen. De sjabloonfabrikant lost dit probleem op door selectief de gatenwanden te polijsten in plaats van het sjabloonoppervlak. Hoewel vernikkelen de gladheid en afdrukprestaties van de sjabloon kan verbeteren, kan het openingen verminderen, wat aanpassing van het artwork vereist.

Sjabloon lasersnijden

Lasersnijden is een subtractief proces dat Gerber-gegevens invoert in een CNC-machine die de laserstraal bestuurt. De laserstraal begint binnen de grens van het gat en doorkruist de omtrek terwijl het metaal volledig wordt verwijderd om het gat te vormen, slechts één gat per keer.

Verschillende parameters bepalen de soepelheid van lasersnijden. Dit omvat snijsnelheid, bundelpuntgrootte, laservermogen en bundelfocus. Over het algemeen gebruikt de industrie een bundelvlek van ongeveer 1.25 mils, die zeer nauwkeurige openingen kan snijden in verschillende vormen en afmetingen. Lasergesneden gaten hebben echter ook nabewerking nodig, net als chemisch geëtste gaten. Lasersnijmallen hebben elektrolytisch polijsten en vernikkelen nodig om de binnenwand van het gat glad te maken. Omdat de opening in het daaropvolgende proces wordt verkleind, moet de opening van het lasersnijden correct worden gecompenseerd.

Aspecten van het gebruik van stencilafdrukken

Afdrukken met stencils omvat drie verschillende processen. De eerste is het proces van het vullen van gaten, waarbij soldeerpasta de gaten opvult. De tweede is het soldeerpasta-overdrachtsproces, waarbij de soldeerpasta die zich in het gat heeft opgehoopt, wordt overgebracht naar het PCB-oppervlak, en de derde is de locatie van de afgezette soldeerpasta. Deze drie processen zijn essentieel voor het verkrijgen van het gewenste resultaat: het aanbrengen van een precieze hoeveelheid soldeerpasta (ook wel een baksteen genoemd) op de juiste plaats op de printplaat.

Voor het vullen van de sjabloongaten met soldeerpasta is een metalen schraper nodig om de soldeerpasta in de gaten te drukken. De oriëntatie van het gat ten opzichte van de rakelstrip beïnvloedt het vulproces. Bijvoorbeeld, een gat met zijn lange as georiënteerd op de slag van het blad vult beter dan een gat met zijn korte as georiënteerd in de richting van de bladslag. Bovendien, aangezien de snelheid van de wisser de vulling van de gaten beïnvloedt, kan een lagere wissersnelheid ervoor zorgen dat de gaten waarvan de lange as evenwijdig is aan de slag van de wisser de gaten beter vullen.

De rand van de rakelstrip heeft ook invloed op hoe de soldeerpasta de stencilgaten vult. De gebruikelijke praktijk is om af te drukken terwijl u de minimale rakeldruk uitoefent terwijl u de soldeerpasta schoon op het oppervlak van het sjabloon houdt. Door de druk van de rakel te verhogen, kunnen de rakel en de sjabloon beschadigd raken en kan de pasta onder het oppervlak van de sjabloon worden uitgesmeerd.

Aan de andere kant kan het zijn dat de lagere rakeldruk niet toelaat dat de soldeerpasta door de kleine gaatjes vrijkomt, wat resulteert in onvoldoende soldeer op de PCB-pads. Bovendien kan de soldeerpasta die aan de zijkant van de rakel bij het grote gat achterblijft, door de zwaartekracht naar beneden worden getrokken, wat resulteert in overmatige soldeerafzetting. Daarom is een minimale druk vereist, waardoor de pasta schoon kan worden afgeveegd.

De hoeveelheid toegepaste druk hangt ook af van het type soldeerpasta dat wordt gebruikt. Bijvoorbeeld, in vergelijking met het gebruik van tin/loodpasta, vereist de PTFE/vernikkelde rakel bij gebruik van loodvrije soldeerpasta ongeveer 25-40% meer druk.

Prestatieproblemen van soldeerpasta en stencils

Enkele prestatieproblemen met betrekking tot soldeerpasta en stencils zijn:

De dikte en de opening van de stencilfolie bepalen het potentiële volume soldeerpasta dat op het PCB-kussentje wordt afgezet

Mogelijkheid om soldeerpasta los te maken van de wand van het sjabloongat

Positienauwkeurigheid van soldeerstenen gedrukt op PCB-pads

Tijdens de afdrukcyclus, wanneer de rakelstrip door het sjabloon gaat, vult de soldeerpasta het sjabloongat. Tijdens de scheidingscyclus van het bord/sjabloon komt er soldeerpasta vrij op de pads op het bord. In het ideale geval moet alle soldeerpasta die het gat vult tijdens het printproces worden losgemaakt van de gatwand en overgebracht naar de pad op het bord om een ​​complete soldeersteen te vormen. Het transferbedrag hangt echter af van de aspectverhouding en oppervlakteverhouding van de opening.

In het geval dat het oppervlak van de pad bijvoorbeeld groter is dan tweederde van het oppervlak van de binnenste poriewand, kan de pasta een afgifte van beter dan 80% bereiken. Dit betekent dat het verminderen van de sjabloondikte of het vergroten van de gatgrootte de soldeerpasta beter kan vrijgeven onder dezelfde oppervlakteverhouding.

Het vermogen van soldeerpasta om los te komen van de wand van het sjabloongat hangt ook af van de afwerking van de gatwand. Het lasersnijden van gaten door elektrolytisch polijsten en/of galvaniseren kan de efficiëntie van de slurryoverdracht verbeteren. De overdracht van soldeerpasta van de sjabloon naar de printplaat hangt echter ook af van de hechting van de soldeerpasta aan de wand van het sjabloongat en de hechting van de soldeerpasta aan de printplaat. Om een ​​goed transfereffect te verkrijgen, moet deze laatste groter zijn, wat betekent dat de bedrukbaarheid afhangt van de verhouding van het sjabloonwandoppervlak tot het openingsoppervlak, terwijl kleine effecten zoals de diepgangshoek van de muur en de ruwheid worden genegeerd. .

De positie en maatnauwkeurigheid van de soldeerstenen die op de printplaten zijn afgedrukt, zijn afhankelijk van de kwaliteit van de verzonden CAD-gegevens, de technologie en methode die zijn gebruikt om de sjabloon te maken en de temperatuur van de sjabloon tijdens het gebruik. Daarnaast is de positienauwkeurigheid ook afhankelijk van de gebruikte uitlijnmethode.

Ingelijste sjabloon of gelijmde sjabloon

De ingelijste sjabloon is momenteel de krachtigste lasersnijsjabloon, ontworpen voor massazeefdruk in het productieproces. Ze worden vast in het bekistingsframe geïnstalleerd en het gaasframe spant de bekistingsfolie strak in de bekisting. Voor micro BGA en componenten met een pitch van 16 mil en lager, wordt aanbevolen om een ​​ingelijste sjabloon te gebruiken met een gladde gatenwand. Bij gebruik onder gecontroleerde temperatuuromstandigheden bieden ingelijste mallen de beste positie en maatnauwkeurigheid.

Voor korte termijn productie of prototype PCB-assemblage kunnen frameloze sjablonen de beste volumeregeling voor soldeerpasta bieden. Ze zijn ontworpen voor gebruik met bekistingsspansystemen, dit zijn herbruikbare bekistingsframes, zoals universele frames. Omdat mallen niet permanent op het frame zijn gelijmd, zijn ze veel goedkoper dan mallen van het frametype en nemen ze veel minder opslagruimte in beslag.