Viktigheten av maler for PCB-montering

Overflatemonteringsprosessen bruker maler som en vei til nøyaktig, repeterbar avsetning av loddepasta. En mal refererer til et tynt eller tynt ark av messing eller rustfritt stål med et kretsmønster kuttet på for å matche posisjonsmønsteret til overflatemonteringsenheten (SMD) på trykte kretskort (PCB) hvor malen skal brukes. Etter at malen er nøyaktig plassert og tilpasset til PCB, tvinger metallnal loddepastaen gjennom hullene i malen, og danner derved avleiringer på PCB for å feste SMD på plass. Loddepastaavsetningene smelter når de passerer gjennom reflowovnen og fester SMD på PCB.

ipcb

Utformingen av malen, spesielt dens sammensetning og tykkelse, samt formen og størrelsen på hullene, bestemmer størrelsen, formen og plasseringen av loddepastaavsetningene, noe som er avgjørende for å sikre en høykapasitets monteringsprosess. For eksempel definerer tykkelsen på folien og åpningsstørrelsen til hullene volumet av slurry avsatt på platen. Overdreven loddepasta kan føre til dannelse av kuler, broer og gravsteiner. En liten mengde loddepasta vil føre til at loddeforbindelsene tørker ut. Begge vil skade den elektriske funksjonen til kretskortet.

Optimal folietykkelse

Type SMD på brettet definerer den optimale folietykkelsen. For eksempel krever komponentemballasje som 0603 eller 0.020″ pitch SOIC en relativt tynn loddepastamal, mens en tykkere mal er mer egnet for komponenter som 1206 eller 0.050″ pitch SOIC. Selv om tykkelsen på malen som brukes for avsetning av loddepasta varierer fra 0.001″ til 0.030″, varierer den typiske folietykkelsen som brukes på de fleste kretskort fra 0.004″ til 0.007″.

Teknologi for å lage maler

For tiden bruker industrien fem teknologier for å lage sjablonger-laserskjæring, elektroforming, kjemisk etsing og blanding. Selv om hybridteknologien er en kombinasjon av kjemisk etsing og laserskjæring, er kjemisk etsing svært nyttig for produksjon av trinnede sjablonger og hybridsjablonger.

Kjemisk etsing av maler

Kjemisk fresing etser metallmasken og den fleksible metallmaskemalen fra begge sider. Siden dette korroderer ikke bare i vertikal retning, men også i sideretning, vil det forårsake underskjæringer og gjøre åpningen større enn ønsket størrelse. Etter hvert som etsingen skrider frem fra begge sider, vil avsmalningen på den rette veggen resultere i dannelsen av en timeglassform, som vil resultere i overflødige loddeavsetninger.

Siden etsende sjablongåpning ikke gir jevne resultater, bruker industrien to metoder for å glatte veggene. En av dem er elektro-polering og mikro-etsingsprosess, og den andre er nikkelbelegg.

Selv om en glatt eller polert overflate hjelper frigjøringen av pastaen, kan det også føre til at pastaen hopper over overflaten av malen i stedet for å rulle med nalen. Malprodusenten løser dette problemet ved å selektivt polere hullveggene i stedet for maloverflaten. Selv om nikkelbelegg kan forbedre jevnheten og utskriftsytelsen til malen, kan det redusere åpninger, noe som krever justering av kunstverket.

Mal laserskjæring

Laserskjæring er en subtraktiv prosess som legger inn Gerber-data i en CNC-maskin som styrer laserstrålen. Laserstrålen starter innenfor hullets grense og krysser omkretsen mens den fullstendig fjerner metallet for å danne hullet, bare ett hull om gangen.

Flere parametere definerer jevnheten til laserskjæring. Dette inkluderer skjærehastighet, strålepunktstørrelse, laserkraft og strålefokus. Generelt bruker industrien en strålepunkt på ca. 1.25 mils, som kan kutte svært presise åpninger i en rekke forskjellige former og størrelseskrav. Imidlertid krever laserkuttede hull også etterbehandling, akkurat som kjemisk etsede hull. Laserskjæreformer trenger elektrolytisk polering og nikkelbelegg for å gjøre den indre veggen av hullet jevn. Ettersom blenderåpningsstørrelsen reduseres i den påfølgende prosessen, må blenderåpningsstørrelsen ved laserskjæring kompenseres riktig.

Aspekter ved bruk av sjablongutskrift

Utskrift med sjablonger innebærer tre ulike prosesser. Den første er hullfyllingsprosessen, der loddepasta fyller hullene. Den andre er overføringsprosessen for loddepasta, der loddepastaen som er akkumulert i hullet overføres til PCB-overflaten, og den tredje er plasseringen av den avsatte loddepastaen. Disse tre prosessene er essensielle for å oppnå det ønskede resultatet – å avsette et presist volum loddepasta (også kalt en murstein) på rett sted på kretskortet.

Å fylle malhullene med loddepasta krever en metallskrape for å presse loddepastaen inn i hullene. Orienteringen av hullet i forhold til nalstrimmelen påvirker fyllingsprosessen. For eksempel fyller et hull med sin lange akse orientert etter bladets slag bedre enn et hull med sin korte akse orientert i bladets slagretning. I tillegg, siden hastigheten til nalen påvirker fyllingen av hullene, kan en lavere nalhastighet gjøre hullene hvis lange akse er parallell med nalens slag, bedre å fylle hullene.

Kanten på nalstrimmelen påvirker også hvordan loddepastaen fyller sjablonghullene. Den vanlige praksisen er å skrive ut mens du bruker det minste naltrykket mens du opprettholder en ren tørk av loddepastaen på overflaten av sjablongen. Økning av trykket på nalen kan skade nalen og malen, og også føre til at pastaen smøres under overflaten av malen.

På den annen side kan det hende at det lavere naltrykket ikke lar loddepastaen slippes ut gjennom de små hullene, noe som resulterer i utilstrekkelig loddemetall på PCB-putene. I tillegg kan loddepastaen som er igjen på siden av nalen nær det store hullet trekkes ned av tyngdekraften, noe som resulterer i overflødig loddeavsetning. Derfor kreves minimumstrykk, noe som vil oppnå en ren tørking av pastaen.

Mengden trykk som påføres avhenger også av typen loddepasta som brukes. For eksempel, sammenlignet med bruk av tinn/blypasta, ved bruk av blyfri loddepasta, krever PTFE/forniklet nal ca. 25-40 % mer trykk.

Ytelsesproblemer med loddepasta og sjablonger

Noen ytelsesproblemer knyttet til loddepasta og sjablonger er:

Tykkelsen og åpningsstørrelsen på sjablongfolien bestemmer det potensielle volumet av loddepasta avsatt på PCB-puten

Evne til å frigjøre loddepasta fra malhullveggen

Plasseringsnøyaktighet for loddestein trykket på PCB-puter

Under utskriftssyklusen, når nalen passerer gjennom sjablongen, fyller loddepastaen sjablongen. Under separasjonssyklusen for tavle/mal vil loddepasta slippes ut på putene på brettet. Ideelt sett bør all loddepasta som fyller hullet under utskriftsprosessen frigjøres fra hullveggen og overføres til puten på brettet for å danne en komplett loddestein. Overføringsmengden avhenger imidlertid av sideforholdet og arealforholdet til åpningen.

For eksempel, i tilfellet hvor arealet av puten er større enn to tredjedeler av arealet til den indre poreveggen, kan pastaen oppnå en frigjøring på bedre enn 80%. Dette betyr at å redusere maltykkelsen eller øke hullstørrelsen bedre kan frigjøre loddepastaen under samme arealforhold.

Loddepastaens evne til å løsne fra malhullveggen avhenger også av finishen til hullveggen. Laserskjæring av hull ved elektropolering og/eller galvanisering kan forbedre effektiviteten av slurryoverføring. Imidlertid avhenger overføringen av loddepasta fra malen til PCB også av vedheft av loddepasta til malhullveggen og vedheft av loddepasta til PCB-puten. For å oppnå en god overføringseffekt bør sistnevnte være større, noe som betyr at trykkbarheten avhenger av forholdet mellom malveggarealet og åpningsarealet, mens man ignorerer mindre effekter som veggens trekkvinkel og dens ruhet. .

Plasseringen og dimensjonsnøyaktigheten til loddesteinene som er trykt på PCB-putene, avhenger av kvaliteten på de overførte CAD-dataene, teknologien og metoden som brukes for å lage malen, og temperaturen på malen under bruk. I tillegg avhenger posisjonsnøyaktigheten også av opprettingsmetoden som brukes.

Innrammet mal eller limt mal

Den innrammede malen er for tiden den kraftigste laserskjæringsmalen, designet for massetrykk i produksjonsprosessen. De er fast montert i forskalingsrammen, og nettrammen strammer forskalingsfolien i forskalingen tett. For mikro BGA og komponenter med en stigning på 16 mil og under, anbefales det å bruke en innrammet mal med en glatt hullvegg. Når de brukes under kontrollerte temperaturforhold, gir innrammede former den beste posisjonen og dimensjonsnøyaktigheten.

For kortsiktig produksjon eller prototype PCB-montering kan rammeløse maler gi den beste volumkontrollen for loddepasta. De er designet for bruk med forskalingsspennesystemer, som er gjenbrukbare forskalingsrammer, for eksempel universalrammer. Siden former ikke er permanent limt til rammen, er de mye billigere enn former av rammetype og tar opp mye mindre lagringsplass.