O processo de montagem de montagem em superfície usa modelos como um caminho para a deposição de pasta de solda precisa e repetível. Um modelo se refere a uma folha fina ou fina de latão ou aço inoxidável com um padrão de circuito cortado para coincidir com o padrão de posição do dispositivo de montagem em superfície (SMD) no placa de circuito impresso (PCB) onde o modelo deve ser usado. Depois que o modelo é posicionado com precisão e combinado com o PCB, o rodo de metal força a pasta de solda através dos orifícios do modelo, formando depósitos no PCB para fixar o SMD no lugar. Os depósitos de pasta de solda derretem ao passar pelo forno de refluxo e fixam o SMD no PCB.

O desenho do gabarito, especialmente sua composição e espessura, bem como a forma e o tamanho dos furos, determina o tamanho, a forma e a localização dos depósitos de pasta de solda, o que é essencial para garantir um processo de montagem de alto rendimento. Por exemplo, a espessura da folha e o tamanho da abertura dos orifícios definem o volume da pasta depositada na placa. O excesso de pasta de solda pode levar à formação de bolas, pontes e lápides. Uma pequena quantidade de pasta de solda fará com que as juntas de solda sequem. Ambos danificarão a função elétrica da placa de circuito.

Espessura ideal da folha

O tipo de SMD na placa define a espessura ideal da folha. Por exemplo, a embalagem de componentes como SOIC de passo 0603 ou 0.020 “requer um gabarito de pasta de solda relativamente fino, enquanto um gabarito mais espesso é mais adequado para componentes como SOIC de passo 1206 ou 0.050”. Embora a espessura do gabarito usado para a deposição da pasta de solda varie de 0.001 ″ a 0.030 ″, a espessura típica da folha usada na maioria das placas de circuito varia de 0.004 ″ a 0.007 ″.

Tecnologia de criação de modelos

Atualmente, a indústria usa cinco tecnologias para fazer estênceis – corte a laser, eletroformação, gravação química e mistura. Embora a tecnologia híbrida seja uma combinação de gravação química e corte a laser, a gravação química é muito útil para a fabricação de estênceis escalonados e estênceis híbridos.

Gravura química de moldes

A fresagem química grava a máscara de metal e o modelo de máscara de metal flexível de ambos os lados. Uma vez que isso corrói não apenas na direção vertical, mas também na direção lateral, causará entalhes e tornará a abertura maior do que o tamanho necessário. Conforme a gravação progride de ambos os lados, o afunilamento na parede reta resultará na formação de um formato de ampulheta, o que resultará em depósitos de solda em excesso.

Como a abertura do estêncil de gravação não produz resultados suaves, a indústria usa dois métodos para alisar as paredes. Um deles é o processo de eletropolimento e micro-ataque, e o outro é o niquelado.

Embora uma superfície lisa ou polida ajude na liberação da pasta, ela também pode fazer com que a pasta salte a superfície do molde em vez de rolar com o rodo. O fabricante do gabarito resolve este problema polindo seletivamente as paredes do furo em vez da superfície do gabarito. Embora o revestimento de níquel possa melhorar a suavidade e o desempenho de impressão do modelo, ele pode reduzir as aberturas, o que requer ajuste da arte.

Corte a laser de molde

O corte a laser é um processo subtrativo que insere dados Gerber em uma máquina CNC que controla o feixe de laser. O feixe de laser começa dentro do limite do orifício e atravessa seu perímetro enquanto remove completamente o metal para formar o orifício, apenas um orifício de cada vez.

Vários parâmetros definem a suavidade do corte a laser. Isso inclui velocidade de corte, tamanho do ponto do feixe, potência do laser e foco do feixe. Geralmente, a indústria usa um ponto de feixe de cerca de 1.25 mils, que pode cortar aberturas muito precisas em uma variedade de formatos e requisitos de tamanho. No entanto, os orifícios cortados a laser também requerem pós-processamento, assim como os orifícios gravados quimicamente. Os moldes de corte a laser precisam de polimento eletrolítico e niquelagem para tornar a parede interna do furo lisa. Como o tamanho da abertura é reduzido no processo subsequente, o tamanho da abertura do corte a laser deve ser devidamente compensado.

Aspectos do uso de impressão de estêncil

A impressão com estênceis envolve três processos diferentes. O primeiro é o processo de preenchimento de orifícios, no qual a pasta de solda preenche os orifícios. O segundo é o processo de transferência da pasta de solda, em que a pasta de solda acumulada no orifício é transferida para a superfície do PCB, e o terceiro é o local da pasta de solda depositada. Esses três processos são essenciais para a obtenção do resultado desejado – depositar um volume preciso de pasta de solda (também chamado de tijolo) no local correto da placa de circuito impresso.

Preencher os orifícios do modelo com pasta de solda requer um raspador de metal para pressionar a pasta de solda nos orifícios. A orientação do orifício em relação à tira do rodo afeta o processo de enchimento. Por exemplo, um orifício com seu eixo longo orientado no curso da lâmina preenche melhor do que um orifício com seu eixo curto orientado na direção do curso da lâmina. Além disso, como a velocidade do rodo afeta o preenchimento dos orifícios, uma velocidade mais baixa do rodo pode fazer com que os orifícios cujo eixo longo é paralelo ao curso do rodo preencham melhor os orifícios.

A borda da tira do rodo também afeta como a pasta de solda preenche os orifícios do estêncil. A prática usual é imprimir aplicando a pressão mínima do rodo enquanto mantém um pano limpo com a pasta de solda na superfície do estêncil. O aumento da pressão do rodo pode danificar o rodo e o gabarito e também fazer com que a pasta se espalhe sob a superfície do gabarito.

Por outro lado, a pressão mais baixa do rodo pode não permitir que a pasta de solda seja liberada pelos pequenos orifícios, resultando em solda insuficiente nas almofadas do PCB. Além disso, a pasta de solda deixada na lateral do rodo perto do grande orifício pode ser puxada para baixo pela gravidade, resultando em excesso de deposição de solda. Portanto, é necessária uma pressão mínima, o que permitirá uma limpeza limpa da pasta.

A quantidade de pressão aplicada também depende do tipo de pasta de solda usada. Por exemplo, em comparação com o uso de pasta de estanho / chumbo, ao usar pasta de solda sem chumbo, o rodo revestido com PTFE / níquel requer cerca de 25-40% mais pressão.

Problemas de desempenho de pasta de solda e estênceis

Alguns problemas de desempenho relacionados à pasta de solda e estênceis são:

A espessura e o tamanho da abertura da folha de estêncil determinam o volume potencial de pasta de solda depositada na almofada de PCB

Capacidade de liberar pasta de solda da parede do orifício do modelo

Precisão de posição de tijolos de solda impressos em placas de PCB

Durante o ciclo de impressão, quando a tira do rodo passa pelo estêncil, a pasta de solda preenche o orifício do estêncil. Durante o ciclo de separação placa / gabarito, a pasta de solda será liberada nas almofadas da placa. Idealmente, toda a pasta de solda que preenche o orifício durante o processo de impressão deve ser liberada da parede do orifício e transferida para a almofada na placa para formar um tijolo de solda completo. No entanto, o valor da transferência depende da proporção da imagem e da proporção da área da abertura.

Por exemplo, no caso em que a área da almofada é maior do que dois terços da área da parede interna do poro, a pasta pode atingir uma liberação melhor do que 80%. Isso significa que reduzir a espessura do gabarito ou aumentar o tamanho do furo pode liberar melhor a pasta de solda na mesma proporção de área.

A capacidade da pasta de solda de se soltar da parede do orifício do gabarito também depende do acabamento da parede do orifício. Os furos de corte a laser por eletropolimento e / ou galvanoplastia podem melhorar a eficiência da transferência de lama. No entanto, a transferência da pasta de solda do modelo para o PCB também depende da adesão da pasta de solda à parede do orifício do modelo e da adesão da pasta de solda à almofada do PCB. Para obter um bom efeito de transferência, este último deve ser maior, o que significa que a capacidade de impressão depende da proporção da área da parede do gabarito para a área de abertura, ignorando efeitos secundários como o ângulo de inclinação da parede e sua aspereza. .

A posição e a precisão dimensional dos tijolos de solda impressos nas placas de PCB dependem da qualidade dos dados CAD transmitidos, da tecnologia e do método usado para fazer o modelo e da temperatura do modelo durante o uso. Além disso, a precisão da posição também depende do método de alinhamento usado.

Modelo emoldurado ou modelo colado

O modelo emoldurado é atualmente o modelo de corte a laser mais poderoso, projetado para serigrafia em massa no processo de produção. Eles são instalados permanentemente na estrutura da fôrma, e a estrutura da rede aperta firmemente a folha da fôrma na fôrma. Para micro BGA e componentes com um passo de 16 mil e abaixo, é recomendado o uso de um gabarito emoldurado com uma parede de orifício lisa. Quando usados ​​em condições de temperatura controlada, os moldes emoldurados fornecem a melhor posição e precisão dimensional.

Para produção de curto prazo ou montagem de protótipo de PCB, modelos sem moldura podem fornecer o melhor controle de volume de pasta de solda. Eles são projetados para uso com sistemas de tensionamento de formas, que são estruturas de formas reutilizáveis, como estruturas universais. Uma vez que os moldes não são permanentemente colados à estrutura, eles são muito mais baratos do que os moldes do tipo estrutura e ocupam muito menos espaço de armazenamento.