Procesul de asamblare cu montare la suprafață folosește șabloane ca o cale către depunerea precisă și repetabilă a pastei de lipit. Un șablon se referă la o foaie subțire sau subțire de alamă sau oțel inoxidabil cu un model de circuit tăiat pe ea pentru a se potrivi cu modelul de poziție al dispozitivului de montare pe suprafață (SMD) pe circuit imprimat bord (PCB) unde urmează să fie utilizat șablonul. După ce șablonul este poziționat cu precizie și se potrivește cu PCB, racleta metalică forțează pasta de lipit prin găurile șablonului, formând astfel depuneri pe PCB pentru a fixa SMD-ul în loc. Depunerile de pastă de lipit se topesc la trecerea prin cuptorul de reflow și fixează SMD-ul pe PCB.

Designul șablonului, în special compoziția și grosimea acestuia, precum și forma și dimensiunea găurilor, determină dimensiunea, forma și locația depozitelor de pastă de lipit, ceea ce este esențial pentru a asigura un proces de asamblare cu randament ridicat. De exemplu, grosimea foliei și dimensiunea deschiderii găurilor definesc volumul de suspensie depus pe placă. Pasta de lipit în exces poate duce la formarea de bile, poduri și pietre funerare. O cantitate mică de pastă de lipit va duce la uscarea îmbinărilor de lipit. Ambele vor deteriora funcția electrică a plăcii de circuite.

Grosimea optimă a foliei

Tipul de SMD de pe placă definește grosimea optimă a foliei. De exemplu, ambalarea componentelor, cum ar fi SOIC 0603 sau 0.020″, necesită un șablon de pastă de lipit relativ subțire, în timp ce un șablon mai gros este mai potrivit pentru componente precum SOIC 1206 sau 0.050″. Deși grosimea șablonului utilizat pentru depunerea pastei de lipire variază de la 0.001″ la 0.030″, grosimea tipică a foliei utilizată pe majoritatea plăcilor de circuite variază de la 0.004″ la 0.007″.

Tehnologia de creare a șabloanelor

În prezent, industria folosește cinci tehnologii pentru a face șabloane – tăiere cu laser, electroformare, gravare chimică și amestecare. Deși tehnologia hibridă este o combinație de gravare chimică și tăiere cu laser, gravarea chimică este foarte utilă pentru fabricarea șabloanelor în trepte și a șabloanelor hibride.

Gravarea chimică a șabloanelor

Frezarea chimică gravează masca metalică și șablonul de mască metalică flexibilă de pe ambele părți. Deoarece acest lucru se corodează nu numai în direcția verticală, ci și în direcția laterală, va cauza decupări și va face deschiderea mai mare decât dimensiunea necesară. Pe măsură ce gravura progresează din ambele părți, înclinarea pe peretele drept va duce la formarea unei forme de clepsidră, care va duce la depuneri de lipire în exces.

Deoarece deschiderea șablonului de gravare nu produce rezultate netede, industria folosește două metode pentru a netezi pereții. Unul dintre ele este procesul de electro-lustruire și microgravare, iar celălalt este placarea cu nichel.

Deși o suprafață netedă sau lustruită ajută la eliberarea pastei, aceasta poate provoca, de asemenea, ca pasta să sară peste suprafața șablonului în loc să se rostogolească cu racleta. Producătorul șablonului rezolvă această problemă lustruind selectiv pereții găurii în loc de suprafața șablonului. Deși placarea cu nichel poate îmbunătăți netezimea și performanța de imprimare a șablonului, poate reduce deschiderile, ceea ce necesită ajustarea lucrării de artă.

Șablon de tăiere cu laser

Tăierea cu laser este un proces subtractiv care introduce datele Gerber într-o mașină CNC care controlează fasciculul laser. Raza laser începe în interiorul limitei găurii și traversează perimetrul său în timp ce îndepărtează complet metalul pentru a forma gaura, doar o gaură la un moment dat.

Mai mulți parametri definesc netezimea tăierii cu laser. Aceasta include viteza de tăiere, dimensiunea spotului fasciculului, puterea laserului și focalizarea fasciculului. În general, industria folosește un punct al fasciculului de aproximativ 1.25 mils, care poate tăia deschideri foarte precise într-o varietate de forme și cerințe de dimensiune. Cu toate acestea, găurile tăiate cu laser necesită, de asemenea, post-procesare, la fel ca găurile gravate chimic. Formele de tăiere cu laser au nevoie de lustruire electrolitică și placare cu nichel pentru a face peretele interior al găurii neted. Deoarece dimensiunea deschiderii este redusă în procesul următor, dimensiunea deschiderii tăierii cu laser trebuie compensată corespunzător.

Aspecte ale utilizării tipăririi stencil

Imprimarea cu șabloane implică trei procese diferite. Primul este procesul de umplere a găurilor, în care pasta de lipit umple găurile. Al doilea este procesul de transfer al pastei de lipit, în care pasta de lipit acumulată în gaură este transferată pe suprafața PCB, iar al treilea este locația pastei de lipit depuse. Aceste trei procese sunt esențiale pentru obținerea rezultatului dorit – depunerea unui volum precis de pastă de lipit (numită și cărămidă) în locul potrivit pe PCB.

Umplerea găurilor șablonului cu pastă de lipit necesită o racletă de metal pentru a presa pasta de lipit în găuri. Orientarea orificiului în raport cu banda racletei afectează procesul de umplere. De exemplu, o gaură cu axa lungă orientată pe cursa lamei se umple mai bine decât o gaură cu axa scurtă orientată în direcția cursei lamei. În plus, deoarece viteza racletei afectează umplerea găurilor, o viteză mai mică a racletei poate face ca găurile a căror axă lungă este paralelă cu cursa racletei să umple găurile mai bine.

Marginea benzii racletei afectează, de asemenea, modul în care pasta de lipit umple găurile pentru șablon. Practica obișnuită este să imprimați în timp ce aplicați presiunea minimă a racletei, menținând o ștergere curată a pastei de lipit pe suprafața șablonului. Creșterea presiunii racletei poate deteriora racleta și șablonul și, de asemenea, poate cauza ca pasta să fie mânjită sub suprafața șablonului.

Pe de altă parte, presiunea inferioară a racletei poate să nu permită eliberarea pastei de lipit prin găurile mici, ceea ce duce la o lipire insuficientă pe plăcuțele PCB. În plus, pasta de lipit rămasă pe partea racletei în apropierea orificiului mare poate fi trasă în jos de gravitație, ceea ce duce la depunerea în exces a lipirii. Prin urmare, este necesară o presiune minimă, care va obține o ștergere curată a pastei.

Cantitatea de presiune aplicată depinde și de tipul de pastă de lipit folosită. De exemplu, în comparație cu utilizarea pastei de staniu/plumb, atunci când se utilizează pastă de lipit fără plumb, racleta PTFE/nichelată necesită aproximativ 25-40% mai multă presiune.

Probleme de performanță ale pastei de lipit și șabloane

Unele probleme de performanță legate de pasta de lipit și șabloane sunt:

Grosimea și dimensiunea deschiderii foliei stencil determină volumul potențial de pastă de lipit depusă pe placa PCB

Abilitatea de a elibera pasta de lipit de pe peretele găurii șablonului

Precizia poziției cărămizilor de lipit imprimate pe plăcuțele PCB

În timpul ciclului de imprimare, când banda racletei trece prin șablon, pasta de lipit umple orificiul șablonului. În timpul ciclului de separare a plăcii/șablonului, pasta de lipit va fi eliberată pe plăcuțele de pe placă. În mod ideal, toată pasta de lipit care umple gaura în timpul procesului de imprimare ar trebui să fie eliberată din peretele găurii și transferată pe suportul de pe placă pentru a forma o cărămidă de lipit completă. Cu toate acestea, valoarea transferului depinde de raportul de aspect și raportul de suprafață al deschiderii.

De exemplu, în cazul în care aria tamponului este mai mare de două treimi din suprafața peretelui interior al porilor, pasta poate obține o eliberare mai bună de 80%. Aceasta înseamnă că reducerea grosimii șablonului sau creșterea dimensiunii găurii poate elibera mai bine pasta de lipit sub același raport de suprafață.

Capacitatea pastei de lipit de a se elibera de pe peretele găurii șablonului depinde, de asemenea, de finisajul peretelui găurii. Tăierea găurilor cu laser prin electrolulare și/sau galvanizare poate îmbunătăți eficiența transferului de nămol. Cu toate acestea, transferul pastei de lipit de la șablon la PCB depinde și de aderența pastei de lipit la peretele orificiului șablonului și de aderența pastei de lipit la placa PCB. Pentru a obține un efect de transfer bun, acesta din urmă ar trebui să fie mai mare, ceea ce înseamnă că imprimabilitatea depinde de raportul dintre suprafața peretelui șablonului și zona de deschidere, ignorând în același timp efectele minore precum unghiul de deschidere al peretelui și rugozitatea acestuia. .

Poziția și acuratețea dimensională a cărămizilor de lipit imprimate pe plăcuțele PCB depind de calitatea datelor CAD transmise, de tehnologia și metoda utilizată pentru realizarea șablonului și de temperatura șablonului în timpul utilizării. În plus, precizia poziției depinde și de metoda de aliniere utilizată.

Șablon înrămat sau șablon lipit

Șablonul încadrat este în prezent cel mai puternic șablon de tăiere cu laser, conceput pentru serigrafie în masă în procesul de producție. Se instaleaza permanent in cadrul cofrajului, iar rama plasa strange strans folia de cofraj in cofraj. Pentru micro BGA și componente cu un pas de 16 mil și mai jos, se recomandă utilizarea unui șablon încadrat cu un perete neted. Când sunt utilizate în condiții de temperatură controlată, matrițele încadrate oferă cea mai bună poziție și precizie dimensională.

Pentru producția pe termen scurt sau asamblarea prototipului de PCB, șabloanele fără cadru pot oferi cel mai bun control al volumului pastei de lipit. Sunt concepute pentru a fi utilizate cu sistemele de tensionare a cofrajelor, care sunt cadre de cofraj reutilizabile, cum ar fi cadrele universale. Deoarece matrițele nu sunt lipite permanent de cadru, sunt mult mai ieftine decât formele de tip cadru și ocupă mult mai puțin spațiu de depozitare.