В процессе сборки на поверхности используются шаблоны как путь к точному, воспроизводимому нанесению паяльной пасты. Под шаблоном понимается тонкий или тонкий лист латуни или нержавеющей стали с вырезанным на нем рисунком схемы, совпадающим с рисунком положения устройства поверхностного монтажа (SMD) на плате. печатная плата (PCB), где будет использоваться шаблон. После того, как шаблон точно расположен и совмещен с печатной платой, металлический ракель проталкивает паяльную пасту через отверстия шаблона, тем самым образуя отложения на печатной плате, чтобы зафиксировать SMD на месте. Отложения паяльной пасты плавятся при прохождении через печь оплавления и фиксируют SMD на печатной плате.

Конструкция шаблона, особенно его состав и толщина, а также форма и размер отверстий, определяют размер, форму и расположение отложений паяльной пасты, что важно для обеспечения высокопроизводительного процесса сборки. Например, толщина фольги и размер отверстий определяют объем шлама, нанесенного на плиту. Чрезмерное количество паяльной пасты может привести к образованию шаров, перемычек и надгробий. Небольшое количество паяльной пасты вызовет высыхание паяных соединений. Оба они повредят электрическую функцию печатной платы.

Оптимальная толщина фольги

Тип SMD на плате определяет оптимальную толщину фольги. Например, для упаковки компонентов, такой как SOIC с шагом 0603 или 0.020 дюйма, требуется относительно тонкий шаблон паяльной пасты, в то время как более толстый шаблон больше подходит для таких компонентов, как SOIC с шагом 1206 или 0.050 дюйма. Хотя толщина шаблона, используемого для нанесения паяльной пасты, составляет от 0.001 дюйма до 0.030 дюйма, типичная толщина фольги, используемой на большинстве печатных плат, составляет от 0.004 дюйма до 0.007 дюйма.

Технология изготовления шаблонов

В настоящее время в отрасли используются пять технологий для изготовления трафаретов: лазерная резка, гальванопластика, химическое травление и смешивание. Хотя гибридная технология представляет собой комбинацию химического травления и лазерной резки, химическое травление очень полезно для изготовления ступенчатых трафаретов и гибридных трафаретов.

Химическое травление шаблонов

Химическое фрезерование протравливает металлическую маску и гибкий металлический шаблон маски с обеих сторон. Поскольку это вызывает коррозию не только в вертикальном, но и в боковом направлении, это вызовет подрезы и сделает проем больше требуемого размера. По мере того, как травление продолжается с обеих сторон, сужение прямой стенки приведет к формированию формы песочных часов, что приведет к избыточным отложениям припоя.

Поскольку отверстие в трафарете для травления не дает гладких результатов, в промышленности используются два метода для сглаживания стен. Один из них – это процесс электрополировки и микротравления, а другой – никелирование.

Хотя гладкая или полированная поверхность способствует высвобождению пасты, это также может привести к тому, что паста будет скользить по поверхности шаблона вместо того, чтобы скатываться с помощью ракеля. Производитель шаблонов решает эту проблему путем выборочной полировки стенок отверстий вместо поверхности шаблона. Хотя никелирование может улучшить гладкость и качество печати шаблона, оно может уменьшить количество отверстий, что требует корректировки изображения.

Лазерная резка по шаблону

Лазерная резка – это процесс вычитания, при котором данные Gerber вводятся в станок с ЧПУ, который управляет лазерным лучом. Лазерный луч начинается внутри границы отверстия и пересекает его периметр, полностью удаляя металл, образуя отверстие, только одно отверстие за раз.

Несколько параметров определяют плавность лазерной резки. Сюда входят скорость резки, размер пятна луча, мощность лазера и фокус луча. Как правило, в промышленности используется пятно луча толщиной около 1.25 мил, что позволяет вырезать очень точные отверстия самых разных форм и размеров. Однако отверстия, вырезанные лазером, также требуют последующей обработки, как и отверстия после химического травления. Формы для лазерной резки нуждаются в электролитической полировке и никелировании, чтобы сделать внутреннюю стенку отверстия гладкой. Поскольку размер апертуры уменьшается в последующем процессе, размер апертуры лазерной резки должен быть должным образом скомпенсирован.

Аспекты использования трафаретной печати

Печать с использованием трафаретов включает три разных процесса. Первый – это процесс заполнения отверстий, при котором паяльная паста заполняет отверстия. Второй – это процесс переноса паяльной пасты, при котором паяльная паста, накопившаяся в отверстии, переносится на поверхность печатной платы, а третья – местоположение нанесенной паяльной пасты. Эти три процесса необходимы для получения желаемого результата – нанесения точного объема паяльной пасты (также называемого кирпичиком) в нужном месте на печатной плате.

Для заполнения отверстий в шаблоне паяльной пастой требуется металлический скребок, чтобы вдавить паяльную пасту в отверстия. Ориентация отверстия относительно планки ракеля влияет на процесс заполнения. Например, отверстие, длинная ось которого ориентирована на ход лезвия, заполняется лучше, чем отверстие, короткая ось которого ориентирована в направлении хода лезвия. Кроме того, поскольку скорость ракеля влияет на заполнение отверстий, более низкая скорость ракеля может сделать отверстия, длинная ось которых параллельна ходу ракеля, лучше заполнить отверстия.

Край полоски ракеля также влияет на то, как паяльная паста заполняет отверстия трафарета. Обычно при печати прикладывают минимальное давление ракеля, сохраняя при этом чистую смазку от паяльной пасты на поверхности трафарета. Увеличение давления ракеля может повредить ракель и шаблон, а также привести к размазанию пасты по поверхности шаблона.

С другой стороны, более низкое давление ракеля может не позволить паяльной пасте выйти через небольшие отверстия, что приведет к недостаточному количеству припоя на контактных площадках печатной платы. Кроме того, паяльная паста, оставшаяся на стороне ракеля рядом с большим отверстием, может стягиваться вниз под действием силы тяжести, что приведет к избыточному отложению припоя. Следовательно, требуется минимальное давление, которое позволит добиться чистого удаления пасты.

Величина прилагаемого давления также зависит от типа используемой паяльной пасты. Например, по сравнению с использованием пасты из олова / свинца, при использовании бессвинцовой паяльной пасты, ракель из ПТФЭ / никелирования требует примерно на 25-40% большего давления.

Проблемы с производительностью паяльной пасты и трафаретов

Некоторые проблемы производительности, связанные с паяльной пастой и трафаретами:

Толщина и размер апертуры фольги трафарета определяют потенциальный объем паяльной пасты, нанесенной на контактную площадку печатной платы.

Возможность отделения паяльной пасты от стенки отверстия шаблона

Точность позиционирования припоя, нанесенного на контактные площадки печатной платы

Во время цикла печати, когда полоска ракеля проходит через трафарет, паяльная паста заполняет отверстие трафарета. Во время цикла отделения платы / шаблона паяльная паста будет попадать на контактные площадки на плате. В идеале вся паяльная паста, заполняющая отверстие во время процесса печати, должна быть выпущена из стенки отверстия и перенесена на контактную площадку на плате, чтобы сформировать готовый паяльный кирпич. Однако сумма перевода зависит от соотношения сторон и площади отверстия.

Например, в случае, когда площадь подушки превышает две трети площади внутренней стенки поры, паста может достичь высвобождения лучше 80%. Это означает, что уменьшение толщины шаблона или увеличение размера отверстия может улучшить высвобождение паяльной пасты при том же соотношении площадей.

Способность паяльной пасты отделяться от стенки отверстия шаблона также зависит от отделки стенки отверстия. Лазерная резка отверстий с помощью электрополировки и / или гальваники может повысить эффективность переноса суспензии. Однако перенос паяльной пасты с шаблона на печатную плату также зависит от адгезии паяльной пасты к стенке отверстия шаблона и от адгезии паяльной пасты к контактной площадке печатной платы. Чтобы получить хороший эффект переноса, последний должен быть больше, что означает, что пригодность для печати зависит от отношения площади стенки шаблона к площади проема, при этом игнорируются незначительные эффекты, такие как угол наклона стены и ее шероховатость. .

Положение и точность размеров припоев, напечатанных на контактных площадках печатной платы, зависят от качества передаваемых данных САПР, технологии и метода изготовления шаблона, а также температуры шаблона во время использования. Кроме того, точность позиционирования также зависит от используемого метода центровки.

Шаблон в рамке или клееный шаблон

Шаблон в рамке в настоящее время является самым мощным шаблоном для лазерной резки, предназначенным для массовой трафаретной печати в производственном процессе. Они стационарно устанавливаются в каркас опалубки, а сетчатый каркас плотно стягивает опалубочную пленку в опалубке. Для микро-BGA и компонентов с шагом 16 мил и ниже рекомендуется использовать рамочный шаблон с гладкой стенкой отверстий. При использовании в контролируемых температурных условиях формы в рамке обеспечивают наилучшую точность положения и размеров.

Для краткосрочного производства или сборки прототипа печатной платы безрамные шаблоны могут обеспечить лучший контроль объема паяльной пасты. Они предназначены для использования с системами натяжения опалубки, которые представляют собой многоразовые рамы опалубки, такие как универсальные рамы. Поскольку формы не приклеиваются к каркасу постоянно, они намного дешевле каркасных форм и занимают гораздо меньше места для хранения.