Postopek sestavljanja površinske montaže uporablja predloge kot pot do natančnega, ponovljivega odlaganja spajkalne paste. Predloga se nanaša na tanko ali tanko pločevino iz medenine ali nerjavnega jekla z vzorcem vezja, izrezanim na njem, da se ujema z vzorcem položaja naprave za površinsko montažo (SMD) na tiskano vezje (PCB), kjer je treba uporabiti predlogo. Ko je šablona natančno nameščena in usklajena s tiskanim vezjem, kovinski strgalo potisne spajkalno pasto skozi luknje šablone in tako tvori usedline na PCB, da pritrdi SMD na svoje mesto. Obloge spajkalne paste se stopijo, ko gredo skozi peč za reflow, in pritrdijo SMD na tiskano vezje.

Zasnova šablone, predvsem njena sestava in debelina ter oblika in velikost lukenj, določajo velikost, obliko in lokacijo usedlin spajkalne paste, kar je bistveno za zagotavljanje visoko zmogljivega postopka montaže. Na primer, debelina folije in velikost odprtin lukenj določata količino gnojevke, nanesene na ploščo. Prekomerna spajkalna pasta lahko povzroči nastanek kroglic, mostov in nagrobnikov. Majhna količina spajkalne paste bo povzročila, da se spajkalni spoji izsušijo. Oboje bo poškodovalo električno funkcijo vezja.

Optimalna debelina folije

Vrsta SMD na plošči določa optimalno debelino folije. Na primer, embalaža komponent, kot je 0603 ali 0.020″ korak SOIC, zahteva razmeroma tanko predlogo spajkalne paste, medtem ko je debelejša šablona primernejša za komponente, kot je SOIC s korakom 1206 ali 0.050″. Čeprav se debelina šablone, ki se uporablja za nanašanje spajkalne paste, giblje od 0.001″ do 0.030″, je tipična debelina folije, ki se uporablja na večini tiskanih vezij, od 0.004″ do 0.007″.

Tehnologija izdelave šablon

Trenutno industrija uporablja pet tehnologij za izdelavo šablon – lasersko rezanje, elektrooblikovanje, kemično jedkanje in mešanje. Čeprav je hibridna tehnologija kombinacija kemičnega jedkanja in laserskega rezanja, je kemično jedkanje zelo uporabno za izdelavo stopničastih šablon in hibridnih šablon.

Kemično jedkanje šablon

Kemično rezkanje jedka kovinsko masko in fleksibilno šablono kovinske maske z obeh strani. Ker ta korodira ne samo v navpični smeri, ampak tudi v stranski smeri, bo povzročila podreze in povečala odprtino od zahtevane velikosti. Ko jedkanje napreduje z obeh strani, bo zožitev na ravni steni povzročila nastanek oblike peščene ure, kar bo povzročilo odvečne usedline spajke.

Ker odprtina šablone za jedkanje ne daje gladkih rezultatov, industrija uporablja dva načina za glajenje sten. Eden od njih je postopek elektropoliranja in mikrojedkanja, drugi pa ponikljanje.

Čeprav gladka ali polirana površina pomaga pri sproščanju paste, lahko povzroči tudi, da pasta preskoči površino predloge, namesto da bi se valjala z otiralnikom. Proizvajalec predloge rešuje to težavo s selektivnim poliranjem sten lukenj namesto površine šablone. Čeprav lahko nikljanje izboljša gladkost in zmogljivost tiskanja predloge, lahko zmanjša odprtine, kar zahteva prilagoditev umetniškega dela.

Lasersko rezanje šablon

Lasersko rezanje je subtraktiven postopek, ki vnese Gerberjeve podatke v CNC stroj, ki nadzoruje laserski žarek. Laserski žarek se začne znotraj meje luknje in prečka njen obod, medtem ko popolnoma odstrani kovino, da tvori luknjo, samo eno luknjo naenkrat.

Več parametrov določa gladkost laserskega rezanja. To vključuje hitrost rezanja, velikost žarka, moč laserja in fokus žarka. Na splošno industrija uporablja žarek s premerom približno 1.25 mils, ki lahko izreže zelo natančne odprtine v različnih oblikah in zahtevah glede velikosti. Vendar lasersko izrezane luknje zahtevajo tudi naknadno obdelavo, tako kot kemično jedkane luknje. Kalupi za lasersko rezanje potrebujejo elektrolitsko poliranje in ponikljanje, da je notranja stena luknje gladka. Ker se velikost zaslonke v naslednjem postopku zmanjša, je treba velikost odprtine laserskega rezanja ustrezno kompenzirati.

Vidiki uporabe šablonskega tiska

Tiskanje s šablonami vključuje tri različne postopke. Prvi je postopek polnjenja lukenj, pri katerem spajkalna pasta zapolni luknje. Drugi je postopek prenosa spajkalne paste, pri katerem se spajkalna pasta, nakopičena v luknji, prenese na površino PCB, tretji pa je lokacija odložene spajkalne paste. Ti trije postopki so bistveni za doseganje želenega rezultata – nanos natančne količine spajkalne paste (imenovane tudi opeka) na pravo mesto na tiskani vezni plošči.

Za polnjenje lukenj šablone s spajkalno pasto je potrebno kovinsko strgalo, da spajkalno pasto pritisnete v luknje. Usmeritev luknje glede na trak otiralnika vpliva na postopek polnjenja. Na primer, luknja, katere dolga os je usmerjena na hod rezila, se napolni bolje kot luknja s kratko osjo, usmerjeno v smeri giba rezila. Poleg tega, ker hitrost otiralnika vpliva na zapolnjevanje lukenj, lahko manjša hitrost otiralnika poskrbi, da luknje, katerih dolga os je vzporedna s hodom otiralnika, bolje zapolnijo luknje.

Rob otiralnega traku vpliva tudi na to, kako spajkalna pasta zapolni luknje za šablone. Običajna praksa je tiskanje ob minimalnem pritisku otiralnika, medtem ko je spajkalna pasta na površini šablone čista. Povečanje tlaka otiralnika lahko poškoduje strgalo in šablono ter povzroči, da se pasta razmaže pod površino šablone.

Po drugi strani pa nižji tlak otiralnika morda ne bo dovolil, da bi se spajkalna pasta sprostila skozi majhne luknje, kar ima za posledico nezadostno spajkanje na ploščah PCB. Poleg tega se lahko spajkalna pasta, ki ostane na strani otiralnika blizu velike luknje, z gravitacijo potegne navzdol, kar povzroči odvečno odlaganje spajke. Zato je potreben minimalen pritisk, ki bo zagotovil čisto brisanje paste.

Količina uporabljenega pritiska je odvisna tudi od vrste uporabljene spajkalne paste. Na primer, v primerjavi z uporabo kositrne/svinčene paste, pri uporabi spajkalne paste brez svinca, PTFE/nikljano strgalo zahteva približno 25-40 % večji pritisk.

Težave z zmogljivostjo spajkalne paste in šablon

Nekatere težave z zmogljivostjo, povezane s spajkalno pasto in šablonami, so:

Debelina in velikost odprtine šablonske folije določata potencialno količino spajkalne paste, nanesene na ploščo PCB

Sposobnost sproščanja spajkalne paste iz stene luknje šablone

Natančnost položaja spajkanih opek, natisnjenih na plošče PCB

Med ciklom tiskanja, ko trak otiralnika prehaja skozi šablono, spajkalna pasta zapolni luknjo šablone. Med ciklom ločevanja plošče/predloge se spajkalna pasta sprosti na blazinice na plošči. V idealnem primeru je treba vso spajkalno pasto, ki zapolni luknjo med postopkom tiskanja, sprostiti iz stene luknje in jo prenesti na podlogo na plošči, da se oblikuje popolna spajkalna opeka. Vendar je znesek prenosa odvisen od razmerja stranic in površinskega razmerja odprtine.

Na primer, v primeru, ko je površina blazinice večja od dveh tretjin površine notranje stene por, lahko pasta doseže boljši od 80% sprostitev. To pomeni, da lahko zmanjšanje debeline šablone ali povečanje velikosti luknje bolje sprosti spajkalno pasto pod enakim razmerjem površine.

Sposobnost spajkalne paste, da se sprosti iz stene luknje šablone, je odvisna tudi od končne obdelave stene luknje. Lasersko rezanje lukenj z elektropoliranjem in/ali galvanizacijo lahko izboljša učinkovitost prenosa gnojevke. Vendar pa je prenos spajkalne paste s šablone na PCB odvisen tudi od oprijema spajkalne paste na steno luknje šablone in oprijema spajkalne paste na ploščo PCB. Za dober učinek prenosa naj bo slednji večji, kar pomeni, da je natisljivost odvisna od razmerja med površino stene šablone in površino odprtine, pri tem pa zanemarimo manjše učinke, kot sta kot ugreza stene in njena hrapavost. .

Položaj in dimenzijska natančnost spajkanih opek, natisnjenih na plošče PCB, sta odvisna od kakovosti prenesenih CAD podatkov, tehnologije in metode, uporabljene za izdelavo predloge, ter temperature šablone med uporabo. Poleg tega je natančnost položaja odvisna tudi od uporabljene metode poravnave.

Uokvirjena šablona ali lepljena šablona

Uokvirjena šablona je trenutno najmočnejša šablona za lasersko rezanje, zasnovana za množično sitotisk v proizvodnem procesu. Stalno so vgrajeni v opažni okvir, mrežasti okvir pa tesno zategne opažno folijo v opažu. Za mikro BGA in komponente z nagibom 16 mil in manj je priporočljiva uporaba uokvirjene predloge z gladko steno lukenj. Ko se uporabljajo v nadzorovanih temperaturnih pogojih, uokvirjeni kalupi zagotavljajo najboljši položaj in natančnost dimenzij.

Za kratkoročno proizvodnjo ali montažo prototipa PCB lahko predloge brez okvirja zagotovijo najboljši nadzor količine spajkalne paste. Zasnovani so za uporabo s sistemi za napenjanje opažev, ki so opažni okvirji za večkratno uporabo, kot so univerzalni okvirji. Ker kalupi niso trajno prilepljeni na okvir, so veliko cenejši od okvirjev in zavzamejo veliko manj prostora za shranjevanje.