Процес монтаже на површини користи шаблоне као пут до тачног, поновљивог наношења пасте за лемљење. Шаблон се односи на танак или танак лим од месинга или нерђајућег челика са шаром кола исеченом на њој да одговара шаблону положаја уређаја за површинску монтажу (СМД) на штампаних плоча (ПЦБ) где ће се шаблон користити. Након што је шаблон тачно позициониран и усклађен са штампаном плочом, метални брисач провлачи пасту за лемљење кроз рупе на шаблону, формирајући тако наслаге на штампаној плочи да би се СМД фиксирао на месту. Наслаге пасте за лемљење се топе када прођу кроз пећницу за рефлов и фиксирају СМД на ПЦБ.

Дизајн шаблона, посебно његов састав и дебљина, као и облик и величина рупа, одређују величину, облик и локацију наслага пасте за лемљење, што је неопходно да би се обезбедио процес монтаже велике пропусности. На пример, дебљина фолије и величина отвора рупа дефинишу запремину каше која се налази на плочи. Прекомерна паста за лемљење може довести до стварања куглица, мостова и надгробних споменика. Мала количина пасте за лемљење ће изазвати сушење лемних спојева. И једно и друго ће оштетити електричну функцију плоче.

Оптимална дебљина фолије

Тип СМД на плочи дефинише оптималну дебљину фолије. На пример, за паковање компоненти као што је СОИЦ са 0603 или 0.020″ кораком је потребан релативно танак шаблон пасте за лемљење, док је дебљи шаблон погоднији за компоненте као што су СОИЦ са кораком од 1206 или 0.050″. Иако се дебљина шаблона који се користи за наношење пасте за лемљење креће од 0.001″ до 0.030″, типична дебљина фолије која се користи на већини штампаних плоча креће се од 0.004″ до 0.007″.

Технологија израде шаблона

Тренутно, индустрија користи пет технологија за израду шаблона – ласерско сечење, електроформирање, хемијско јеткање и мешање. Иако је хибридна технологија комбинација хемијског јеткања и ласерског сечења, хемијско јеткање је веома корисно за производњу степенастих шаблона и хибридних шаблона.

Хемијско нагризање шаблона

Хемијско глодање урезује металну маску и флексибилни шаблон за металну маску са обе стране. Пошто ово кородира не само у вертикалном већ иу бочном смеру, то ће изазвати подрезивање и учинити отвор већи од потребне величине. Како гравирање напредује са обе стране, сужење на равном зиду ће резултирати формирањем облика пешчаног сата, што ће резултирати вишком наслага лема.

Пошто отвор шаблона за гравирање не даје глатке резултате, индустрија користи две методе за изглађивање зидова. Један од њих је процес електрополирања и микро јеткања, а други је никловање.

Иако глатка или углачана површина помаже ослобађању пасте, такође може довести до тога да паста прескочи површину шаблона уместо да се котрља брисачем. Произвођач шаблона решава овај проблем селективним полирањем зидова рупа уместо површине шаблона. Иако никловање може побољшати глаткоћу и перформансе штампања шаблона, може смањити отворе, што захтева прилагођавање уметничког дела.

Ласерско сечење шаблона

Ласерско сечење је процес суптракције који уноси Герберове податке у ЦНЦ машину која контролише ласерски сноп. Ласерски зрак почиње унутар границе рупе и прелази њен периметар док потпуно уклања метал да би формирао рупу, само једну по једну рупу.

Неколико параметара дефинише глаткоћу ласерског сечења. Ово укључује брзину сечења, величину тачке снопа, снагу ласера ​​и фокус снопа. Генерално, индустрија користи тачку снопа од око 1.25 милс, која може да исече веома прецизне отворе у различитим облицима и захтевима за величину. Међутим, ласерски исечене рупе такође захтевају накнадну обраду, баш као и хемијски урезане рупе. Калупи за ласерско сечење захтевају електролитичко полирање и никловање да би унутрашњи зид рупе био глатки. Како се величина отвора смањује у накнадном процесу, величина отвора ласерског сечења мора бити правилно компензована.

Аспекти коришћења шаблонске штампе

Штампање са шаблонима укључује три различита процеса. Први је процес пуњења рупа, у којем паста за лемљење испуњава рупе. Други је процес преноса пасте за лемљење, у којем се паста за лемљење накупљена у рупи преноси на површину ПЦБ-а, а трећа је локација депоноване пасте за лемљење. Ова три процеса су неопходна за постизање жељеног резултата – таложење прецизне количине пасте за лемљење (која се назива и цигла) на право место на штампаној плочи.

За попуњавање рупа шаблона пастом за лемљење потребан је метални стругач за утискање пасте за лемљење у рупе. Оријентација отвора у односу на траку за брисање утиче на процес пуњења. На пример, рупа чија је дуга осе оријентисана на ход сечива испуњава се боље од рупе чија је кратка осе оријентисана у правцу хода сечива. Поред тога, пошто брзина брисача утиче на попуњавање рупа, мања брзина брисача може учинити да рупе чија је дуга оса паралелна са ходом брисача боље попуне рупе.

Ивица траке брисача такође утиче на то како паста за лемљење испуњава рупе за шаблоне. Уобичајена пракса је да се штампа уз минимални притисак брисача, а да притом обришите чисту пасту за лемљење на површини шаблона. Повећање притиска брисача може оштетити брисач и шаблон, а такође и узроковати размазивање пасте испод површине шаблона.

С друге стране, нижи притисак брисача можда неће дозволити да се паста за лемљење испусти кроз мале рупе, што доводи до недовољног лема на ПЦБ јастучићима. Поред тога, лемна паста која је остала на страни брисача у близини велике рупе може бити повучена надоле под дејством гравитације, што доводи до вишка таложења лема. Због тога је потребан минимални притисак, чиме ће се постићи чисто брисање пасте.

Количина примењеног притиска такође зависи од врсте коришћене пасте за лемљење. На пример, у поређењу са употребом пасте за калај/олово, када се користи паста за лемљење без олова, ПТФЕ/никловани брисач захтева око 25-40% већи притисак.

Проблеми са перформансама пасте за лемљење и шаблона

Неки проблеми са перформансама у вези са пастом за лемљење и шаблонима су:

Дебљина и величина отвора фолије за шаблоне одређују потенцијалну запремину пасте за лемљење нанесену на ПЦБ подлогу

Могућност ослобађања пасте за лемљење са зида рупе шаблона

Тачност положаја лемних цигли одштампаних на ПЦБ подлогама

Током циклуса штампања, када трака за гумирање прође кроз шаблон, паста за лемљење испуњава рупу шаблона. Током циклуса раздвајања плоче/шаблона, паста за лемљење ће се пустити на јастучиће на плочи. У идеалном случају, сва паста за лемљење која испуњава рупу током процеса штампања треба да се ослободи са зида рупе и пренесе на подлогу на плочи како би се формирала комплетна цигла за лемљење. Међутим, износ трансфера зависи од односа ширине и висине отвора.

На пример, у случају када је површина јастучића већа од две трећине површине унутрашњег зида пора, паста може постићи ослобађање боље од 80%. То значи да смањење дебљине шаблона или повећање величине рупе може боље ослободити пасту за лемљење под истим односом површине.

Способност пасте за лемљење да се ослободи са зида рупе шаблона такође зависи од завршне обраде зида рупе. Ласерско сечење рупа електрополирањем и/или галванизацијом може побољшати ефикасност преноса суспензије. Међутим, пренос пасте за лемљење са шаблона на ПЦБ такође зависи од пријањања пасте за лемљење на зид рупе шаблона и од пријањања пасте за лемљење на ПЦБ подлогу. Да би се постигао добар ефекат преноса, овај други треба да буде већи, што значи да могућност штампања зависи од односа површине зида шаблона и површине отвора, а занемарити мање ефекте као што су угао промаја зида и његова храпавост. .

Положај и тачност димензија лемних цигли штампаних на ПЦБ подлогама зависе од квалитета пренетих ЦАД података, технологије и методе коришћене за израду шаблона и температуре шаблона током употребе. Поред тога, тачност положаја зависи и од коришћеног метода поравнања.

Урамљени шаблон или лепљени шаблон

Урамљени шаблон је тренутно најмоћнији шаблон за ласерско сечење, дизајниран за масовну сито штампу у процесу производње. Трајно се уграђују у оквир оплате, а мрежасти оквир чврсто затеже оплатну фолију у оплати. За микро БГА и компоненте са нагибом од 16 мил и мањим, препоручује се употреба урамљеног шаблона са глатким зидом рупа. Када се користе у условима контролисане температуре, уоквирени калупи пружају најбољу позицију и тачност димензија.

За краткорочну производњу или монтажу прототипа ПЦБ-а, шаблони без оквира могу да обезбеде најбољу контролу запремине пасте за лемљење. Дизајнирани су за употребу са системима за затезање оплате, који су рамови оплате за вишекратну употребу, као што су универзални рамови. Пошто калупи нису трајно залепљени за оквир, они су много јефтинији од калупа типа оквира и заузимају много мање простора за складиштење.