Ytmonteringsprocessen använder mallar som en väg till exakt, repeterbar avsättning av lödpasta. En mall hänvisar till en tunn eller tunn skiva av mässing eller rostfritt stål med ett kretsmönster utskuret för att matcha positionsmönstret för ytmonteringsenheten (SMD) på kretskort (PCB) där mallen ska användas. Efter att mallen är korrekt placerad och anpassad till kretskortet, tvingar metallskrapan lödpastan genom mallens hål och bildar därigenom avlagringar på kretskortet för att fixera SMD på plats. Lödpastaavlagringarna smälter när de passerar genom återflödesugnen och fixerar SMD på PCB:n.

Mallens utformning, särskilt dess sammansättning och tjocklek, såväl som formen och storleken på hålen, bestämmer storleken, formen och placeringen av lödpastaavlagringarna, vilket är viktigt för att säkerställa en monteringsprocess med hög genomströmning. Till exempel definierar foliens tjocklek och öppningsstorleken på hålen volymen av slam som avsätts på skivan. Överdriven lödpasta kan leda till att bollar, broar och gravstenar bildas. En liten mängd lödpasta gör att lödfogarna torkar ut. Båda kommer att skada kretskortets elektriska funktion.

Optimal folietjocklek

Typen av SMD på skivan definierar den optimala folietjockleken. Till exempel kräver komponentförpackningar som 0603 eller 0.020 tum stigning SOIC en relativt tunn mall för lödpasta, medan en tjockare mall är mer lämplig för komponenter som 1206 eller 0.050 tum stigning SOIC. Även om tjockleken på mallen som används för lödpastaavsättning varierar från 0.001″ till 0.030″, varierar den typiska folietjockleken som används på de flesta kretskort från 0.004″ till 0.007″.

Malltillverkningsteknik

För närvarande använder industrin fem teknologier för att göra stencil-laserskärning, elektroformning, kemisk etsning och blandning. Även om hybridtekniken är en kombination av kemisk etsning och laserskärning, är kemisk etsning mycket användbar för tillverkning av stegade stenciler och hybridstenciler.

Kemisk etsning av mallar

Kemisk fräsning etsar metallmasken och den flexibla metallmaskmallen från båda sidor. Eftersom detta korroderar inte bara i vertikal riktning utan även i sidled, kommer det att orsaka underskärningar och göra öppningen större än den önskade storleken. När etsningen fortskrider från båda sidor kommer avsmalningen på den raka väggen att resultera i bildandet av en timglasform, vilket kommer att resultera i överskott av lödavlagringar.

Eftersom etsstencilöppningen inte ger jämna resultat, använder industrin två metoder för att jämna till väggarna. En av dem är elektropolering och mikroetsning, och den andra är nickelplätering.

Även om en slät eller polerad yta hjälper till att frigöra pastan, kan den också få pastan att hoppa över mallens yta istället för att rulla med skrapan. Malltillverkaren löser detta problem genom att selektivt polera hålväggarna istället för mallytan. Även om nickelplätering kan förbättra mallens jämnhet och utskriftsprestanda, kan det minska öppningar, vilket kräver justering av konstverket.

Mall laserskärning

Laserskärning är en subtraktiv process som matar in Gerber-data i en CNC-maskin som styr laserstrålen. Laserstrålen börjar innanför hålets gräns och korsar dess omkrets samtidigt som metallen helt avlägsnas för att bilda hålet, bara ett hål åt gången.

Flera parametrar definierar jämnheten för laserskärning. Detta inkluderar skärhastighet, strålpunktstorlek, laserkraft och strålfokus. I allmänhet använder industrin en strålpunkt på cirka 1.25 mils, som kan skära mycket exakta öppningar i en mängd olika former och storlekskrav. Men laserskurna hål kräver också efterbearbetning, precis som kemiskt etsade hål. Laserskärformar behöver elektrolytisk polering och nickelplätering för att göra hålets innervägg slät. Eftersom bländarstorleken minskas i den efterföljande processen, måste bländarstorleken för laserskärning kompenseras ordentligt.

Aspekter av att använda stenciltryck

Utskrift med stenciler involverar tre olika processer. Den första är hålfyllningsprocessen, där lödpasta fyller hålen. Den andra är överföringsprocessen för lödpasta, där lödpastan som samlats i hålet överförs till PCB-ytan, och den tredje är platsen för den avsatta lödpastan. Dessa tre processer är väsentliga för att erhålla det önskade resultatet – avsättning av en exakt volym lödpasta (även kallad tegelsten) på rätt plats på kretskortet.

Att fylla mallhålen med lödpasta kräver en metallskrapa för att trycka in lödpastan i hålen. Orienteringen av hålet i förhållande till gummiskrapan påverkar fyllningsprocessen. Till exempel fyller ett hål med sin långa axel orienterad mot bladets slag bättre än ett hål med sin korta axel orienterad i bladets slagriktning. Dessutom, eftersom skrapans hastighet påverkar fyllningen av hålen, kan en lägre skrapahastighet göra att hålen vars långa axel är parallell med skrapans slag bättre fyller hålen.

Kanten på skrapremsan påverkar också hur lödpastan fyller stencilhålen. Vanlig praxis är att skriva ut samtidigt som man applicerar det lägsta skrapatrycket samtidigt som man håller en ren avtorkning av lödpastan på ytan av stencilen. Ökat tryck på skrapan kan skada skrapan och mallen, och även göra att pastan smetas ut under mallens yta.

Å andra sidan kanske det lägre sugskrapans tryck inte tillåter att lödpastan släpps genom de små hålen, vilket resulterar i otillräcklig lödning på PCB-kuddarna. Dessutom kan lödpastan som finns kvar på sidan av skrapan nära det stora hålet dras ner av gravitationen, vilket resulterar i överskott av lödavlagring. Därför krävs ett minimalt tryck, vilket kommer att uppnå en ren avtorkning av pastan.

Mängden tryck som appliceras beror också på vilken typ av lödpasta som används. Till exempel, jämfört med att använda tenn/blypasta, när man använder blyfri lödpasta, kräver den PTFE/nickelpläterade skrapan cirka 25-40% mer tryck.

Prestandaproblem av lödpasta och stenciler

Några prestandaproblem relaterade till lödpasta och stenciler är:

Tjockleken och öppningsstorleken på stencilfolien bestämmer den potentiella volymen av lödpasta avsatt på PCB-kudden

Möjlighet att frigöra lödpasta från mallhålets vägg

Positionsnoggrannhet för lödtegelstenar tryckta på PCB-kuddar

Under utskriftscykeln, när gummiskrapan passerar genom stencilen, fyller lödpastan stencilhålet. Under separeringscykeln för tavla/mall kommer lödpasta att släppas ut på plattorna på tavlan. Helst ska all lödpasta som fyller hålet under tryckprocessen frigöras från hålväggen och överföras till dynan på brädet för att bilda en komplett lödtegel. Överföringsmängden beror dock på bildförhållandet och ytförhållandet för öppningen.

Till exempel, i det fall där ytan av dynan är större än två tredjedelar av ytan av den inre porväggen, kan pastan uppnå en frisättning på bättre än 80%. Detta innebär att minskning av mallens tjocklek eller ökning av hålstorleken bättre kan frigöra lödpastan under samma ytförhållande.

Lödpastans förmåga att släppa från mallens hålvägg beror också på hålväggens finish. Laserskärning av hål genom elektropolering och/eller galvanisering kan förbättra effektiviteten av flytande slam. Men överföringen av lödpasta från mallen till kretskortet beror också på vidhäftningen av lödpastan till mallhålets vägg och lödpastans vidhäftning till kretskortsdynan. För att få en bra överföringseffekt bör den senare vara större, vilket innebär att tryckbarheten beror på förhållandet mellan mallens väggyta och öppningsytan, samtidigt som man bortser från mindre effekter som väggens dragvinkel och dess grovhet. .

Positionen och dimensionsnoggrannheten för lödtegelstenarna som är tryckta på PCB-kuddarna beror på kvaliteten på de överförda CAD-data, tekniken och metoden som används för att tillverka mallen och temperaturen på mallen under användning. Dessutom beror positionsnoggrannheten också på vilken inriktningsmetod som används.

Inramad mall eller limmad mall

Den inramade mallen är för närvarande den mest kraftfulla laserskärningsmallen, designad för massscreentryck i produktionsprocessen. De är permanent installerade i formstommen, och nätramen drar åt formfolien i formen tätt. För mikro-BGA och komponenter med en stigning på 16 mil och lägre, rekommenderas att använda en inramad mall med en slät hålvägg. När de används under kontrollerade temperaturförhållanden ger inramade formar den bästa positionen och dimensionsnoggrannheten.

För kortvarig produktion eller prototyp-PCB-montage kan ramlösa mallar ge den bästa volymkontrollen för lödpasta. De är designade för användning med formspänningssystem, som är återanvändbara formramar, såsom universalramar. Eftersom formar inte är permanent limmade på ramen är de mycket billigare än formar av ramtyp och tar upp mycket mindre lagringsutrymme.