Tầm quan trọng của các mẫu để lắp ráp PCB

Quá trình lắp ráp bề mặt lắp ráp sử dụng các mẫu như một con đường dẫn đến sự lắng đọng chất hàn dán chính xác, có thể lặp lại. Mẫu đề cập đến một tấm mỏng hoặc mỏng bằng đồng thau hoặc thép không gỉ với một mẫu mạch được cắt trên đó để phù hợp với mẫu vị trí của thiết bị gắn bề mặt (SMD) trên bảng mạch in (PCB) nơi sử dụng mẫu. Sau khi khuôn mẫu được định vị chính xác và khớp với PCB, chổi kim loại ép chất hàn qua các lỗ của khuôn mẫu, do đó hình thành cặn trên PCB để cố định SMD tại chỗ. Các chất lắng đọng của chất hàn sẽ tan chảy khi đi qua lò nung chảy lại và cố định SMD trên PCB.

ipcb

Thiết kế của khuôn mẫu, đặc biệt là thành phần và độ dày của nó, cũng như hình dạng và kích thước của các lỗ, xác định kích thước, hình dạng và vị trí của cặn bột hàn, điều này rất cần thiết để đảm bảo quá trình lắp ráp đạt năng suất cao. Ví dụ, độ dày của lá và kích thước lỗ mở của các lỗ xác định khối lượng bùn lắng đọng trên bảng. Chất hàn quá cao có thể dẫn đến hình thành các quả bóng, cầu và bia mộ. Một lượng nhỏ thuốc hàn sẽ làm cho các mối hàn bị khô. Cả hai sẽ làm hỏng chức năng điện của bảng mạch.

Độ dày lá tối ưu

Loại SMD trên bảng xác định độ dày lá tối ưu. Ví dụ: bao bì thành phần như SOIC cao độ 0603 hoặc 0.020 ″ yêu cầu mẫu hàn tương đối mỏng, trong khi mẫu dày hơn phù hợp hơn cho các thành phần như SOIC cao độ 1206 hoặc 0.050 ″. Mặc dù độ dày của khuôn mẫu được sử dụng để lắng đọng hồ hàn dao động từ 0.001 ″ đến 0.030 ″, độ dày lá điển hình được sử dụng trên hầu hết các bảng mạch nằm trong khoảng từ 0.004 ″ đến 0.007 ″.

Công nghệ tạo mẫu

Hiện tại, ngành công nghiệp này sử dụng năm công nghệ để chế tạo giấy nến-cắt laser, tạo hình điện, ăn mòn hóa học và pha trộn. Mặc dù công nghệ lai là sự kết hợp giữa ăn mòn hóa học và cắt laser, phương pháp khắc hóa học rất hữu ích để sản xuất giấy nến từng bước và giấy nến lai.

Hóa chất khắc mẫu

Phay hóa học khắc mặt nạ kim loại và mẫu mặt nạ kim loại dẻo từ cả hai mặt. Vì điều này không chỉ ăn mòn theo phương thẳng đứng mà còn theo phương bên, nó sẽ gây ra các vết cắt và làm cho lỗ mở lớn hơn kích thước yêu cầu. Khi quá trình ăn mòn diễn ra từ cả hai phía, sự mài mòn trên thành thẳng sẽ dẫn đến việc hình thành hình đồng hồ cát, dẫn đến cặn hàn dư thừa.

Vì việc mở bằng khuôn khắc bằng giấy khắc không tạo ra kết quả mịn, ngành công nghiệp sử dụng hai phương pháp để làm nhẵn các bức tường. Một trong số đó là quá trình đánh bóng điện và ăn mòn vi mô, và quá trình kia là mạ niken.

Mặc dù bề mặt nhẵn hoặc được đánh bóng giúp giải phóng hồ dán, nhưng nó cũng có thể khiến hồ dán bỏ qua bề mặt của mẫu thay vì lăn bằng chổi cao su. Nhà sản xuất tiêu bản giải quyết vấn đề này bằng cách đánh bóng có chọn lọc các thành lỗ thay vì bề mặt tiêu bản. Mặc dù mạ niken có thể cải thiện độ mịn và hiệu suất in của mẫu, nhưng nó có thể làm giảm các vết hở, điều này đòi hỏi phải điều chỉnh tác phẩm nghệ thuật.

Cắt laser mẫu

Cắt laser là một quy trình trừ đưa dữ liệu Gerber vào một máy CNC điều khiển chùm tia laser. Chùm tia laze bắt đầu bên trong ranh giới của lỗ và đi ngang qua chu vi của nó trong khi loại bỏ hoàn toàn kim loại để tạo thành lỗ, mỗi lần chỉ có một lỗ.

Một số thông số xác định độ mịn của quá trình cắt laser. Điều này bao gồm tốc độ cắt, kích thước điểm chùm, công suất laser và tiêu điểm chùm. Nói chung, ngành công nghiệp sử dụng một điểm chùm khoảng 1.25 mils, có thể cắt các khẩu độ rất chính xác theo nhiều hình dạng và yêu cầu kích thước khác nhau. Tuy nhiên, các lỗ được cắt bằng laser cũng yêu cầu xử lý sau, giống như các lỗ được khắc hóa học. Khuôn cắt laser cần đánh bóng điện phân và mạ niken để làm cho thành bên trong của lỗ nhẵn. Khi kích thước khẩu độ giảm trong quá trình tiếp theo, kích thước khẩu độ cắt laser phải được bù đắp thích hợp.

Các khía cạnh của việc sử dụng in stencil

In bằng giấy nến bao gồm ba quy trình khác nhau. Đầu tiên là quá trình lấp đầy lỗ, trong đó thuốc hàn sẽ lấp đầy các lỗ. Thứ hai là quá trình chuyển chất hàn, trong đó chất hàn tích tụ trong lỗ được chuyển đến bề mặt PCB, và thứ ba là vị trí của chất hàn lắng đọng. Ba quy trình này là điều cần thiết để có được kết quả mong muốn – lắng đọng một khối lượng chính xác hồ hàn (còn được gọi là gạch) vào đúng vị trí trên PCB.

Việc lấp đầy các lỗ khuôn mẫu bằng keo hàn cần một cái cạp kim loại để ấn keo hàn vào các lỗ. Hướng của lỗ so với dải gạt ảnh hưởng đến quá trình điền đầy. Ví dụ, một lỗ có trục dài hướng theo hành trình của lưỡi dao sẽ lấp đầy tốt hơn một lỗ có trục ngắn hướng theo hướng của hành trình lưỡi cắt. Ngoài ra, vì tốc độ của chổi cao su ảnh hưởng đến việc lấp đầy các lỗ, tốc độ chổi cao su thấp hơn có thể làm cho các lỗ có trục dài song song với hành trình của chổi cao su lấp đầy các lỗ tốt hơn.

Cạnh của dải chổi cao su cũng ảnh hưởng đến cách thuốc hàn lấp đầy các lỗ giấy nến. Cách thực hành thông thường là in trong khi áp dụng áp lực chổi cao su tối thiểu trong khi vẫn duy trì lau sạch lớp keo hàn trên bề mặt của giấy nến. Việc tăng áp lực của chổi cao su có thể làm hỏng chổi cao su và khuôn mẫu, đồng thời làm cho hồ bị nhòe dưới bề mặt của khuôn mẫu.

Mặt khác, áp suất bàn cao su thấp hơn có thể không cho phép bột hàn thoát ra qua các lỗ nhỏ, dẫn đến không đủ chất hàn trên các tấm PCB. Ngoài ra, chất hàn dính còn lại ở mặt bên của chổi cao su gần lỗ lớn có thể bị trọng lực kéo xuống, dẫn đến lắng đọng chất hàn dư thừa. Do đó, cần phải có áp suất tối thiểu để có thể lau sạch hỗn hợp dán.

Lượng áp lực được áp dụng cũng phụ thuộc vào loại chất hàn được sử dụng. Ví dụ, so với việc sử dụng hồ thiếc / chì, khi sử dụng hồ hàn không chì, chổi cao su mạ PTFE / niken yêu cầu áp suất cao hơn khoảng 25-40%.

Các vấn đề về hiệu suất của hồ hàn và giấy nến

Một số vấn đề về hiệu suất liên quan đến keo hàn và giấy nến là:

Độ dày và kích thước khẩu độ của lá bút chì xác định thể tích tiềm năng của chất hàn dính trên tấm PCB

Khả năng giải phóng keo hàn từ tường lỗ mẫu

Độ chính xác vị trí của gạch hàn được in trên tấm lót PCB

Trong chu kỳ in, khi dải cao su đi qua giấy nến, thuốc hàn sẽ lấp đầy lỗ giấy nến. Trong chu kỳ tách bảng / khuôn mẫu, thuốc hàn sẽ được giải phóng lên các tấm đệm trên bảng. Lý tưởng nhất là tất cả keo hàn lấp đầy lỗ trong quá trình in nên được giải phóng khỏi thành lỗ và chuyển đến miếng đệm trên bảng để tạo thành một viên gạch hàn hoàn chỉnh. Tuy nhiên, số tiền chuyển phụ thuộc vào tỷ lệ khung hình và tỷ lệ diện tích của lỗ mở.

Ví dụ, trong trường hợp diện tích miếng đệm lớn hơn hai phần ba diện tích của thành lỗ bên trong, miếng dán có thể đạt được độ nhả tốt hơn 80%. Điều này có nghĩa là giảm độ dày khuôn mẫu hoặc tăng kích thước lỗ có thể giải phóng tốt hơn chất hàn dán theo cùng một tỷ lệ diện tích.

Khả năng giải phóng keo hàn khỏi thành lỗ tiêu bản cũng phụ thuộc vào độ hoàn thiện của thành lỗ. Các lỗ cắt bằng laser bằng cách đánh bóng điện và / hoặc mạ điện có thể cải thiện hiệu quả của quá trình truyền bùn. Tuy nhiên, việc chuyển keo hàn từ khuôn mẫu sang PCB còn phụ thuộc vào độ bám dính của hồ hàn vào thành lỗ khuôn và độ bám của keo hàn với tấm PCB. Để có được hiệu ứng truyền tốt, cái sau phải lớn hơn, có nghĩa là khả năng in phụ thuộc vào tỷ lệ của diện tích bức tường mẫu với diện tích mở, trong khi bỏ qua những ảnh hưởng nhỏ như góc nháp của bức tường và độ nhám của nó. .

Độ chính xác về vị trí và kích thước của các viên gạch hàn được in trên tấm PCB phụ thuộc vào chất lượng của dữ liệu CAD được truyền, công nghệ và phương pháp được sử dụng để tạo mẫu và nhiệt độ của mẫu trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, độ chính xác của vị trí cũng phụ thuộc vào phương pháp căn chỉnh được sử dụng.

Mẫu có khung hoặc mẫu dán

Mẫu có khung hiện là mẫu cắt laser mạnh nhất, được thiết kế để in lụa hàng loạt trong quá trình sản xuất. Chúng được lắp đặt cố định trong khung ván khuôn, và khung lưới siết chặt lá ván khuôn trong ván khuôn. Đối với BGA vi mô và các thành phần có cao độ từ 16 mil trở xuống, nên sử dụng khuôn mẫu có khung với thành lỗ nhẵn. Khi được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ được kiểm soát, khuôn đóng khung cung cấp độ chính xác về vị trí và kích thước tốt nhất.

Đối với sản xuất ngắn hạn hoặc lắp ráp PCB nguyên mẫu, các mẫu không khung có thể cung cấp khả năng kiểm soát khối lượng dán hàn tốt nhất. Chúng được thiết kế để sử dụng với hệ thống căng ván khuôn, là khung ván khuôn có thể tái sử dụng, chẳng hạn như khung phổ thông. Vì khuôn không được dán cố định vào khung nên chúng rẻ hơn nhiều so với khuôn dạng khung và chiếm ít không gian lưu trữ hơn nhiều.