česky english Vítejte, dnes je středa 28. září 2022

Tiskové šablony pod kontrolou

DPS 3/2016 | Výroba - články
Autor: William E. Coleman, Ph.D., Photo Stencil

Je obecně známo, že více než 70 % problémů při osazování SMT součástek jde na vrub procesu tisku pájecí pasty. Při tisku pasty se uplatňuje mnoho faktorů, které ovlivňují jeho kvalitu. Jedná se o samotnou tiskárnu, stěrku, pájecí pastu, nastavení tisku i vlastní šablonu (planžetu). Všechny tyto zmíněné faktory ovlivňují výslednou kvalitu tisku pasty. V tomto článku se zaměříme na analýzu šablony.

Šablona je jednoduchý nástroj – typicky to je tenká kovová nebo plastová fólie s otvory, kterými se protlačí pájecí pasta nebo lepidlo na podložku, např. desku plošných spojů. Šablona je pevně napnuta do rámu, který má zabudovaný napínací mechanizmus.

Otvory, tzv. apertury, jsou do šablony vytvořeny jednou ze tří metod: leptáním, vyřezáním laserem nebo pokovením (electroforming). První dva procesy vytvoří otvory odstraněním materiálu šablony buď chemicky leptáním, nebo vyříznutím laserovým paprskem. Třetí proces, pokovením, naopak přidává materiál v podobě niklu kolem malých sloupků z fotorezistu, které reprezentují otvory. Ty vzniknou tak, že je na nerezový plech nanesen fotorezist do potřebné výšky a osvícen přes daný motiv otvorů. Po vyvolání zůstanou pouze sloupky fotorezistu. Prostor mezi nimi je potom následným galvanickým pokovením vyplněn kovovým materiálem šablony, která se potom od podložky s fotorezistem oddělí sloupnutím.

Tiskové šablony pod kontrolou

Dobrou referencí pro konstrukci šablony je dokument IPC 7525A „Stencil Design Guidelines“.

Na které věci dát u šablony pozor?

Velikost apertury

Množství pájecí pasty, která se otvorem protlačí na desku plošných spojů, je primárně odvozeno od velikosti otvoru a tloušťky šablony. U šablony vyrobené laserem nebo pokovením se velikost otvoru udržuje v rozmezí ±0,008 mm od nominální hodnoty. U šablony řezané laserem se tloušťka šablony udržuje v toleranci ± 0,005 mm a u šablon pokovených to je ± 10 %. Kromě velikosti otvorů a tloušťky šablony je množství protlačené pasty ovlivněno ještě pěti dalšími faktory:

  • poměrem obvodu otvoru k jeho tloušťce (area ratio)
  • geometrií stěn otvoru
  • hladkostí stěn otvoru
  • rychlostí oddělení šablony od DPS
  • velikostí částeček pájecí pasty

Obecně akceptovanou hodnotou „area ratio“, která ovlivňuje uvolnění pasty z otvoru, je > 0,66. Nicméně pro velmi hladký povrch otvorů, které vznikly buď pokovením, nebo laserem s následným leštěním a pokovením niklem, je i poměr 0,5 ještě přijatelný. Výraz „area ratio“ je odvozen jako poměr plochy otvoru k ploše jeho stěn.

Pomalejší oddělení šablony od desky plošných spojů obvykle napomáhá lepšímu přenosu pájecí pasty na desku, protože dává pastě více příležitosti k odpoutání se od stěn otvoru.

Pro velikost částeček pájecí pasty platí, že průměrná velikost částeček by měla být < 1/5 nejmenší velikosti apertury na šabloně.

Navedení otvoru na pájecí plošku

Když je pájecí pasta tisknuta na desku, je její poloha vůči pájecí plošce kritická. Nesprávná registrace otvoru vůči pájecí plošce může způsobit zkraty a problémy při pájení SMT součástek nebo také špatný pájený spoj u součástek s vývody nebo BGA. Standard IPC 7525 připouští maximální nepřesnost mezi polohou otvoru v šabloně vůči pájecí plošce 0,00254 mm na 25,4 mm vzoru apertury na šabloně. Registrace otvoru v šabloně a pájecí plošky je velmi důležitá pro bezolovnaté pájky, protože jejich smáčivost je menší než u pájecích past s cínem a olovem.

Návrh víceúrovňové šablony

Jsou situace, kdy je potřeba, aby šablona měla více tlouštěk materiálu, což vede k víceúrovňové šabloně. Stává se to tehdy, když šablona má být například použita na desku plošných spojů, kde jsou součástky s pouzdry typu CBGA a QFP s jemnou roztečí a/nebo mikroBGA. Jiným důvodem může být například kombinace vývodových součástek na desce s SMT součástkami. V takovém případě je potřeba zvážit konstrukci šablony. Když je K1 vzdálenost mezi hranou otvoru v tenčí části šablony a hranou, kde se mění tloušťka šablony na silnější, potom se podle standardu IPC 7525 doporučuje, aby K1 bylo minimálně 0,9 mm na každých 0,025 mm rozdílu tlouštěk. Když je K2 vzdálenost mezi hranou změn tlouštěk šablony a hranou otvoru v silnější části šablony, potom doporučená hodnota pro K2 je minimálně 0,65 mm.

Konstrukce otvoru pro QFN

Většina QFN pouzder s jemnou roztečí má délku pájecí plošky, která není o moc větší, než je šířka pájecí plošky. Je potřeba dát pozor na tloušťku šablony, protože malé velikosti otvorů mohou mít nepřijatelnou hodnotu „area ratio“, pokud je šablona příliš silná. Tisk plochy 1:1 má za následek, že součástka během reflow pájení plave. K odstranění tohoto problému se doporučuje zredukování velikosti otvoru o 50 % v porovnání s plochou pájecí plošky.

Závěr

Konstrukce šablony je důležitá pro úspěšný tisk pájecí pasty pro SMT součástky. Správná konstrukce otvorů a tloušťka šablony zajistí přijatelné „area ratio“. Správný výběr výroby šablony umožní mít otvory s hladkými stěnami pro dobré uvolnění pasty z otvoru. Problémy spojené s používáním určitých typů pouzder na desce lze odstranit specifickou konstrukcí otvoru v šabloně.

Více informací najdete na webových stránkách: www.photostencil.com

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik