Acasă »Informații tehnice» Articole »Producția de șabloane pentru aplicarea pastei de lipit
Pasul de lipire este aplicat pe plăcuțele de contact (PC) ale PCB printr-o sculă specială - șabloane, care sunt o grilă sau o foaie subțire cu găuri. Termenul fereastră sau diafragma sunt folosite pentru a desemna o gaură a unei forme date. Ferestrele (deschiderile) ale șablonului formează un model care corespunde desenului plăcuțelor de contact. Șabloanele joacă un rol major în formarea unei imprimări de pastă de lipit cu grosimea și forma corectă pe KP cu precizia necesară. În timpul existenței tehnologiei montate pe suprafață, s-au dezvoltat mai multe tipuri de șabloane, care diferă în ceea ce privește designul, tehnologia de fabricație și domeniile de aplicare. Caracteristicile caracteristice ale diferitelor stenciluri sunt luate în considerare în acest articol.
Stencil desenează
În funcție de natura diafragmei, șabloanele sunt împărțite în două grupe principale (Figura 1):
- Șabloane cu deschideri complet deschise (șabloane);
- stencil cu deschideri parțial deschise (ecrane).
În primul caz, diafragma complet deschisă (realizată prin gravare chimică și alte metode în folie metalică sau ochiuri) și nu împiedică trecerea pastei. În deschiderile parțial deschise ale șabloanelor există o grilă, care deschide doar 50% din suprafața ferestrei pentru a trece pasta prin ea. Aceste diferențe cauzează caracteristicile de imprimare pentru șabloanele de diferite tipuri.
Fig. 1. Designul stencilului cu orificii deschise parțial și complet. Imaginea din [1].
Stencil cu deschideri complet deschise
În funcție de materialul în care sunt formate deschiderile, aceste șabloane sunt împărțite în (a se vedea figura 2):
- Mesh, în care deschiderile sunt făcute prin gravare selectivă (diferă de șabloanele de ochiuri considerate mai sus, doar deschiderile complet deschise, Fig.2a).
- Metal (pe bază de alamă, oțel inoxidabil, beriliu cupru, nichel, reprezintă o grosime folie de metal de 0,05 - 0,5 mm, cu orificii de diferite forme - rotunde, pătrate (inclusiv cele cu colțuri rotunjite), ovale, rhomboid etc., figura 2b);
- Combinate (tensiunea uniformă este asigurată prin tragerea părții metalice a șablonului pe plasă, Fig.2c).
Fig. 2. Construirea de stencil cu deschideri complet deschise: a) plasa; b) metal; c) combinate. Fotografia din [1].
Stencilii cu ochiuri cu deschideri deschise au un cost ridicat, mai puțin rigiditate comparativ cu ochiurile convenționale și sunt în prezent utilizate rar.
Șabloanele metalice, care nu sunt întinse pe cadru, sunt utilizate numai cu metoda de tipărire a contactului, deoarece nu asigură o tensiune uniformă. Când se utilizează cadre, se pot utiliza atât metode de contact, cât și metode fără contact. Acesta din urmă oferă un risc mai scăzut de lipire a PP pe șablon.
Aceste șabloane au o viață mult mai mult decât plasa, mai ușor și mai rapid pentru a se potrivi împreună cu PP, sunt mai puțin predispuse la colmatarea orificiilor, mai ușor de curățat, permite tipărirea selectivă pe mai multe niveluri, permite o gamă largă de paste de lipit de vâscozitate oferă cele mai bune indicatori de precizie și repetabilitate în imprimare. Cu toate acestea, ele sunt mai scumpe decât plasa.
Șabloanele combinate asigură o uniformitate mai bună a tensiunii, au o durată mai lungă de viață, dar sunt mult mai scumpe decât șabloanele convenționale.
Avantajele enumerate mai sus au dus la utilizarea pe scară largă a șabloanelor metalice (figura 2b). Trei metode de producție au fost predominante:
- chei chimice;
- electrolitica;
- tăiere cu laser.
Chiturile chimice și tăierea cu laser sunt procese subtractive, electroformarea este aditivă.
Chitul chimic al stencililor
Această metodă a devenit larg răspândită datorită eficienței sale economice și vitezei cu care sunt fabricate șabloanele.
Un rezistator foto este aplicat pe folia metalică pe ambele fețe, este expus printr-o mască fotografică care repetă desenul PP pe PP și apoi se efectuează o gravare simultană a două straturi a foliei. Datorită faptului că agentul de etanșare acționează asupra materialului în direcția verticală și orizontală, orificiile unui astfel de șablon arata ca o "clepsidră" (figura 3a). Dacă există un KP pentru CE cu un pas de plumb mai mic de 0,635 mm, această caracteristică devine un obstacol în calea deplasării pastei prin orificii. Acest dezavantaj poate fi eliminat prin intermediul unui tratament suplimentar de stencil - electrolisire (micro-gravare prin curent electric).
Fig. 3. Vederea pereților orificiilor de stencil realizate prin metoda de gravare chimică: a) aspectul inițial ("clepsidră"); b) ziduri netezite dupa aplicarea polistirenului; c) forma trapezoidală. Cifra de la [4]
Ca rezultat, suprafața interioară a deschiderilor este gravată în primul rând, astfel încât să obțină o formă netezită (figura 3b). Această formă a suprafeței facilitează trecerea pastei prin orificii, îndepărtarea șablonului după aplicarea pastei și, de asemenea, împiedică formarea golurilor în timpul aplicării. Cu toate acestea, în cazul în care întreaga suprafață a șablonului este supus electrochimică, pasta poate recul din matrița fără formare cu role de rulare pe suprafața de lucru a racletă astfel încât este necesar pentru a expune numai selectiv lustruire electrochimică suprafața interioară a deschiderilor.
Cea de-a doua modalitate de a asigura aplicabilitatea acestor stenciluri în prezența EC cu un pas mic de plumb este de a conferi orificiilor o formă trapezoidală (Figura 3c). Acest lucru se poate realiza în diferite moduri: efectuarea reticule pentru cele două părți ale stencil inegale, cu dimensiuni mai mici geometrice ale ferestrelor de pe acțiunea racletei laterale sau modificarea presiunii în timpul gravarea tratamentului prin pulverizarea diferitelor părți ale șablonului. Această formă de diafragmă facilitează foarte mult procesul de înlăturare a șablonului, împiedicând lubrifierea pastei aplicate. Pentru aceasta este suficient ca panta conului de deschidere sa fie de 5 °. În plus, o imprimare trapezoidală de pastă pe CP oferă o instalare fiabilă a CE și reduce probabilitatea de jumper.
Cu jumătate din adâncimea de gravare pe matrița poate fi format fiducials (umplut ulterior epoxidice compus negru), pentru a facilita alinierea precisă a șablonului și PP și diferite inscripții pe suprafață.
Cu toate acestea, șabloane formate prin corodare chimică, au o deficiențe semnificative comune: creșterea diafragme în mărime se produce din cauza corodare lor, atunci când fotolitografie este dificil să se asigure alinierea precisă a modelelor pe ambele fețe foto-mască ale semifabricatului șablon. În plus, raportul minim dintre lățimea diafragmei și grosimea șablonului este de 1,5, ceea ce limitează dimensiunea minimă a deschiderii care poate fi realizată prin această metodă.
galvanoplastie
Această metodă de fabricare a șablonului constă în depunerea galvanică a nichelului pe un substrat flexibil - folie de cupru (figura 4).
Fig. 4. Procesul de electrotype (metoda aditiv). Cifra de la [4].
Pe folia de cupru de 6,5 mm grosime de laminate fotorezist negativ, expuse și dezvoltate, astfel încât relieful manifestate repetarea viitorului model șablon (în locul deschiderilor șablon fotorezist locația rămâne în repaus îndepărtată manifestare). Apoi, nichel depus galvanic este depus pe substratul rezultat. Forma zonelor fotorezistoare determină forma trapezoidală a orificiilor în timpul construcției. După atingerea grosimii necesare a șablonului, procesul de depunere se termină și fotorezistul este îndepărtat. Separarea stratului de nichel de substratul de cupru se realizează prin îndoirea cuprului, în care nichelul începe să se desprindă. Grosimea stratului de nichel este cuprinsă între 0,025 și 0,300 mm.
Metoda oferă rezultate bune pentru EC cu un pas mic de plumb (de la 0,2 până la 0,4 mm), microBGA și componente cu chip 0201. Raportul de deschidere poate fi de până la 1: 1. Protuberanțele formate pe perimetrul deschiderilor în procesul de electroforming, contactul cu PCB și previne fitil pastă sub matrița în timpul imprimării (așa-numitul «efect Garniturarea» - efectul garniturii dintre matrița și KP). Șabloanele fabricate prin această metodă se disting prin buna netezime a pereților orificiilor, ceea ce este deosebit de important pentru pastele fără plumb.
Cu toate acestea, aceste șabloane sunt scumpe, și sunt recomandate pentru utilizare în prezența PCB miniatură CE (de exemplu, 0201), o componentă cu pas reglabil ultra-low scăzut și, BGA-componente. Deoarece fotometrul este utilizat, există o eroare potențială în aspectul șablonului și a foliei de cupru. Efectul "garniturii" poate fi redus la zero în cazul depunerii galvanice neuniforme a nichelului. Dacă curățarea PP este prea intensă, proeminențele care provoacă acest efect pot fi îndepărtate.
Tăiere cu laser a șabloanelor
Deoarece tăierea cu laser a șabloanelor este efectuată direct din datele Gerber și nu există operații fotolitografice intermediare, se obține un grad înalt de precizie și repetabilitate a formării modelului ferestrei. Un alt avantaj este capacitatea de a controla conicul pereților de deschidere prin focalizarea fasciculului laser. Unitățile moderne de tăiere cu laser practic nu formează scală pe suprafața șablonului, iar cantitatea sa nesemnificativă poate fi îndepărtată cu ușurință prin electroliză. Metoda permite formarea de deschideri ultra-mici (100 μm în trepte de 50 μm) cu o precizie geometrică ridicată (± 0,005 mm). Grosimea șablonului este de 50 până la 500 μm. Aceste caracteristici au dus la utilizarea pe scară largă a șabloanelor metalice, în special pentru operațiile care necesită aplicarea cea mai precisă a pastă.
Principalul dezavantaj al metodei laser este acela că fiecare deschidere este realizată individual, iar numărul de orificii determină în multe privințe timpul de fabricare și costul șablonului.
Stencil cu deschideri parțial deschise
Acest grup este reprezentat de ecran de mătase (Fig. 5) constând dintr-un cadru din aluminiu rigid, care asigură rigiditatea necesară și tensiunea stencil și plasa întinsă peste ea (oțel inoxidabil, nailon sau poliester). Ferestrele din foaia de plasă matrita preparate prin acoperirea plasei cu cele două părți ale stratului fotorezistent, urmat de expunerea la radiații ultraviolete printr-un model cu o foto-mască de tampoane de contact și tratament termic. Fotorezistul este îndepărtat de pe suprafața ochiurilor în locurile viitorului CP.
Plasa de poliester este mai elastică decât plasa metalică și durează mai mult. Diametrul grilei și mărimea ferestrelor din ea determină numărul grilei - numărul de celule pe metru pătrat. Centimetrul. Pentru montarea pe suprafață se utilizează cel mai frecvent grilă 80. Diametrul ochiurilor și grosimea stratului de emulsie, precum și decalajul dintre șablon și PP în timpul imprimării determină grosimea stratului de pastă aplicat.
Fig. 5. Designul șablonului de ochiuri cu deschideri parțial deschise. Fotografia din [1].
șabloane ale ochiurilor sunt utilizate pe scară largă în tehnologia hibrid gros de film, și au fost adaptate la suprafață cu tehnologia de montaj în principal din cauza costului redus. Aceste șabloane sunt mai potrivite pentru aplicarea pastei de lipit în cazul deschiderilor mari pe suprafață. Principalele dezavantaje este dificultatea de a deschiderilor de aliniere precise și CP (în special în timpul imprimării manual), deoarece parțial deschis deschidere vizibilitate PP continue împiedică, precizie relativ scăzută și repetabilitate a depunerii pastei. șabloane reticulate, de asemenea, potrivite exclusiv pentru imprimare non-impact (cu clearance-ul necesar între stencil și PP, tipic 0,5 - de 1,0 mm), deoarece numai în acest caz, este posibil să se aplice CP cantitatea suficientă de pastă și evitarea petelor se stenciled la umplerea aperturi . Se aplica pasta cu o vâscozitate scăzută și o rată mai mică a cererii sale decât pentru șabloane cu ochiuri deschise complet. În plus, este necesară o înălțime mare de separare a șablonului și PP (de obicei mm). Este necesar să se mențină paralelismul PP și șablonului în limitele de 0,05 mm.
Pentru șabloanele cu deschidere parțială a orificiilor, este necesar modul de funcționare al echipamentului "inundație" / "imprimare". Acest mod a provenit dintr-o tehnologie hibridă de film și este rareori utilizat pentru montarea pe suprafață. La prima trecere cu ajutorul unui instrument ("bar de inundație"), pasta este distribuită pe suprafața șablonului, umplând simultan deschiderile parțial deschise, al doilea (cu presiune aplicată) - presat prin ele pe suprafața PP.
Unele caracteristici ale geometriei deschiderilor
Pentru a obține imprimări de paste de înaltă calitate, raportul de aspect al șablonului (SAR1) trebuie determinat prin următoarea formulă:
SAR1 = lățimea (diametrul) deschiderii / grosimii șablonului = W / T.
În acest caz, se recomandă menținerea acestui raport cu o valoare mare de 1,5 (Figura 6). În caz contrar, este posibil ca șablonul să fie înfundat cu particule de pastă.
Fig. 6. Pentru a calcula ratele de stencil. Imaginea din [3].
Raportul dintre raportul suprafeței stencilului (SAR2), împreună cu alegerea corectă a tipului de pastă, este responsabil pentru separarea corectă a șablonului de PP. Pentru o deschidere dreptunghiulară cu o lungime L, o lățime W și o înălțime a șablonului T (Figura 6), se calculează după cum urmează:
SAR2 = suprafața diafragmei / aria peretelui aperturii = L · W / (2 · (L + W) · T)
Sunt considerate valori SAR2 acceptabile, 0,66 mari, cu toate că, potrivit studiilor, unele șabloane sunt fabricate de electroforming, asigura pasta corecta SAR2 ramură la valori la 0,50 [3].
Informații detaliate privind construcția de șabloane pot fi găsite în standardul internațional IPC-7525 (Stencil Design Guideline, Linii directoare pentru construirea șabloanelor) [5].
Montarea șablonului
Șabloanele folosite în fabricile de tipărire trebuie montate în prealabil pe cadre speciale. Această consolidare asigură planeitatea necesară și tensiunea uniformă a stencil, care, la rândul său, va asigura o distribuție uniformă a pastei de lipit la toate diafragme și lipsa de părtinire deschideri model stencil în raport cu placa CP.
Șablonul poate fi întins pe cadru pe două sau pe patru laturi. Din punct de vedere al uniformității tensiune (în special, pentru o componentă cu un mic pas de plumb), este preferabil să se utilizeze un cadru cu prindere la patru laturi, în ciuda costului lor mai mare, deoarece, în acest caz, modelul de distorsiune a deschiderilor într-un plan va fi mult mai mică decât în cazul tensiunii pe cele două petreceri.
Se folosesc următoarele metode de tensionare a șablonului:
- manual (imprimante rapide, figura 7);
- mecanice (cadre de tensiune de șablon și sisteme de tensionare a șablonului încorporate în unele modele de dispozitive de tipărire);
- cu ajutorul aerului comprimat (cadre speciale cu tensiune pneumatică a șabloanelor);
- Șabloanele lipite într-o plasă de metal (furnizate cu cadru propriu).
Fig. 7. Imprimantă cadru cu acțiune rapidă pentru tensiune pe două fețe. Foto: LPKF.
Stencils, lipite într-o plasă metalică, este în prezent folosit în principal pentru producția de volum mare, deoarece acestea sunt mult mai scumpe decât șabloane convenționale din cauza propriei sale cadru, dar au o durată de viață mai lungă decât șabloane convenționale, din metal. În plus, este nevoie de o mulțime de spațiu liber pentru a stoca cadrele.
Fig. 8. Rama pneumatică pentru tensiune pe patru laturi. Foto: LPKF.
Pentru tensionarea șabloanelor, în zilele noastre sunt folosite în special cadre cu tensiune pneumatică (figura 8). Pe cadru există rânduri de pini localizați pe două sau patru laturi, iar pe șablon există o perforare a marginilor sub acești pini. Această perforație este necesară pentru toate cadrele pentru imprimarea automată. Șablonul este purtat pe știfturi, apoi este uniform întins folosind aer comprimat, împingând știfturile în afară. Apoi, cadrul este instalat în dispozitivul de imprimare. Producătorii de cadre au produs modificările lor pentru anumite modele de echipamente.
Lista surselor utilizate
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: