Szablony SMT, co warto wiedzieć

Produkcja szablonów SMT

Grubość szablonu oraz rozmiary wycinanych laserowo apertur określają ilość pasty lutowniczej nałożonej na pady PCB. Kontrolę ilości pasty znajdującej się na powierzchni poszczególnych pól lutowniczych realizuje się z użyciem specjalistycznych maszyn pomiarowych (SPI) lub też odpowiednio wyposażonych stanowisk automatycznej inspekcji optycznej (AOI).

Szablony SMT są zwykle produkowane z arkuszy blachy ze stali nierdzewnej o grubości w zakresie od 80 do 180 μm (typu SS301), o strukturze drobnoziarnistej 2...3 μm, określanej mianem fine grain. Odpowiednio mały rozmiar ziaren stopu pozwala bowiem ograniczyć erozję laserową brzegów wycinanych apertur, sprzyjając tym samym łatwemu i jednolitemu uwalnianiu pasty lutowniczej. Jeżeli wymogi miniaturyzacji docelowej PCB narzucają szczególne ograniczenia w zakresie rastra, w praktyce stosuje się folie z elektroformowanego niklu o grubości 100...150 μm, o jeszcze drobniejszej ziarnistości, a co za tym idzie – lepszym uwalnianiu pasty. Zakres możliwości cięcia lasera pozwala na wykonywanie szablonów i detali z folii stalowych SS304 o grubości 50...1000 μm.

Park maszynowy firmy Semicon dysponuje trzema najwyższej klasy urządzeniami laserowymi firmy LPKF, w tym dwoma G6080 (wyposażonymi w moduł mikrospawania w osłonie azotu) oraz jednym G6060.

Układy pozycjonowania głowic laserowych ww. obrabiarek zapewniają dokładność do 2 μm, co potwierdzane jest okresową kalibracją urządzeń, wykonywaną przez serwis producenta. Warto dodać, że obszar roboczy wycinanych szablonów wynosi standardowo 600×800 mm, ale w razie potrzeby (np. do celów produkcji taśm LED) możliwe jest wykonanie szablonów o długości nawet do 1800 mm.

Dostępne grubości szablonów, w zależności od zastosowanego materiału, wynoszą:

• folia stalowa SS304: 50...1000 μm,
• folia fine grain SS301: 80...180 μm,
• elektroformowany nikiel: 100...150 μm.

Autorska metoda optymalizacji drogi cięcia, opracowana w firmie Semicon, zapewnia minimalizację przeciążenia termicznego materiału, zapobiegając lokalnym odkształceniom – szczególnie w obszarach szablonu o dużym zagęszczeniu układów drobnorastrowych. System kamer pozycjonujących głowicę lasera umożliwia natomiast optymalne skupienie wiązki, zmierzenie geometrii wyciętych otworów oraz uzupełnienie wykonanego wcześniej szablonu.

Standardowy czas realizacji zamówienia to 2 dni

Semicon podejmuje się także produkcji i dostawy szablonów w trybie ekspresowym – nawet w dniu dostarczenia plików. Preferowane pliki to gerbery w formatach RS274X i RS274D. W razie potrzeby istnieje możliwość odpowiedniej modyfikacji dostarczonej przez klienta dokumentacji produkcyjnej.

Należy pamiętać, że finalna jakość połączeń lutowanych zależy nie tylko od wyciętych w szablonie otworów, ale także od ilości nałożonej za ich pomocą pasty lutowniczej. W przypadku płytek drukowanych, na których montowane są komponenty o dużym zróżnicowaniu rozmiaru apertur, zalecane jest stosowanie szablonów stopniowanych (tj. o zróżnicowanej grubości folii stalowej), które Semicon wytwarza za pomocą dwóch metod.

1. Szablony mikrospawane

Mikrospawanie polega na precyzyjnym wycięciu otworów w bazowym szablonie i następnie wspawaniu wyciętych uprzednio formatek z blachy (wykonanej z tego samego materiału) o odpowiedniej grubości. Maksymalna różnica grubości w tej metodzie to 80 μm, a minimalna odległość pozycjonowania elementów SMD od uskoku grubości wynosi 200 μm.

2. Szablony frezowane

Frezowanie wyciętych laserowo szablonów pozwala uzyskać dokładność grubości szablonu do 5 μm, a różnicę poziomów do nawet 400 μm. Tak wykonane szablony stopniowane stanowią technologiczną nowość i pozwalają na niezawodny montaż – na jednej płytce – zarówno najmniejszych komponentów dyskretnych czy układów scalonych o drobnym rastrze, jak i elementów o dużych rozmiarach (np. dławików dużej mocy). Firma Semicon dysponuje wieloletnim doświadczeniem w zakresie projektowania i modyfikacji tego typu szablonów.

Szablony SMT z nanopowłokami

Dalsza optymalizacja procesu uwalniania pasty z apertur jest możliwa przy zastosowaniu nanopowłok nakładanych na powierzchnię szablonu. Dostępne są przy tym dwie techniki:

1. Nanoszenie warstwy nanomateriału za pomocą nasączonej aktywną powłoką ściereczki.
2. Permanentne nanoszenie powłok metodami CVD.

Sama powłoka to w istocie cienka warstwa fluoro-polimeru o grubości 1...4 μm, pozwalająca na obniżenie tzw. współczynnika Area Ratio do 0,5, co skutkuje lepszym transferem pasty na pad lutowniczy, w porównaniu ze zwykłymi szablonami pozbawionymi powłoki. Nanomateriał umożliwia także poprawę parametrów drukowania, szczególnie w przypadku płyt o gęstym upakowaniu drobnych komponentów.

Stabilność naciągu szablonu gwarancją jakości procesu montażowego

Wielkość oraz stabilność naciągu szablonu także wpływa na jakość procesu lutowania SMT. Firma Semicon oferuje trzy metody w tym zakresie.

1. Pneumatyczne, zasilane ramy samonapinające w standardach Zelfelx oraz Quatroflex – wymagają okresowej kontroli siły naciągu, przez co są stosowane zwykle do małych i średnich serii produkcyjnych.
2. Szablony na ramach aluminiowych z naciągiem siatkowym sprawdzają się w przypadku dużych i wielkich partii PCB, pozwalają bowiem na wykonanie nawet do 200 tysięcy cykli zadruku pasty przy zachowaniu powtarzalnych parametrów nanoszenia lutowia na pady. Ograniczeniem jest w tym przypadku grubość używanych ram aluminiowych (zwykle 38 mm), co wymaga znacznych powierzchni odstawczych.
3. Ramy w standardzie Vector Guard – Semicon jest oficjalnym franczyzobiorcą licencji Vector Guard i oficjalnym partnerem licencjodawcy firmy ASM (dawny DEK). Ramy Vector Guard zapewniają stabilność naciągu poprzez zastosowanie mechanicznego systemu i sprawdzają się także w przypadku niewielkich aplikacji z małymi rastrami elementów (opcja high tension). Znormalizowana grubość szablonu Vector Guard to 8 mm, co pozwala ograniczyć zapotrzebowanie na powierzchnię odstawczą dla szablonów SMT. Warto dodać, że popularność tego typu ram sięga już teraz do 75% aplikacji na zachodzie Europy i stale rośnie.

Sita do układów w obudowach BGA

Firma Semicon projektuje i wytwarza szablony (sita) do napraw układów BGA. Umożliwiają one reballing, czyli rekonstrukcję kulek za pomocą pasty. W ofercie firmy znajdują się ponadto usługi modyfikacji szablonów z „pasty na klej” oraz grawerowania i wykonywania znaczników.

W przypadku braku oryginalnej dokumentacji technicznej możliwe jest również przeprowadzenie procesu inżynierii odwrotnej mikroszablonu do nakładania kulek BGA lub pasty – na podstawie fizycznego egzemplarza układu scalonego, dostarczonego przez klienta.

Firma Semicon dysponuje zasobem i stałym dostępem do folii z różnych stopów stali, takich jak: inconel, kovar, nikiel, tantal czy molibden, świadcząc zarazem usługi wycinania detali mechanicznych. W ofercie znajdują się również szafy do przechowywania szablonów, rolki czyszczące, płyny myjące oraz opakowania ESD.