Tecniche di stampa stencil per applicazioni di assemblaggio eterogenee impegnative

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Sul mercato è apparsa una nuova generazione di condensatori chip SMT di dimensioni quasi microscopiche, noti come 0201 (etichetta delle dimensioni metriche) o 008004 (etichetta delle dimensioni imperiali). I risultati dell'assemblaggio che utilizzano questi componenti sono finora in gran parte nascosti dalla pubblicazione e altamente proprietari. Si prevede che tutti gli aspetti del processo di assemblaggio saranno messi alla prova per soddisfare l’estremo livello di miniaturizzazione incorporato in questo dispositivo. L'obiettivo di questa ricerca è indagare e caratterizzare il processo di stampa stencil per la compatibilità con il gruppo condensatore M0201 (metrico 0201). Gli effetti della qualità del circuito stampato, dello spessore dello stencil e del nanorivestimento dello stencil sono le principali variabili dell'esperimento riportate rispetto all'efficienza di trasferimento del volume della pasta saldante e alla distribuzione della stampa del volume grezzo.

Figura 1:Dimensioni e tolleranze del condensatore M0201.

M0201

La designazione M0201 implica una lunghezza della cassa di 0,2 mm e una larghezza di 0,1 mm, quando in realtà queste sono prodotte con dimensioni nominali di 0,25 mm x 0,125 mm (Figura 1).

In un confronto dell'area di ingombro, l'M0201 copre solo il 39% di un componente del chip M0402 (imperiale 01005). I condensatori M0201 sono stati disponibili per la prima volta in commercio per i test di assemblaggio di prototipi in volume nel 2014. Non è ancora nota la disponibilità dei resistori passivi M0201.

Le opzioni di progettazione del terreno PCB per M0201 sono mostrate nella Figura 2 come prescritto dal produttore del componente. La dimensione più piccola del pad è 125μm x 70μm, che corrisponde approssimativamente all'ingombro del terminale in metallo. La dimensione del pad più grande quasi raddoppia l'area della dimensione del pad più piccola a 145μm x 120μm.

Il design del pad da noi preferito è mostrato nella Figura 3, che si trova al limite superiore dell'intervallo di dimensioni del pad suggerito. La motivazione per l'utilizzo di dimensioni del cuscinetto così grandi include:

Figura 2:Raccomandazioni sulle dimensioni del pad del fornitore M0201.

Si prevede che il Cu eccessivamente inciso sia problematico su questa scala dimensionale. L'utilizzo del design più grande del pad in Cu dovrebbe almeno contribuire a migliorare la producibilità del PCB.

In genere, la dimensione dell'apertura dello stencil imita le dimensioni del pad. L'area del pad più grande consente di facilitare i rapporti dell'area di apertura e consente un controllo del volume di stampa potenzialmente migliorato.

Volume di saldatura prerequisito

La determinazione di una capacità di apertura dello stampino adeguata richiede la conoscenza preliminare della forma appropriata del giunto di saldatura a rifusione. Lo standard IPC-A-601E è stato consultato come riferimento appropriato per determinarlo. La Figura 4 illustra il modello utilizzato per stabilire la struttura di un giunto di saldatura M0201 accettabile di volume minimo. Per le dimensioni non esplicitamente previste dalla norma 601E ha prevalso il giudizio dell'autore. La determinazione di questo volume di saldatura più piccolo è utile per stabilire un progetto di stencil e per valutare le prestazioni di stampa rispetto ai dati di ispezione della pasta saldante (SPI).

Figura 3:Design del tampone M0201 selezionato per lo studio del drint

La geometria delle terminazioni saldate con volume di saldatura minimo è stata semplificata come triangoli ai lati (V1, V2) e all'estremità del contatto terminale (V3) mentre il maggior contributo di volume al giunto di saldatura è l'area rettangolare sottostante (V4) . La dimensione G dello spessore della saldatura contribuisce sostanzialmente al volume complessivo del giunto di saldatura. Poiché l'obiettivo in questo caso è determinare un volume minimo di saldatura, la nostra interpretazione dello standard 601E non richiede che la piazzola sia completamente bagnata per formare una forma accettabile del giunto di saldatura. Un rapporto accettabile tra pasta saldante e metallo in volume è 2:1. Da ciò si evince che la terminazione di ciascun componente del chip dovrebbe richiedere almeno 0,48 nanolitri (1nl = 1.000.000μm3) di volume di pasta saldante stampata per formare un giunto di saldatura ricolato accettabile. Notare che questa quantità si adatta alle dimensioni del pad selezionato (ovvero, pad più piccoli non richiederanno tanta pasta saldante per conformarsi).

Figura 4:Modello di terminazione con volume minimo di saldatura.