Tecnologie Step Stencil e loro effetto sul processo di stampa SMT

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Componenti come quad flat no lead (QFN), land grid array (LGA), micro ball grid array (micro BGA), 0201 e persino 01005 continuano a spingere i produttori a utilizzare fogli di stencil più sottili per applicare il volume corretto di pasta sulle loro schede. , ma i componenti più grandi come i connettori sul bordo richiedono comunque volumi di pasta maggiori. Gli stencil a gradini sono stati utilizzati per ottenere questo risultato per molti anni. Storicamente, il metodo principale per produrre questi stampini a gradini è stato l'utilizzo di un processo di incisione fotochimica. Recentemente sono emersi nuovi metodi di produzione di stampini a gradini, tra cui sia la saldatura laser che la microlavorazione.

L'incisione fotochimica è un processo consolidato ed esiste da decenni. È un processo sottrattivo ed è molto simile al processo utilizzato per incidere i PWB. La lamina dello stencil in acciaio inossidabile è rivestita con un fotoresist, stampato utilizzando un processo fotografico e sviluppato lasciando il resist per proteggere eventuali aree che non verranno ridotte di spessore o incise. La lamina viene inserita in una macchina per l'incisione dove viene spruzzato un mordenzante chimico sullo stencil che dissolve la lamina di acciaio inossidabile fino a ottenere lo spessore corretto.

Figura 1: processo di incisione chimica per creare uno stencil a gradini.

Una volta ottenuto lo spessore desiderato dello stencil, il fotoresist viene rimosso. La profondità delle aree incise o a gradini utilizzando questo processo dipende dal tempo in cui lo stencil è esposto ai prodotti chimici dell'incisione. Il processo di attacco chimico è mostrato di seguito (Figura 1).

Il processo di saldatura laser prende fogli di stencil di diversi spessori e li salda insieme. Non è prevista alcuna incisione chimica, ma solo taglio e saldatura laser. Le aperture dei gradini vengono ritagliate dal primo stencil. Da un secondo foglio di stencil dello spessore desiderato vengono ritagliate le corrispondenti aree dei gradini. I pezzi del gradino vengono posizionati nelle aperture del primo stencil. Quindi i pezzi vengono saldati al laser in posizione. Lo spessore dell'area del gradino è determinato dallo spessore dell'acciaio utilizzato. Il processo di saldatura laser è mostrato di seguito (Figura 2).

Figura 2: Il processo di saldatura laser per creare uno stencil a gradini.

Il processo di microlavorazione è un processo sottrattivo simile al processo di incisione, ma non vengono utilizzati prodotti chimici. Il processo di microlavorazione utilizza una fresatrice a controllo numerico computerizzato (CNC) molto specializzata per rimuovere quantità molto piccole di materiale alla volta. Il processo di microlavorazione è mostrato di seguito (Figura 3).

Questi tre processi per la creazione di stencil a gradini danno come risultato texture diverse all'interno dell'area a gradini. Le texture degli stencil dei gradini sono mostrate di seguito (Figura 4).

Figura 3: Il processo di microlavorazione per creare uno stencil a gradini.

Metodologia sperimentale

È stato creato un design con stencil a gradino con tasche ribassate di vario spessore. Lo spessore della matrice di base era di 4,0 mil (101,6 micron) e le tasche ribassate erano di 3,5 mil (88,9 micron), 3,0 mil (76,2 micron), 2,5 mil (63,5 micron) e 2,0 mil (50,8 micron). Ciascuna area del gradino era di 25,4 mm (1 pollice quadrato) e il disegno del gradino è mostrato di seguito (Figura 5).

Gli spessori di ciascuna tasca a gradino sono stati misurati utilizzando un dispositivo a braccio FARO. Le misurazioni per ciascuna tecnologia di passaggio sono state confrontate e contrapposte.

È stato creato un modello di apertura per i seguenti componenti: 03015 metrico, 01005, BGA da 0,3 mm, BGA da 0,4 mm e QFN con passo da 0,5 mm. Le aperture per ciascun componente sono state tagliate a distanze variabili dai bordi del gradino; 10, 20, 30, 40 e 50 mil. L'intenzione era quella di determinare quanto vicino potesse essere stampata la pasta saldante al bordo del gradino per ciascuna tecnologia di stencil a gradino.

Figura 4: trame delle aree di passaggio per le tecnologie a tre fasi.

Figura 5: Design della tasca ribassata.

Sono state inoltre ritagliate delle aperture al centro di ciascuna area del gradino per il confronto.

Ogni stencil è stato realizzato con due serie di gradini e aperture. Una serie di gradini e aperture è stata rivestita con un rivestimento nanofluoropolimerico (FPN).