L'effetto della forma dell'area e del rapporto dell'area sulle prestazioni di stampa della pasta saldante

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La continua tendenza alla miniaturizzazione nella produzione SMT introduce nuove sfide e sistemi altamente integrati. Nei componenti passivi la miniaturizzazione porta all'introduzione della taglia EIA 01005 o inferiore. I tipici componenti 01005 sono resistori a chip e condensatori a chip con dimensioni di 0,4 mm x 0,2 mm. Nonostante numerose pubblicazioni in questo campo affrontino già la stampa di tali dispositivi, un processo definito completamente ottimizzato rimane irrisolto e ispira ulteriori nuove idee di ricerca su questo argomento.

Questo documento si concentra sul processo di stampa con stencil, poiché si presuppone che il maggior numero di guasti sia dovuto a questa fase del processo. Inoltre, il documento amplia il lavoro preliminare con considerazioni fondamentali. Pertanto nell'indagine faranno parte valori diversi per il rapporto di superficie, che sono volutamente impostati su limiti molto bassi.

Verrà discussa l'influenza della forma e dell'orientamento dell'apertura sulle prestazioni di stampa della saldatura. Si basa su diverse forme di rettangoli. A partire da un quadrato le dimensioni vengono modificate in modo incrementale, in modo che il quadrato si converta ulteriormente in un rettangolo. Inoltre, ogni rettangolo viene ulteriormente ruotato di 90° per poter valutare l'influenza della direzione delle aperture verso la racla.

Figura 1:Layout di deposito PCB e pasta saldante.

Oltre agli attributi di apertura dello stencil precedentemente descritti, questa ricerca esplora anche diversi spessori dello stencil, paste saldanti e una variazione della velocità della racla. La valutazione di tutti i dati sarà basata sui due criteri di efficienza di trasferimento e deviazione standard. Per entrambi gli esperimenti vengono utilizzati gli stessi layout di stencil e la stessa pasta saldante. L'articolo si conclude con una prospettiva e suggerimenti sulla modifica dell'attuale calcolo mediante limitazioni delle dimensioni dell'apertura.

Setup sperimentale

L'impostazione sperimentale comprende tre variabili principali, vale a dire il layout del PCB, la pasta saldante e gli stampini utilizzati. Viene ulteriormente spiegata una descrizione del processo dell'esperimento.

Disposizione del circuito stampato

Per gli esperimenti di stampa con stencil viene utilizzata come materiale di supporto una piastra di alluminio anodizzato nero con dimensioni di 160 x 160 x 1,5 mm. Questo materiale è altamente rigido e planare e rappresenta una superficie di stampa quasi perfetta per ridurre al minimo la sua influenza sul risultato del processo di stampa. Inoltre, il materiale in alluminio nero consente contrasti più elevati all'SPI, portando a misurazioni più precise. La Figura 1 mostra il disegno generale dei depositi di pasta saldante stampata sul PCB.

Pasta per saldature

Il test di stampa con stencil mirava anche a confrontare quattro diverse formulazioni di pasta saldante SAC305 no-clean che variavano in base al tipo e al produttore. Sono state utilizzate paste saldanti di tipo 4 e tipo 5. Secondo l'IPC J-STD-005 almeno l'80% della polvere di lega in una pasta di tipo 4 misura 20-38 μm mentre una pasta di tipo 5 contiene lo stesso rapporto di lega in particelle di diametro di 15-25 μm. A causa delle piccole dimensioni delle aperture testate, si presuppone una ragionevole possibilità che si verifichi una differenza nelle prestazioni di stampa attribuita alla dimensione delle particelle (cioè al tipo). In questo studio sono state incluse anche due fonti di fornitori di pasta, denominate A e B, fornite sia nei prodotti di tipo 4 che di tipo 5. Poiché la distribuzione delle particelle di pasta saldante è comparabile, A e B differiscono principalmente nella composizione dei rispettivi sistemi di flusso, il che influisce sulla reologia e sulla capacità di stampa.

Stencil

In totale sono stati utilizzati tre stencil per gli esperimenti. In primo luogo, gli stampini differiscono per il loro spessore e, in secondo luogo, per la dimensione delle loro aperture (confrontare la Tabella 1 con la Tabella 3). La struttura generale è identica. Il layout (Figura 1) può essere suddiviso in righe e colonne. Ogni riga rappresenta un rapporto di area, iniziando nella riga A con AR di 0,45 e terminando con AR di 0,65 nella riga E. Ciascuna colonna in queste tabelle rappresenta diverse forme di apertura. La colonna 1 ha sempre la forma di un cerchio, la colonna 7 è un quadrato e la colonna 13 ha la forma di un diamante. La colonna 14 contiene tipi speciali di strutture che non verranno discusse in questo documento. Le colonne 2-6 e 8-12 sono accoppiate con le stesse dimensioni e differiscono solo per l'orientamento verso la spatola. Le colonne 2-6 sono rivolte verso la spatola con il lato piccolo (cioè orientamento nord-sud), mentre le colonne 8-12 sono rivolte verso la spatola con il lato lungo del rettangolo (orientamento est-ovest).