Kako podesiti udaljenost odlomljivanja za različite šablone?

Ako pokrenete operaciju ispisivanja paste za lemljenje, već znate da čak i mala prilagođavanja vašeg procesa mogu povećati ili slomiti prinos—posebno kada je u pitanju udaljenost odvajanja. Za one koji još nisu u korovu, razmak između matrice i štampane ploče (PCB) u trenutku kada strgalica za pastu za lemljenje završi svoj prolaz. Previše je zategnuta i šablon se vuče po ploči, razmazujući pastu na jastučićima, izazivajući kratke hlače ili čak podižući komponente finog tona. Previše je labav i pasta se ne prenosi pravilno, što dovodi do suhih spojeva ili otvorenih strujnih krugova koji gube vrijeme i materijal. Tokom mojih 12 godina kao tehničkog vodstva u dobavljaču štampača sa pastom za lemljenje, video sam timove kako ukidaju čitave serije proizvodnje jer su koristili postavku koja odgovara svima. Dobra vest je: podešavanje ove udaljenosti za različite šablone nije tako komplikovano kao što zvuči – kada shvatite kako dizajn šablona, ​​materijal i vaš specifični štampač menjaju jednačinu.

Prvo, da razjasnimo sa čime radimo. Spominjem ovo jer stalno razgovaram s novim kupcima koji miješaju tipove šablona, ​​a ta zbrka je razlog broj 1 zbog kojeg krivo snime. Šablone dolaze u tri osnovna oblika za SMT: elektroformirani nikl (visoke preciznosti, tanki zidovi, uobičajeni za IC-ove finog koraka), laserski rezani nehrđajući čelik (izdržljiv, svestran, radi za većinu standardnih ploča) i ugravirani šabloni (jeftiniji, ali manje precizni, uglavnom za prototipove male zapremine). Svaki od njih ima različite debljine, geometriju otvora i krutost – sve to direktno utiče na to koliko vam je potrebno rastojanje za otkidanje. Ubacite promjenjive karakteristike šablona kao što su stepenice, ivice ili dizajn šine, i odjednom je vaša postavka za skidanje sve samo ne univerzalna.

Počnimo s najčešćim scenarijem: standardne laserski rezane šablone od nehrđajućeg čelika, radni konj za većinu SMT serija srednjeg obima. Ove šablone su obično debljine od 0,1 mm do 0,2 mm, sa pravougaonim ili kvadratnim otvorima za otpornike, kondenzatore i druge standardne komponente bez elektroda. Za njih, najbolja tačka za odvajanje je obično 0,2 mm do 0,3 mm, ali to je samo osnovna linija. Zašto? Zato što su laserski rezane šablone krute, pa se same po sebi ne savijaju mnogo. Kada se brisač povuče, matrici je potrebno samo toliko razmaka da se pasta za lemljenje može prenijeti čisto bez povlačenja. Sjećam se jednog kupca prije nekoliko godina koji je štampao 10.000 ploča sedmično sa laserskim šablonima od 0,15 mm i mjesecima se zaglavio sa odvajanjem od 0,2 mm—sve dok nisu prešli na IC-ove finog nagiba. Jednom kada su dodali QFI od 0,4 mm u svoju liniju, njihova postavka od 0,2 mm izazvala je da se šablon vuče po sićušnim IC jastučićima, ostavljajući 15% spojeva otvorenim. Mi smo podesili njihovo odvajanje na 0,25 mm, a stopa otvorenih spojeva je pala na ispod 1%. Ključ je ovdje: standardne šablone imaju dosljednu krutost, tako da su mala podešavanja (u koracima od 0,05 mm) sve što vam je potrebno za većinu aplikacija.

Sljedeće: elektroformirane šablone od nikla, zlatni standard za aplikacije visoke preciznosti kao što su IC pakovanje ili komponente finog nagiba. Ove šablone su mnogo tanje—obično 0,05 mm do 0,1 mm—sa ultra preciznim otvorima urezanim na bočnim zidovima koji se tačno podudaraju sa dizajnom IC jastučića. Evo kvake: elektroformirane šablone su daleko manje krute od čelika rezanog laserom, tako da prevelika udaljenost odvajanja uzrokuje „otklon šablone“. To znači da kada podignete šablonu od ploče, ona se savija na ivicama, povlačeći pastu za lemljenje sa sićušnih otvora jastučića umjesto da je ostane netaknuta. Za elektroformirane šablone, razmak odvajanja mora biti manji—obično 0,1 mm do 0,2 mm. Uvijek preporučujem da ovo prvo testirate na lažnoj ploči ako prelazite na elektroformiranu. U prošlom tromjesečju, kupac koji pravi automobilske radarske module (koji koriste IC-ove nagiba od 0,2 mm) poslao mi je poruku u kojoj kaže da su njihovi spojevi nedosljedni. Postavili su svoj snep-off na 0,3 mm jer je to funkcioniralo za njihove laserske šablone, a tanka elektroformirana matrica se toliko savijala da 20% IC jastučića uopće nije imalo pastu. Proveli smo ih kroz brzi test: postavite odvojak na 0,1 mm, odštampajte 10 testnih ploča, provjerite prijenos paste, a zatim ga pomaknite za 0,02 mm ako je potrebno. Dobili su savršene rezultate na 0,15 mm, a njihov prinos je porastao sa 75% na 99% za jedno popodne. To je razlika između razumijevanja materijala šablona i pogađanja.

Zatim postoje specijalne šablone - šablone za korake, zakošene šablone i one sa prilagođenim karakteristikama za komponente velike snage. Šablone za stepenice, na primjer, imaju područja koja su deblja ili tanja za nanošenje više paste na velike jastučiće za napajanje, a manje na male signalne jastučiće. Ovo je sada super uobičajeno jer proizvodi poput pametnih telefona i električnih vozila gube više snage u manje prostore. Za šablone za stepenice, udaljenost odvajanja ovisi o visini stepenice. Ako imate osnovnu šablonu od 0,1 mm sa korakom od 0,1 mm na power jastučićima, trebat će vam veći odvojak (0,3 mm do 0,4 mm) jer područje koraka leži više od ploče. Ako je vaš snep-off premali, donja šablona baze će se povući po ploči dok korak ostaje iznad, razmazujući pastu na signalnim podlogama. Imao sam klijenta koji je radio na sistemima za upravljanje baterijama EV prije godinu dana koji je koristio step šablone za svoje BMS PCB. Prvobitno su postavili svoj odvojak na 0,2 mm, a njihovi spojevi power padova su bili kratko spojeni jer je donja baza šablona dodirivala ploču tokom podizanja. Jednom kada smo podesili odvajanje na 0,35 mm, otpor je nestao, a kratka stopa je pala na skoro nulu. Zakošene šablone su još jedna zver – njihovi konusni otvori zahtevaju nešto manji otcep (0,15 mm do 0,25 mm) jer kosina pomaže pri oslobađanju paste, tako da preveliki razmak znači da se pasta povlači pre nego što se potpuno odloži.

Ovo nije samo specifično za šablone – vaš štampač je takođe važan. Vidim da mnogi ljudi ovo zanemaruju, pod pretpostavkom da svi štampači mogu da rade sa istim postavkama snap-off-a, ali to nije tačno. Ako koristite aRučni sito štampačza male serije prototipa, vaš raspon otkidanja je ograničen time koliko možete podesiti mehaničke zavrtnje, obično 0,1 mm do 0,5 mm. Za proizvodnju velikih količina, automatiziranaSMT mašina za proizvodnju elektronskih komponentiima motorizirana podešavanja za otkidanje koja mogu podesiti postavke do 0,01 mm, što je kritično za rad s finim nagibom. Čak i među automatizovanim štampačima, modeli visoke preciznosti poputVišeslojna PCB mašina Visoko precizna SMT mašinaimaju linearne motore koji kontroliraju paralelizam skidanja po cijeloj šabloni—tako da se jedna strana šablone ne podiže brže od druge, što uzrokuje neravnomjeran prijenos paste. Za složene poslove kao nprIC proizvodna industrijska inteligentna proizvodna linijalinije, gdje se šablone mijenjaju svakodnevno na osnovu grupa komponenti, programabilne postavke za odvajanje koje se automatski prilagođavaju po tipu šablona mijenjaju igru.

Hajde da budemo praktični – kako to testirati i prilagoditi, umjesto da se samo skidate s brojevima? Moj tim i ja podučavamo brzi test u 5 koraka za svaki novi šablon ili posao i koristili smo ga da skratimo vrijeme postavljanja za 30% za naše klijente. Prvo, pripremite testnu ploču sa nizom komponenti: IC-om finog nagiba, standardnim otpornikom i velikom pločom za napajanje. Drugo, postavite početni snimak na osnovnu liniju za vašu šablonu (0,2 mm za laser, 0,15 mm za elektroformiranu). Treće, izvršite punu prolazak brisačem, a zatim pogledajte šablon na ploči prije nego što je podignete. Ako vidite da se pasta za lemljenje razmazuje izvan otvora na šabloni, vaš je odvojak previše čvrst. Ako vidite male praznine ili nedostaje pasta u otvorima kada podignete, vaš je uskok previše labav. Četvrto, prilagođavajte za 0,05 mm odjednom, ponovo štampajući testnu ploču svaki put dok ne dobijete čist, kompletan prenos paste na sve tipove jastučića. Peto, izvršite naknadnu provjeru: izbrojite broj otvorenih spojeva i kratkih spojeva na 50 uzastopnih dasaka. Ako je ispod vašeg cilja (preporučujemo ispod 0,5% za većinu poslova), dobri ste. Ako ne, podesite korake od 0,02 mm, jer male promjene prave velike razlike za rad s finim nagibom.

Treba napomenuti i uobičajene greške koje prave čak i iskusni timovi. Jedna velika ne uzima u obzir trošenje šablona. Šablone se izgrebu, udube ili se otvori istroše nakon 10.000+ otisaka. Malo istrošena šablona će prenijeti pastu drugačije od potpuno nove, tako da ćete možda morati povećati otkidanje za 0,05 mm kako šablona stari. Druga greška je ignorisanje iskrivljenosti PCB-a. PCB-ovi visoke gustine, posebno za EV-ove ili svemirske letjelice, mogu se lagano iskriviti kada se zagriju tokom ponovnog toka, tako da ako je vaš PCB iskrivljen, trebat će vam veći odvojak kako biste izbjegli povlačenje matrice po podignutim rubovima. Jedan kupac u sektoru vazduhoplovstva rekao mi je prošle godine da su njihovi iskrivljeni PCB-i uzrokovali 2% otvorenih spojeva sve dok nismo dodali 0,1 mm njihovoj postavci za odvajanje – problem rešen za nekoliko minuta. Također, nemojte zaboraviti provjeriti paralelnost skidanja, a ne samo ukupnu udaljenost. Ako se šablona nagne prilikom podizanja, jedna strana će imati previše razmaka, a druga premalo, što će dovesti do neravnih otisaka. Većina modernih štampača ima senzor nivoa za automatsko podešavanje, ali ručni štampači moraju svaki put da ravnomerno zategnete zavrtnje rukom.

Zašto je ovo važno na duži rok? Ispravno podešavanje snap-off-a ne rješava samo kratkoročne probleme s prinosom – ono smanjuje otpad materijala, skraćuje vrijeme prerade i produžava vijek trajanja vaših šablona. Ako koristite labavu postavku koja vuče šablonu, grebate bočne zidove šablone svaki put kada ispisujete, što će zahtijevati da je zamijenite ranije. Imali smo kupca koji je koristio 50.000 ploča mjesečno na laserskim šablonima i mijenjao ih svakih 6 mjeseci zbog oštećenja. Nakon što su podesili svoj snep-off na ispravnih 0,25 mm, njihove šablone su trajale 18 mjeseci, uštedivši preko 12.000 dolara godišnje na troškovima šablona. To je vrsta povrata ulaganja koja čini prilagodbe procesa vrijednim vremena.

Na kraju krajeva, ne postoji univerzalna razdaljina za odvajanje—svaka šablona, ​​svaki štampač i svaki posao ima svoju slatku tačku. Ključ je da odete dalje od nagađanja i povežete svoje postavke sa materijalom šablona, ​​dizajnom i vašom specifičnom opremom. Ako i dalje koristite istu postavku za otkidanje koju ste koristili prije 5 godina, čak i ako su vam se šablone ili komponente promijenile, ostavljate prinos i novac na stolu.

Ako ste spremni da precizirate svoj proces ili ako imate pitanja o postavkama skidanja za određenu vrstu šablona ili proizvodnu liniju, naš tim je tu da vam pomogne. Radimo sa klijentima u rasponu od malih prodavnica prototipa do velikih pogona za proizvodnju automobila, pomažući im da uključe svaki dio procesa štampanja lemljenja za maksimalan prinos i efikasnost. Obratite se našem timu kako biste razgovarali o vašim potrebama za šablonama, testirali trenutna podešavanja ili saznali kako naša oprema može podržati vaše operacije.

Reference

1. „Smernice za dizajn šablona za štampanje pastom za lemljenje“, IPC Udruženje za povezivanje elektronskih industrija, 2022.
2. “Parametri procesa štampe sa pastom za lemljenje: rastojanje odvajanja i pritisak squeegee-a,” Journal of Surface Mount Technology, Vol. 34, br. 2, 2021.
3. “High-Precision Stencil Printing for Fine-Pitch ICs”, International Journal of Manufacturing Research, Vol. 16, br. 4, 2020.