Методы трафаретной печати для решения сложных задач при работе с гетерогенными сборками

Время чтения (слов)

На рынке появилось новое поколение микросхемных конденсаторов SMT почти микроскопического размера, известное как 0201 (маркировка метрического размера) или 008004 (маркировка британского размера). Результаты сборки с использованием этих компонентов до сих пор в значительной степени скрыты от публикации и являются строго запатентованными. Ожидается, что все аспекты процесса сборки будут подвергнуты испытаниям, чтобы обеспечить максимальный уровень миниатюризации, воплощенный в этом устройстве. Целью данного исследования является исследование и характеристика процесса трафаретной печати на предмет совместимости с конденсаторной сборкой M0201 (метрика 0201). Влияние качества печатной платы, толщины трафарета и нанопокрытия трафарета являются основными переменными эксперимента, о которых сообщается в отношении эффективности передачи объема паяльной пасты и распределения необработанного объема отпечатка.

Рисунок 1:Размеры и допуски конденсатора М0201.

М0201

Обозначение M0201 подразумевает размер корпуса длиной 0,2 мм и шириной 0,1 мм, хотя на самом деле они производятся с номинальными размерами 0,25 x 0,125 мм (рис. 1).

При сравнении занимаемой площади M0201 занимает только 39% компонента микросхемы M0402 (имперский 01005). Конденсаторы M0201 впервые были коммерчески доступны для испытаний серийных прототипов в 2014 году. Пассивные резисторы M0201 пока не предлагаются.

Варианты конструкции печатной платы для M0201 показаны на рисунке 2 в соответствии с указаниями производителя компонента. Наименьший размер контактной площадки составляет 125×70 мкм, что примерно соответствует занимаемой площади металлической концевой клеммы. Самый большой размер контактной площадки почти вдвое превышает площадь наименьшего размера контактной площадки и составляет 145×120 мкм.

Предпочитаемый нами дизайн колодок показан на рисунке 3, который соответствует верхнему пределу предлагаемого диапазона размеров колодок. Причинами использования колодок таких больших размеров являются:

Фигура 2:Рекомендации по размеру колодок производителя M0201.

Ожидается, что чрезмерное травление меди будет проблематичным в этом размерном масштабе. Использование самой большой конструкции медных площадок должно, по крайней мере, помочь улучшить технологичность печатных плат.

Обычно размер апертуры трафарета имитирует размеры площадки. Самая большая площадь контактной площадки позволяет уменьшить соотношение площадей отверстий и потенциально улучшить контроль объема печати.

Необходимый объем припоя

Определение подходящей пропускной способности трафарета требует предварительного знания соответствующей формы оплавленного паяного соединения. Для определения этого в качестве подходящей ссылки использовался стандарт IPC-A-601E. На рисунке 4 показана модель, использованная для установления структуры приемлемого паяного соединения M0201 минимального объема. Решение автора имело преимущественную силу для размеров, явно не предусмотренных стандартом 601E. Определение этого наименьшего объема припоя полезно при разработке конструкции трафарета и оценке качества печати по данным проверки паяльной пасты (SPI).

Рисунок 3:Выбранная конструкция колодки M0201 для исследования скольжения.

Геометрия паяных выводов с минимальным объемом припоя упрощена в виде треугольников по бокам (V1, V2) и на конце клеммного контакта (V3), тогда как наибольший объем, вносящий вклад в паяное соединение, представляет собой прямоугольную область под ним (V4). . Размер толщины припоя G вносит существенный вклад в общий объем паяного соединения. Поскольку целью здесь является определение минимального объема припоя, наша интерпретация стандарта 601E не требует полного смачивания площадки для формирования приемлемой формы паяного соединения. Допустимое соотношение паяльной пасты к металлу по объему — 2:1. Таким образом, установлено, что для формирования приемлемого оплавленного паяного соединения на каждую клемму компонента чипа должно потребоваться не менее 0,48 нанолитра (1 нл = 1 000 000 мкм3) напечатанной паяльной пасты. Обратите внимание, что это значение масштабируется в соответствии с выбранными размерами контактных площадок (т. е. для площадок меньшего размера не потребуется столько паяльной пасты).

Рисунок 4:Модель заделки минимального объема припоя.