Шаговые трафаретные технологии и их влияние на процесс SMT-печати

Время чтения (слов)

Такие компоненты, как Quad Flat No Lead (QFN), наземная сетка (LGA), сетка с микрошариками (микро BGA), 0201 и даже 01005, продолжают подталкивать производителей использовать более тонкую трафаретную фольгу для нанесения нужного объема пасты на свои платы. , но более крупные компоненты, такие как краевые соединители, по-прежнему требуют больших объемов пасты. Для этого уже много лет используются ступенчатые трафареты. Исторически сложилось так, что основным методом изготовления таких ступенчатых трафаретов был процесс фотохимического травления. Недавно появились новые методы изготовления ступенчатых трафаретов, включая лазерную сварку и микрообработку.

Фотохимическое травление — это устоявшийся процесс, существующий уже несколько десятилетий. Это субтрактивный процесс, очень похожий на процесс травления печатных плат. Трафаретная фольга из нержавеющей стали покрыта фоторезистом, получена изображение с помощью фотографического процесса и проявлена, оставляя резист для защиты любых участков, которые не будут уменьшены в толщине или протравлены. Фольгу помещают в травильную машину, где на трафарет распыляют химическое травление, которое растворяет фольгу из нержавеющей стали до достижения нужной толщины.

Рисунок 1: Процесс химического травления для создания ступенчатого трафарета.

После достижения желаемой толщины трафарета фоторезист удаляется. Глубина протравленных или ступенчатых областей с использованием этого процесса зависит от времени, в течение которого трафарет подвергается воздействию химического травления. Процесс химического травления показан ниже (рис. 1).

В процессе лазерной сварки используются трафаретные пленки разной толщины, которые свариваются вместе. Никакого химического травления, только лазерная резка и лазерная сварка. Отверстия для ступеней вырезаются из первого трафарета. Соответствующие участки ступенек вырезаются из второго трафарета из фольги нужной толщины. Детали ступенек помещаются в отверстия первого трафарета. Затем детали привариваются лазером. Толщина области ступени определяется толщиной используемой стали. Процесс лазерной сварки показан ниже (рис. 2).

Рисунок 2: Процесс лазерной сварки для создания ступенчатого трафарета.

Процесс микрообработки представляет собой субтрактивный процесс, аналогичный процессу травления, но без использования химикатов. В процессе микрообработки используется специализированный фрезерный станок с числовым программным управлением (ЧПУ), позволяющий удалять очень небольшое количество материала за раз. Процесс микрообработки показан ниже (рис. 3).

Эти три процесса создания ступенчатых трафаретов приводят к созданию различных текстур внутри ступенчатой ​​области. Текстуры трафаретов ступенек показаны ниже (рис. 4).

Рисунок 3: Процесс микрообработки для создания ступенчатого трафарета.

Экспериментальная методология

Был создан ступенчатый трафарет с ступенчатыми карманами разной толщины. Толщина базового трафарета составляла 4,0 мил (101,6 микрона), а ступенчатые карманы имели толщину 3,5 мил (88,9 микрона), 3,0 мил (76,2 микрона), 2,5 мил (63,5 микрона) и 2,0 мил (50,8 микрона). Площадь каждой ступени составляла 1 квадратный дюйм (25,4 мм), конструкция ступени показана ниже (рис. 5).

Толщину каждого ступенчатого кармана измеряли с помощью манипулятора FARO. Измерения для каждого этапа технологии сравнивались и сопоставлялись.

Шаблон апертуры был создан для следующих компонентов: метрические 03015, 01005, BGA 0,3 мм, BGA 0,4 мм и QFN с шагом 0,5 мм. Отверстия для каждого компонента были вырезаны на разном расстоянии от краев ступени; 10, 20, 30, 40 и 50 мил. Цель заключалась в том, чтобы определить, насколько близко паяльная паста может быть напечатана на краю ступени для каждой технологии ступенчатого трафарета.

Рисунок 4: Текстуры ступенчатых областей для трехшаговых технологий.

Рисунок 5. Уменьшенная конструкция кармана.

Для сравнения в центре каждой ступени также были вырезаны отверстия.

Каждый трафарет был сделан с двумя наборами ступенек и отверстий. Один набор ступеней и отверстий был покрыт фторполимерным нанопокрытием (ФПН).