Step Stencil Technologies y su efecto en el proceso de impresión SMT

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Los componentes como quad flat sin plomo (QFN), matriz de rejilla terrestre (LGA), matriz de rejilla de microesferas (micro BGA), 0201 e incluso 01005 continúan empujando a los fabricantes a usar láminas de esténcil más delgadas para aplicar el volumen correcto de pasta en sus placas. , pero los componentes más grandes, como los conectores de borde, aún requieren mayores volúmenes de pasta. Las plantillas de pasos se han utilizado para lograr esto durante muchos años. Históricamente, el método principal para producir estas plantillas escalonadas ha sido el uso de un proceso de grabado fotoquímico. Recientemente, han surgido nuevos métodos de fabricación de esténciles escalonados que incluyen tanto la soldadura por láser como el micromecanizado.

El grabado fotoquímico es un proceso establecido y existe desde hace décadas. Es un proceso sustractivo y es muy similar al proceso utilizado para grabar PWB. La hoja de plantilla de acero inoxidable está recubierta con una fotoprotección, se forma una imagen mediante un proceso fotográfico y se revela dejando que la protección proteja las áreas que no se reducirán en grosor ni se grabarán. La lámina se coloca en una máquina de grabado donde se rocía grabador químico sobre la plantilla que disuelve la lámina de acero inoxidable hasta lograr el grosor correcto.

Figura 1: Proceso de grabado químico para crear una plantilla escalonada.

Una vez que se logra el grosor de plantilla deseado, se retira la fotorresistencia. La profundidad de las áreas grabadas o escalonadas usando este proceso depende del tiempo que la plantilla esté expuesta a la química de grabado. El proceso de grabado químico se muestra a continuación (Figura 1).

El proceso de soldadura por láser toma láminas de esténcil de diferentes grosores y las suelda entre sí. No hay grabado químico involucrado, solo corte por láser y soldadura por láser. Las aberturas de los escalones se recortan de la primera plantilla. Las áreas de escalón correspondientes se cortan de una segunda lámina de plantilla del grosor deseado. Los escalones se colocan en las aberturas de la primera plantilla. Luego, las piezas se sueldan con láser en su lugar. El grosor del área del escalón está determinado por el grosor del acero utilizado. El proceso de soldadura por láser se muestra a continuación (Figura 2).

Figura 2: El proceso de soldadura láser para crear una plantilla escalonada.

El proceso de micromecanizado es un proceso sustractivo similar al proceso de grabado, pero no se utilizan productos químicos. El proceso de micromecanizado utiliza una fresadora de control numérico por computadora (CNC) muy especializada para eliminar cantidades muy pequeñas de material a la vez. El proceso de micromecanizado se muestra a continuación (Figura 3).

Estos tres procesos para crear plantillas escalonadas dan como resultado diferentes texturas dentro del área escalonada. Las texturas de las plantillas de paso se muestran a continuación (Figura 4).

Figura 3: El proceso de micromecanizado para crear una plantilla escalonada.

Metodología Experimental

Se creó un diseño de plantilla escalonada con bolsillos escalonados de diferentes grosores. El grosor de la plantilla base era de 101,6 micras (4,0 mils) y los bolsillos reductores tenían un grosor de 88,9 micras (3,5 mils), 76,2 micras (3,0 mils), 63,5 micras (2,5 mils) y 50,8 micras (2,0 mils). Cada área de escalón era de 1 pulgada cuadrada (25,4 mm) y el diseño de escalón se muestra a continuación (Figura 5).

Los espesores de cada bolsa de paso se midieron utilizando un dispositivo de brazo FARO. Se compararon y contrastaron las medidas de cada tecnología de paso.

Se creó un patrón de apertura para los siguientes componentes: 03015 métrico, 01005, 0,3 mm BGA, 0,4 mm BGA y QFN de paso de 0,5 mm. Se cortaron aberturas para cada componente a diferentes distancias de los bordes del escalón; 10, 20, 30, 40 y 50 milésimas de pulgada. La intención era determinar qué tan cerca se podía imprimir la soldadura en pasta al borde del escalón para cada tecnología de plantilla de escalón.

Figura 4: Texturas de áreas de paso para las tecnologías de tres pasos.

Figura 5: Diseño de bolsillo reductor.

También se cortaron aberturas en el centro de cada área de escalón para comparar.

Cada plantilla se hizo con dos conjuntos de pasos y aberturas. Un conjunto de escalones y aberturas se recubrieron con un revestimiento de nanopolímero de fluoro (FPN).

Los efectos del recubrimiento FPN se compararon con la parte no recubierta de la plantilla en la impresión de soldadura en pasta. Se ejecutó un estudio de 10 impresiones en cada plantilla de paso utilizando una popular soldadura en pasta SAC305 Tipo 4 sin limpieza. Las placas de circuito utilizadas eran material revestido de cobre desnudo de 0,062" (1,57 mm) de espesor. La impresora utilizada era una DEK Horizon 02i.

Para leer la versión completa de este artículo, que apareció en la edición de diciembre de 2017 de SMT Magazine, haga clic aquí.