Step Stencil Technologies et leur effet sur le processus d'impression SMT

Temps de lecture (mots)

Des composants tels que les quad flat no lead (QFN), les land grid array (LGA), les micro ball grid array (micro BGA), les 0201 et même les 01005 continuent de pousser les fabricants à utiliser des feuilles de pochoir plus fines pour appliquer le bon volume de pâte sur leurs cartes, mais les composants plus grands tels que les connecteurs de bord nécessitent toujours des volumes de pâte plus importants. Les gabarits d'étape ont été utilisés pour accomplir cela pendant de nombreuses années. Historiquement, la principale méthode de production de ces pochoirs à étapes a été d'utiliser un processus de gravure photochimique. Récemment, de nouvelles méthodes de fabrication de pochoirs à étapes sont apparues, notamment le soudage au laser et le micro-usinage.

La gravure photochimique est un processus établi et existe depuis des décennies. Il s'agit d'un processus soustractif très similaire au processus utilisé pour graver les PWB. La feuille de pochoir en acier inoxydable est recouverte d'une résine photosensible, imagée à l'aide d'un procédé photographique et développée en laissant la résine protéger toutes les zones qui ne seront pas réduites en épaisseur ou gravées. La feuille est placée dans une machine de gravure où un agent de gravure chimique est pulvérisé sur le pochoir qui dissout la feuille d'acier inoxydable jusqu'à ce que l'épaisseur correcte soit atteinte.

Figure 1 : Processus de gravure chimique pour créer un pochoir à étapes.

Une fois que l'épaisseur de pochoir souhaitée est atteinte, la résine photosensible est retirée. La profondeur des zones gravées ou étagées utilisant ce processus dépend du temps pendant lequel le pochoir est exposé à la chimie de gravure. Le processus de gravure chimique est illustré ci-dessous (Figure 1).

Le processus de soudage au laser prend des feuilles de pochoir de différentes épaisseurs et les soude ensemble. Il n'y a pas de gravure chimique impliquée, seulement une découpe au laser et une soudure au laser. Les ouvertures des marches sont découpées dans le premier gabarit. Les zones de marche correspondantes sont découpées dans une deuxième feuille de pochoir de l'épaisseur souhaitée. Les marches sont placées dans les ouvertures du premier pochoir. Ensuite, les pièces sont soudées au laser en place. L'épaisseur de la zone de marche est déterminée par l'épaisseur de l'acier utilisé. Le processus de soudage au laser est illustré ci-dessous (Figure 2).

Figure 2 : Le processus de soudage au laser pour créer un pochoir à étapes.

Le processus de micro-usinage est un processus soustractif similaire au processus de gravure, mais aucun produit chimique n'est utilisé. Le processus de micro-usinage utilise une fraiseuse à commande numérique par ordinateur (CNC) très spécialisée pour enlever de très petites quantités de matériau à la fois. Le processus de micro-usinage est illustré ci-dessous (Figure 3).

Ces trois processus de création de pochoirs à gradins donnent des textures différentes dans la zone à gradins. Les textures des pochoirs d'étape sont illustrées ci-dessous (Figure 4).

Figure 3 : Le processus de micro-usinage pour créer un pochoir à étapes.

Méthodologie expérimentale

Une conception de pochoir à étapes a été créée avec des poches de réduction d'épaisseurs variables. L'épaisseur du pochoir de base était de 4,0 mils (101,6 microns) et les poches étagées étaient de 3,5 mils (88,9 microns), 3,0 mils (76,2 microns), 2,5 mils (63,5 microns) et 2,0 mils (50,8 microns) d'épaisseur. Chaque zone de marche était de 1 pouce carré (25,4 mm) et la conception de la marche est illustrée ci-dessous (Figure 5).

Les épaisseurs de chaque poche de marche ont été mesurées à l'aide d'un appareil à bras FARO. Les mesures pour chaque technologie d'étape ont été comparées et contrastées.

Un modèle d'ouverture a été créé pour les composants suivants : 03015 métrique, 01005, 0,3 mm BGA, 0,4 mm BGA et 0,5 mm pitch QFNs. Des ouvertures pour chaque composant ont été coupées à des distances variables des bords des marches ; 10, 20, 30, 40 et 50 mils. L'intention était de déterminer à quelle distance la pâte à souder pouvait être imprimée sur le bord de l'étape pour chaque technologie de pochoir d'étape.

Figure 4 : Textures des zones d'étape pour les technologies en trois étapes.

Figure 5 : conception de la poche démultipliée.

Des ouvertures ont également été découpées au centre de chaque zone de marche à des fins de comparaison.

Chaque pochoir a été réalisé avec deux séries de marches et d'ouvertures. Un ensemble de marches et d'ouvertures a été recouvert d'un revêtement nano fluoro-polymère (FPN).

Les effets du revêtement FPN ont été comparés à la partie non revêtue du pochoir sur l'impression de pâte à braser. Une étude de 10 impressions a été réalisée sur chaque pochoir en utilisant une pâte à souder SAC305 Type 4 sans nettoyage. Les cartes de circuits imprimés utilisées étaient un matériau recouvert de cuivre nu de 0,062" (1,57 mm) d'épaisseur. L'imprimante utilisée était une DEK Horizon 02i.

Pour lire la version complète de cet article, paru dans le numéro de décembre 2017 de SMT Magazine, cliquez ici.