Defekty związane z procesem nanoszenia pasty lutowniczej mogą odpowiadać za ok. 60%  błędów montażowych w technologii montażu powierzchniowego. Stąd też dbałość, zarówno o stabilność procesu sitodruku pasty lutowniczej, jak i jakość oraz właściwy projekt szablonu SMT.

Wycinanie szablonów

Ilość pasty nałożonej na pady lutownicze określają laserowo wycięte apertury oraz grubość szablonu. Kontrolę obecności załączonej ilości pasty przeprowadza się z użyciem SPI lub też wyposażonego w tę funkcję AOI.

Do szablonów SMT zwykle używane są folie stalowe 80-180 μm SS301 o strukturze drobnoziarnistej 2-3 μm, tzw. fine grain. Drobnoziarnista struktura stali ogranicza erozję laserową powierzchni bocznych wycinanych apertur, sprzyjając tym samym uwalnianiu pasty lutowniczej. W krytycznych sytuacjach, kiedy potrzebne są bardzo drobne rastry, stosowane są folie z elektroformowanego niklu (100-150 μm), o jeszcze drobniejszej strukturze materiału i lepszym uwalnianiu pasty. Szablony i detale z pełnego zakresu możliwości cięcia lasera wykonuje się z folii stalowych SS304 o grubości 50-1000 μm.

Semicon dysponuje trzema urządzeniami firmy LPKF, w tym dwoma G6080, wyposażonymi w moduł mikro spawania w osłonie azotu oraz urządzanie G6060. Precyzyjny układ mechaniczny przesuwu laserowych obrabiarek zapewnia dokładność do 2 μm, co potwierdzane jest cyklicznie przeprowadzaną kalibracją urządzeń przez serwis producenta. Obszar roboczy wycinanych szablonów to standardowo 600 x 800 mm, ale możliwe jest wykonanie szablonów długości do 1800mm.

Szablony wykonane z folii stalowej SS304 dostępne są w grubościach 50-1000 μm, szablony z folii fine grain SS301: 80-180 μm, natomiast szablony z elektroformowanego niklu: 100-150 μm.

Opracowana w firmie Semicon optymalizacja drogi cięcia zapewnia minimalizację przeciążenia termicznego, zapobiegając lokalnym odkształceniom, szczególnie w obszarach szablonu o dużym zagęszczeniem układów drobnorastrowych. Dzięki systemowi kamer pozycjonujących głowicę lasera, możliwe jest optymalne skupienie wiązki, zmierzenie geometrii wyciętych otworów oraz uzupełnienie wykonanego wcześniej szablonu.

Czas realizacji zamówienia to standardowo 2 dni

Na życzenie klienta Semicon wykonuje i dostarcza szablon ekspresowo, w dniu dostarczenia plików. Firma preferuje pliki gerbery RS274X i RS274D, które – jeśli to konieczne – może również zmodyfikować.
Jakość lutowania zależy nie tylko od wyciętych w szablonie otworów, ale również od ilości nałożonej przy ich pomocy pasty lutowniczej. Do układów drukowanych, na które nakładane są komponenty o małych i dużych aperturach, potrzebne są szablony stopniowane, o zróżnicowanej grubości folii stalowej. Semicon wykonuje je dwoma metodami.

Szablony mikrospawane

Metoda ta polega na precyzyjnym wycięciu otworów w bazowym szablonie i następnie wspawanie wyciętych uprzednio formatek z blachy tego samego rodzaju, o mniejszej lub większej grubości. Maksymalna różnica grubości w tej metodzie to 80 μm a minimalna odległość elementów SMD od uskoku grubości to 200 μm. Powyżej wspomniane były ograniczenia, więc należy uznać to za wadę.

Szablony frezowane

Obecnie można uzyskać dokładność grubości szablonu do 5 μm, a różnicę poziomów do 400 μm. Szablony stopniowane są nowością ostatnich lat i pozwalają na montaż zróżnicowanych elementów SMD na jednej płytce. Projektanci w firmie Semicon mają duże doświadczenie w zakresie projektowania i modyfikacji tego typu szablonów.

Nanopowłoki

Kolejnym krokiem w rozwoju technologii szablonów SMT w celu poprawienia uwalniania pasty z otworów, jest stosowanie nanopowłok. Są dwie metody ich nakładania na powierzchnię szablonu:

• Nanoszenie przy pomocy nasączonej aktywną powłoką ściereczki;
• Permanentne nanoszenie metodami CVD.

Powłoka, czyli cienka (1-4 μm) warstwa fluoro-polimeru, pozwala na redukcję współczynnika Area Ratio do 0,5. Skutkuje to lepszym transferem pasty na pad lutowniczy, w porównaniu do zwykłych szablonów. Poprawiają się też parametry drukowania, szczególnie przy wielu otworach dla bardzo małych komponentów.

Stabilność naciągu

Kolejnym, ważnym dla jakości sitodruku i procesu uwalniania pasty elementem, jest wielkość i stabilność naciągu szablonu. Semicon oferuje kilka rozwiązań:

• Pneumatycznie, zasilane ramy samonapinajace, w standardzie Zelfelx, Quatroflex. Wymagają one okresowego sprawdzania siły naciągu i są głównie przeznaczone dla małych i średnich partii PCB.
• Szablony na ramach aluminiowych z naciągiem siatkowym. Ta metoda dedykowana jest dla dużych i bardzo dużych serii PCB, ponieważ pozwala na wykonanie nawet do 200 tysięcy cykli zadruku pasty. Niewątpliwą wadą jest grubość używanych ram aluminiowych, zwykle 38 mm, co wymaga znacznych powierzchni odstawczych.
• Ramy w standardzie Vector Guard. Semicon jest oficjalnym franczyzobiorcą licencji Vector Guard i oficjalnym partnerem licencjodawcy firmy ASM (dawny DEK). Ramy te zapewniają stabilność naciągu poprzez zastosowanie wyłącznie mechanicznego systemu. Dostępna jest też opcja high tension, dedykowana dla aplikacji z małymi rastrami elementów. Grubość ramki szablonu Vector Guard to 8 mm, co znakomicie zmniejsza zapotrzebowanie na powierzchnię odstawczą dla szablonów SMT. Popularność tych szablonów szybko rośnie. Na Zachodzie Europy sięga nawet do 75% aplikacji.

Szablony do układów BGA

Semicon projektuje i wytwarza szablony do napraw układów BGA, czyli do rekonstrukcji kulek przy pomocy pasty. Świadczy też usługi modyfikacji szablonów z „pasty na klej” oraz grawerowania i wykonywania znaczników. Przy braku dokumentacji technicznej możliwe jest również reverse engineering mikroszablonu do nakładania kulek BGA lub pasty, na podstawie fizycznego egzemplarza układu scalonego.

Firma dysponuje zasobem i dostępem do folii z różnych stopów stali, takich jak: Inconel, Kovar, Nikiel, Tantal czy Molibden, świadcząc zarazem usługi wycinania detali mechanicznych. W ofercie znajdują się również szafy do przechowywania szablonów, rolki czyszczące, płyny myjące oraz opakowania ESD.

Płytka PCB z nałożoną przy pomocy szablonu pastą lutowniczą. Źródło: Semicon sp. z o.o.

Zdjęcia: Semicon sp. z o.o.