Técnicas de impressão em estêncil para aplicações desafiadoras de montagem heterogênea

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Uma nova geração de capacitores de chip SMT de tamanho quase microscópico apareceu no mercado, conhecida como 0201 (etiqueta de dimensão métrica) ou 008004 (etiqueta de dimensão imperial). Os resultados da montagem usando esses componentes são até agora amplamente ocultados da publicação e altamente proprietários. Espera-se que todos os aspectos do processo de montagem sejam desafiados para acomodar o nível extremo de miniaturização incorporado neste dispositivo. O objetivo desta pesquisa é investigar e caracterizar o processo de impressão do estêncil para compatibilidade com o conjunto do capacitor M0201 (métrica 0201). Efeitos da qualidade da placa de circuito, espessura do estêncil e nano-revestimento do estêncil são as principais variáveis ​​experimentais relatadas em relação à eficiência de transferência de volume de pasta de solda e distribuição de impressão de volume bruto.

Figura 1:Dimensões e tolerâncias do capacitor M0201.

M0201

A designação M0201 implica um comprimento de caixa de 0,2mm e largura de 0,1mm, quando na verdade estes são produzidos com dimensões nominais de 0,25mm x 0,125mm (Figura 1).

Em uma comparação de área de cobertura, o M0201 cobre apenas 39% de um componente de chip M0402 (imperial 01005). Os capacitores M0201 foram disponibilizados comercialmente pela primeira vez para testes de montagem de protótipos de volume em 2014. Os passivos do resistor M0201 ainda não são oferecidos.

As opções de design do terreno PCB para M0201 são mostradas na Figura 2 conforme prescrito pelo fabricante do componente. O menor tamanho de pad é de 125μm x 70μm, que corresponde aproximadamente ao tamanho do terminal de extremidade de metal. O maior tamanho de almofada quase dobra a menor área de tamanho de almofada em 145μm x 120μm.

O design de almofada de nossa preferência é mostrado na Figura 3, que está no limite superior da faixa de tamanho de almofada sugerida. A motivação para usar essas dimensões de almofada consideráveis ​​inclui:

Figura 2:Recomendações de tamanho de almofada do fornecedor M0201.

Espera-se que Cu sobregravado seja problemático nesta escala dimensional. Usar o maior design de almofada de cobre deve pelo menos ajudar a melhorar a capacidade de fabricação do PCB.

Normalmente, o tamanho da abertura do estêncil imita as dimensões do preenchimento. A maior área de almofada facilita as taxas de área de abertura e permite um controle de volume de impressão potencialmente aprimorado.

Volume de solda de pré-requisito

A determinação de uma capacidade de abertura de estêncil adequada requer conhecimento prévio da forma apropriada de junta de solda refluída. O padrão IPC-A-601E foi consultado como uma referência apropriada para determinar isso. A Figura 4 ilustra o modelo usado para estabelecer a estrutura de uma junta de solda M0201 aceitável de volume mínimo. O julgamento do autor prevaleceu para dimensões não explicitamente fornecidas no padrão 601E. A determinação desse menor volume de solda é útil para estabelecer um design de estêncil e para avaliar o desempenho da impressão em relação aos dados de inspeção de pasta de solda (SPI).

Figura 3:Design de almofada M0201 selecionado para estudo de gotejamento

A geometria das terminações soldadas com volume mínimo de solda foi simplificada como triângulos nas laterais (V1, V2) e na extremidade do contato do terminal (V3), enquanto o maior contribuinte de volume para a junta de solda é a área retangular abaixo dela (V4) . A dimensão G da espessura da solda contribui substancialmente para o volume geral da junta de solda. Como o objetivo aqui é determinar um volume mínimo de solda, nossa interpretação do padrão 601E não exige que o pad seja totalmente molhado para formar uma junta de solda aceitável. Uma proporção aceitável de pasta de solda para metal em volume é de 2:1. A partir disso, descobriu-se que cada terminação de componente de chip deve exigir pelo menos 0,48 nanolitros (1 nl = 1.000.000 μm3) de volume de pasta de solda impressa para formar uma junta de solda refluída aceitável. Observe que essa quantidade é dimensionada para as dimensões do pad selecionadas (ou seja, pads menores não exigirão tanta pasta de solda para atender).

Figura 4:Modelo de terminação de volume mínimo de solda.