Tecnologias Step Stencil e seus efeitos no processo de impressão SMT

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Componentes como quad flat no lead (QFNs), land grid array (LGAs), micro ball grid array (micro BGAs), 0201s e até mesmo 01005s continuam a pressionar os fabricantes a usar folhas de estêncil mais finas para aplicar o volume correto de pasta em suas placas , mas componentes maiores, como conectores de borda, ainda requerem volumes de pasta maiores. Os estênceis de passo têm sido usados ​​para realizar isso por muitos anos. Historicamente, o método principal para produzir esses estênceis de etapa tem sido o uso de um processo de corrosão fotoquímica. Recentemente, surgiram novos métodos de fabricação de estênceis, incluindo soldagem a laser e micro-usinagem.

A corrosão fotoquímica é um processo estabelecido e existe há décadas. É um processo subtrativo e é muito semelhante ao processo usado para gravar PWBs. A folha de estêncil de aço inoxidável é revestida com um fotorresistente, cuja imagem é obtida por meio de um processo fotográfico e revelada, deixando o resistente para proteger todas as áreas que não serão reduzidas em espessura ou gravadas. A folha é colocada em uma máquina de gravação onde o ácido químico é pulverizado no estêncil que dissolve a folha de aço inoxidável até que a espessura correta seja alcançada.

Figura 1: Processo de corrosão química para criar um estêncil de etapas.

Uma vez que a espessura desejada do estêncil é alcançada, o fotorresiste é removido. A profundidade das áreas gravadas ou escalonadas usando este processo depende do tempo que o estêncil é exposto à química do ataque químico. O processo de ataque químico é mostrado abaixo (Figura 1).

O processo de soldagem a laser pega folhas de estêncil de diferentes espessuras e as solda. Não há corrosão química envolvida, apenas corte a laser e soldagem a laser. As aberturas dos degraus são cortadas do primeiro estêncil. As áreas de degrau correspondentes são cortadas de uma segunda folha de estêncil com a espessura desejada. As peças do degrau são colocadas nas aberturas do primeiro estêncil. Em seguida, as peças são soldadas a laser no lugar. A espessura da área do degrau é determinada pela espessura do aço utilizado. O processo de soldagem a laser é mostrado abaixo (Figura 2).

Figura 2: O processo de soldagem a laser para criar um estêncil de etapas.

O processo de micro-usinagem é um processo subtrativo semelhante ao processo de corrosão, mas nenhum produto químico é usado. O processo de microusinagem usa uma fresadora de controle numérico computadorizado (CNC) muito especializada para remover quantidades muito pequenas de material de cada vez. O processo de microusinagem é mostrado abaixo (Figura 3).

Esses três processos para criar estênceis de degraus resultam em diferentes texturas dentro da área de degraus. As texturas dos estênceis de etapa são mostradas abaixo (Figura 4).

Figura 3: O processo de microusinagem para criar um estêncil de etapas.

Metodologia Experimental

Um design de estêncil de passo foi criado com bolsos rebaixados de espessuras variadas. A espessura do estêncil de base era de 4,0 mils (101,6 mícrons) e os bolsos rebaixados tinham 3,5 mils (88,9 mícrons), 3,0 mils (76,2 mícrons), 2,5 mils (63,5 mícrons) e 2,0 mils (50,8 mícrons) de espessura. Cada área de degrau tinha 1 polegada quadrada (25,4 mm) e o design do degrau é mostrado abaixo (Figura 5).

As espessuras de cada bolso de degrau foram medidas usando um dispositivo de braço FARO. As medições para cada tecnologia de etapa foram comparadas e contrastadas.

Um padrão de abertura foi criado para os seguintes componentes: 03015 métrico, 01005, 0,3 mm BGA, 0,4 mm BGA e QFNs de passo de 0,5 mm. As aberturas para cada componente foram cortadas em distâncias variadas das bordas do degrau; 10, 20, 30, 40 e 50 mil. A intenção era determinar o quão perto a pasta de solda poderia ser impressa na borda do degrau para cada tecnologia de estêncil de degrau.

Figura 4: Texturas de áreas de etapas para as tecnologias de três etapas.

Figura 5: Design de bolso rebaixado.

As aberturas também foram cortadas no centro de cada área de passo para comparação.

Cada estêncil foi feito com dois conjuntos de etapas e aberturas. Um conjunto de degraus e aberturas foram revestidos com um revestimento de nanofluorpolímero (FPN).