PCB-stencils - de ultieme gids voor het maken ervan

PCB-stencils De afdrukfase is het meest kritieke onderdeel van een PCB-assemblage. Het is ook de moeilijkste, omdat de kleinste fout de voltooide elektronische PCB kan verpesten. De fouten zijn dus meestal het gevolg van de montage van soldeerverbindingen op de printplaten.

Het zou helpen als u op uw hoede bent voor fouten wanneer u honderden, zelfs duizenden soldeerverbindingen één per keer maakt. Een zilveren kogel die echter fouten elimineert die de kop kunnen opsteken tijdens de montage van componenten, is het PCB-stencil.

Met PCB-sjabloneren monteer je in één keer alle soldeerverbindingen op het bord. Het helpt u een aanzienlijke hoeveelheid tijd te besparen en elimineert elke foutmarge in de soldeerverbinding.

In deze handleiding vind je alles wat je moet weten om aan de slag te gaan met soldeerpasta-sjabloneren.

Wat is PCB-stencil

1.1 PCB-sjablonen —Definitie

Een stencil is een dun vel materiaal met een vorming van openingen die de lay-out van componenten op de printplaat bepalen. Met het soldeersjabloon kunt u de juiste hoeveelheden soldeerpasta met onberispelijke precisie in één keer over de hele linie aanbrengen.

Je bord is klaar voor de installatie van de SMD zodra je soldeerpasta aanbrengt op een PCB-pad bedekt met het sjabloon. Wanneer u het sjabloon verwijdert, zit de soldeerpasta-afzetting op het bord volgens de vorming van de openingen van het sjabloon.

De vlekkeloze afzetting van soldeerpasta zorgt ervoor dat de soldeerverbindingen optimaal zijn wat betreft mechanische sterkte en elektrische verbindingen.

Nu produceren de meeste leveranciers van PCB-pads ook PCB-stencils. Wanneer u bij dergelijke leveranciers bestelt, geven ze u de mogelijkheid om uw PCB samen met het aangepaste stencil op te halen.

Desalniettemin zijn er twee soorten stencils:de ingelijste en de frameloze. Hoewel de frameless goedkoper en gemakkelijker op te bergen zijn, zijn ze de op één na beste voor gebruik bij het printen van grote volumes.

Het materiaal van het sjabloon is een primaire bepalende factor voor het vermogen om soldeerpasta door de openingen vrij te geven. U zult hier meer over te weten komen in de volgende secties van deze handleiding.

U kunt de capaciteit van een stencil echter verbeteren door er een specifiek type coating op aan te brengen.

1.2 PCB-sjablonen —Stencilontwerp-PCB

Het volgende is een overzicht van de kritische elementen van stencilontwerp:

Stencildikte

Het is een andere cruciale bepalende factor voor het vermogen van een stencil om de soldeerpasta vrij te geven. Als de dikte niet geschikt is voor de grootte van de openingen, bereik je niet de vereiste soldeerverbinding. In dit geval kan de pasta door oppervlaktespanning aan de binnenwanden van de scheuren hechten.

Diafragma-ontwerp

Het ontwerp van de opening kan de soldeerverbindingen op veel manieren beïnvloeden. Ten eerste bepaalt het de kans op het optreden van defecten zoals overbrugging en soldeerparels. Het kan ook zorgen voor een pakking tussen het sjabloon en de printplaat.

PCB-sjablonen– Uitlijning

Het is de ultieme bepalende factor voor de precisie waarmee je soldeerverbindingen op de pads print. U kunt een uitstekende uitlijning bereiken door registratiemarkeringen, de zogenaamde fiducial marks, op zowel de printplaat als het stencil in te schrijven.

PCB-specifiek ontwerp

PCB's met koperen pads die geleidbaarheid en warmteafvoer in de PCB-pads bevorderen, vragen om stencils met unieke ontwerpen. In dergelijke gevallen zou een stencilontwerp voor printplaten zonder koperen pads leiden tot koperen opheffing en slecht solderen van buitenste draden.

Om dergelijke defecten in dergelijke gevallen te elimineren, moet u een 'venstereffect' toevoegen aan het diafragma-ontwerp. Dat elimineert de defecten door het soldeervolume te matigen.

Als de koperen pads op de PCB-pad worden geleverd met via's die de dissipatie verder verbeteren, is een ander stencilontwerp vereist. Het ontwerp van het sjabloon moet voorkomen dat er soldeerpasta in de via's terechtkomt.

Er zijn ook gevallen waarin een PCB-pad het gebruik van stencils van verschillende diktes vereist. In dergelijke gevallen kunnen er delicate delen zijn die dunne stencils nodig hebben en belangrijkere delen die dikkere stencils vereisen.

U kunt aan dergelijke vereisten voldoen door stencils met meerdere niveaus te gebruiken met op- en afstapgebieden. U kunt opstapruimten maken door meer materiaal toe te voegen aan een geselecteerd gebied van het stencil.

Dat verhoogt de hoeveelheid en hoogte van soldeerpasta in de soldeerverbindingen die in dat gebied worden gevormd. Het tegenovergestelde hiervan geldt in de afstapkamer.

Uit wat we tot nu toe hebben gezegd, is het duidelijk dat dikte een van de meest kritische aspecten is van een PCB-stencil. In het volgende hoofdstuk kijken we naar de rol van consistentie in een PCB-stencil.

Dikte PCB-sjabloon

De combinatie van de grootte van het kussentje, de vorming van de opening en de dikte bepaalt de capaciteit voor het afzetten van pasta van het sjabloon. Maar zelfs als de opening en de grootte van het kussen geschikt zijn, is een optimale pasta-afzetting onmogelijk zonder de juiste stencildikte.

Te overwegen factoren voordat u stencildikte kiest

Het volgende is een overzicht van de kritische factoren waarmee u rekening moet houden bij het selecteren van uw stencildikte:

Beeldverhouding

De dikte bepaalt de hoeveelheid en hoogte van de soldeerpasta die een soldeerverbinding vormt. Hoe lager het bedrag, hoe groter de kans op verbroken verbindingen en hoe lager de kans op jumpers.

Deze correlatie, 'aspect' genoemd, is het resultaat van de verschillen in krachten die op de pasta werken terwijl deze door de opening glijdt. Deze omvatten de kracht die de pasta buiten de opening duwt en de pasta binnen de openingen houdt.

Het contrast tussen deze twee krachten wordt weergegeven door een meting die bekend staat als de beeldverhouding. Om een ​​optimale pastadepositie te bereiken, moet u ervoor zorgen dat de beeldverhouding belangrijker is dan één.

De oppervlaktespanning tussen de pasta en de pad moet groter zijn dan die tussen de pasta en de wand van de opening. De Aspect Ratio kan worden afgeleid door de verhouding van de openingsbreedte tot de dikte van het sjabloon (W/T) te bepalen.

Desalniettemin definiëren industriestandaarden de criteria voor het bepalen van de stencildikte die het meest geschikt is voor een opening. De ondergrens van de industriestandaard voor beeldverhouding is 1,5.

PCB-sjablonen– Oppervlakteverhouding

Een andere kritische maatstaf om te bepalen hoe de dikte van een stencil de pasta-afgiftecapaciteit beïnvloedt, is de oppervlakteverhouding. De oppervlakteverhouding is de verhouding van het oppervlak van de opening tot het oppervlak van de wand van de opening.

De laagste grens van het bereik van oppervlakten van de industriestandaard is 0,66.

QFP- en BGA-pitch

Bij het bepalen van de juiste dikte voor uw stencil, moet u ook goed rekening houden met de fine-pitch QFP, BGA en de kleinste chipgrootte.

Voor een QFP met een pitch ≤ van 0,5 mm, moet de dikte van uw stencil tussen 0,12 mm en 0,13 mm liggen. Een QFP met een dikte> 0,5 mm vereist een stencildikte van 0,15 mm – 0,20 mm.

Voor een BGA met een kogelafstand van 1,0 mm + is de juiste sjabloondikte 0,15 mm. Voor een BGA met een pitch tussen 0,5 mm en 1,0 mm, moet u 0,13 mm kiezen als stencildikte.

Het is zelfs nog belangrijker om rekening te houden met de BGA of de kleine componenten als je verschillende IC's tegelijkertijd op het bord wilt plaatsen.

SMT-sjabloonformaten

De regels voor het bepalen van de juiste stencildikte voor een SMT-assemblage zijn ingewikkelder. Het is echter ook noodzakelijk om rekening te houden met de aspect- en oppervlakteverhoudingen bij het bepalen van SMT-stencilformaten.

Voor een SMT-assemblage die chemisch etsen toepast, is de juiste beeldverhouding 1:1,5. Voor lasergesneden stencil-pitch-type is de juiste beeldverhouding 1:1,12.

Bovendien, nu je bent uitgerust met voldoende informatie over de essentiële eigenschappen, ben je klaar om PCB-stencilmakers te verkennen. Het volgende hoofdstuk laat zien hoe.

PCB-stencilmaker

Het is één ding om een ​​dun vel materiaal met de juiste dikte te krijgen. Het is echter een ander balspel om er gaten van de perfecte afmetingen in te slaan.

Aangezien een PCB-stencil honderden of zelfs duizenden gaten moet bevatten die met hoge precisie zijn uitgelijnd, is het onverstandig om gaten handmatig te ponsen.

De drie meest gebruikte methoden voor het maken van stencils met geschikte gaten zijn chemisch etsen, lasersnijden en elektroformeren. Elk van deze methoden kan het oppervlak van de poriewand naar een andere afwerking leiden; hoe gladder de afwerking, hoe efficiënter de pasta-afgifte.

De meest populaire van deze drie PCB-stencilmakers is de lasersnijder.

In dit hoofdstuk laten we u zien hoe u PCB-stencils maakt met een lasersnijder. Merk op dat deze techniek niet geschikt is voor het maken van stencils met zeer krappe toonhoogtes.

Het zou helpen als u de volgende hulpmiddelen voor deze techniek had:

1.Lasersnijder

2.Mylar-vellen

3.ExpressPCB- of EagleCAD-software

4.ViewMate Gerber-weergavesoftware

5.PDF-afdruksoftware

6.SketchUp, AutoCAD of andere software die .dxf-bestanden bekijkt en bewerkt

De stappen

1. Stapel het Mylar-vel

Stapel twee Mylar-vellen op elkaar. Bij deze techniek verwarm je de Mylar-vellen totdat het eerste vel loskomt van de stapel. Daarbij zal het tweede vel het gesmolten kussen van het eerste vel absorberen, waardoor het eerste er netjes af kan worden getrokken.

2. Exporteer het ontwerpbestand vanuit ExpressCAD of EagleCAD:

Exporteer in EagleCAD uw bovenste en onderste crèmelagen via een cam-bestand, zoals u Gerbers verzendt voor productie. Open in ExpressPCB het menu Bestand en selecteer de optie "Export DXF Mechanical Drawing".

3. PCB-sjablonen —Zwelkussentjes in ViewMate

Als u software gebruikt die Gerbers exporteert, moet u het smelten dat door het snijproces wordt veroorzaakt, compenseren. Aangezien door het smelten de padgrootte groter wordt, moet u preventief de grootte van de pad verkleinen.

Selecteer eerst Bestand>Importeren>Gerber om uw crèmelagen in ViewMate te importeren. Kies vervolgens Instellingen>D-codes. Selecteer alle kolommen in dit gebied en open vervolgens Operations>Swell. Typ de waarde voor de maataanpassingen volgens uw laserspecificaties.

Druk de Gerber daarna af naar PDF en sla hem op.

4. Zwelling pads met Auto Cad

Als u ExpressPCB gebruikt, moet u mogelijk ook de inhoud van DXF verkleinen met andere software. Dat kan met AutoCAD. Om dit te doen, markeert u alle tekeningen in het geopende AutoCAD-venster en toetst u "SCALE" in.

In het dialoogvenster Schaalfactor dat verschijnt, toetst u het juiste schaalcijfer in. Het zal de tekening op de juiste schaal weergeven.

Zodra dit is gebeurd, drukt u de voltooide tekening af naar een PDF.

5. PCB-sjablonen —Snijd de stencils

Pas de instellingen op uw lasersnijder dienovereenkomstig aan om door de gestapelde Mylar-vellen te snijden. Door de hitte van de laser zal het eerste vel een beetje smelten. De tweede absorbeert echter het gesmolten kussen van de eerste, waardoor u het eerste vel netjes en efficiënt kunt uittrekken.

Tot nu toe hebben we een veelgebruikte PCB-maker onderzocht. Het type en de kwaliteiten van uw PCB-stencil blijven echter de meest cruciale determinanten van succes bij het stencilen van PCB's. In het volgende hoofdstuk gaan we dieper in op de tarieven en soorten soldeerpasta-stencils.

PCB-sjablonen–Soldeerpasta-sjabloon

Naast het ontwerp van de PCB-stencil, moeten vier factoren kritisch worden overwogen bij het verkrijgen van een sjabloon voor soldeerpasta:

Het stencilmateriaal

Het materiaal is net zo cruciaal voor het succes van PBC-stenciling als het PCB-stencilontwerp. De dunne platen zijn meestal gemaakt van metaal of polyimide. Metalen stencils (meestal roestvrij staal) zijn het meest ideaal voor het maken van talloze prototypes.

Roestvrijstalen stencils zorgen voor de vorming van nauwkeuriger openingen. De moleculaire structuur van roestvrij staal zorgt voor veel gladdere apertuurwanden en stelt u in staat om snel een effectieve beeldverhouding te bereiken.

Omdat ze echter duurder zijn, zijn ze meer overkill voor het produceren van een handvol prototypes. Polyamide stencils zijn een veel goedkoper alternatief. Wanneer ze worden geleverd via een lasersnijtechniek, kunnen ze ook uitstekende openingen maken.

Type soldeersjabloon

Er zijn twee soorten soldeerpasta-stencils:de ingelijste en de frameloze. Ingelijste stencils, ook wel inlijmsjablonen genoemd, zijn sjabloonfolies die met een laser zijn gesneden en permanent in een sjabloonframe worden bevestigd.

Ingelijste stencils zijn de beste keuze als het gaat om het printen van grote hoeveelheden PCB's. Omdat ze meestal worden geleverd met zeer gladde wanden, zijn ze het meest geschikt voor gebruik wanneer zeer kleine afstanden vereist zijn.

Frameloze soldeerpasta-sjablonen, die ook worden geproduceerd door middel van lasersnijden, worden geleverd met spansystemen. Met deze spansystemen hoeven ze niet vast in een frame te komen. Het maakt het veel gemakkelijker voor u om ze op te slaan.

Ze zijn ideaal voor kleine oplagen van PCB-productie. Ze hebben ook gladde openingen. Bovendien kunt u ze gebruiken voor PCB-pads die 16 Mil of minder pitches en Micro BGA's vereisen.

PCB-sjablonen– Soldeerpasta

Het vloeimiddel en de legeringen in een soldeerpasta kunnen ook van invloed zijn op de mate waarin de soldeerverbindingen componenten vasthouden. Als de verandering in de soldeerverbinding onvoldoende is, houdt het soldeer de onderdelen niet stevig op het bord.

De stencilcoating

Er zijn verschillende soorten coatings voor PCB-stencils die helpen bij het aanpakken van specifieke problemen bij het stencilen van PCB's. Om te beginnen is het een behoorlijke uitdaging om planken schoon te maken na grote productieruns.

U kunt overtollig soldeer eenvoudig van de onderkant van een PCB afvegen om te voorkomen dat het overtollige soldeer andere borden uitsmeert. Het is echter ondraaglijk om hetzelfde te doen in grote oplagen.

Met bepaalde soorten coating kunt u het resterende soldeer in de wanden van de opening verminderen dat de vereiste soldeerpasta/flux-formulering vervormt.

Nu u een beter begrip heeft van de soorten en kwaliteiten van PCB-stencils, kunt u beter PCB-stenciling implementeren. In het volgende hoofdstuk worden enkele essentiële apparatuur voor het maken van een PCB-stencil nader bekeken.

PCB-stencilprinter

PCB-stencilprinters staan ​​bekend om hun foutloze en herhaalbare afdrukcapaciteiten. Deze printers zijn meestal ideaal voor de productie van zowel kleine als grote printplaten.

Er zijn twee hoofdtypen SMT-stencilprinters:automatische en halfautomatische SMT-printers. Er zijn ook handmatige stencilprinters die expliciet zijn ontworpen voor de productie van kleine oplagen en prototypes.

Enkele van de cruciale kenmerken van SMT-stencilprinters zijn een schroevendraaier, snelheidsregelaars en camerasystemen die de uitlijning van de PCB vergemakkelijken. De bewerkingen draaien meestal om het aanpassen van de instellingen voor de stencilgrootte en de plaatsing van de stencil op een frame-mounter.

Met een typische printer kunt u de afdruksnelheid, slaglengte, rakeldruk en meer instellen. SMT-stencilprinters worden ook geleverd met schermen die details van de bewerking weergeven.

Ze worden ook geleverd met compartimenten die de onderkant van stencils afvegen door handelingen zoals bevochtigen, drogen en stofzuigen. De stofzuigstappen verwijderen het resterende soldeer dat in de openingen vastzit.

PCB-sjablonen– PCB stencil lasersnijder

Het is een lasersysteem dat gebruikmaakt van krachtige stralen om gaten in stencils te slaan volgens de parameters die worden bepaald door computersoftware.

Het automatiseert het maken van openingen in stencils volledig, waardoor stress en foutenmarges uit de vergelijking worden gehaald. Wanneer u uw PCB-sjabloon snijdt met lasersnijders, kunt u er zeker van zijn dat de randen en de wanden van de opening optimaal glad zijn.

Stencillasersystemen zijn meestal zeer veelzijdig. Met lasers kunt u zowel stencils als PCB-pads van een grote verscheidenheid aan materialen snijden, boren en ablateren.

PCB-lasersnijders snijden ook stencils zonder stof te produceren, zoals bij traditionele mechanische snijsystemen. Het maakt een groot verschil in PCB-elektronica die wordt geleverd met optische componenten.

Nu weet u alles wat u moet weten over de kwaliteiten en makers van een PCB-stencil. Laten we eens kijken hoe alles samenkomt in een PCB-assemblage met een klein volume.

Conclusie

Daar ga je. We hebben zojuist PCB-stenciling binnenstebuiten ontleed en u alles getoond wat u moet weten. Gewapend met deze kennis, kunt u beter specifieke drukfouten vermijden die uw PCB-project zouden kunnen verpesten.

Bovendien kunt u contact met ons opnemen wanneer u zich verloren voelt in het fabricageproces van PCB's. We hebben zowel top-draw-expertise als ultramoderne apparatuur om u te helpen elk probleem in het PCB-stencil op te lossen.