Як адаптувати трафарет до дизайну вашої друкованої плати?

Стаття містить кілька коментарів щодо дизайну трафарету в ситуаціях, коли найкращим рішенням є створення ступінчатого трафарету.

Вступ

Процес оптимізації дизайну трафарету слід починати з перегляду загального макета друкованої плати. Тип і розташування компонентів, щільність їх розташування та наявність компонентів THT є факторами, які визначають вибір відповідних технологій для забезпечення найкращих результатів у процесі друку паяльною пастою. Перший вибір – це товщина трафарету та те, чи будуть потрібні трафарети різної товщини, тобто ступінчасті трафарети.

Деякі компоненти, такі як uBGA, BTC або компоненти з наскрізним отвором, також потребуватимуть особливої ​​уваги при проектуванні апертури. Товщина трафарету, розмір апертур і щільність їх розташування є факторами, які впливають на вибір матеріалу трафарету.

Виробничий процес має кілька важливих факторів, які впливають на кінцевий успіх і висока точність розмірів і якість вирізання отворів є вирішальними для отримання повторюваних високоякісних нанесень паяльної пасти. Фінішні покриття трафаретів, які колись вважалися необхідними лише для складних процесів, тепер довели свій позитивний вплив на вдосконалення будь-якого процесу друку, у якому вони застосовуються.

Огляд проекту

Компонування друкованої плати визначає вибір основних параметрів трафарету, тобто товщини фольги та розміру апертури. Менші компоненти з тонкими виводами потребують тоншої фольги товщиною від 3-5 міл. Більші компоненти, такі як роз’єми THT або системи, схильні до викривлення або компланарності, вимагають більш товстої трафаретної фольги, у діапазоні 6-8 міл або більше.

Ретельний аналіз дизайну іноді призводить до виявлення суперечливих вимог, які потребують особливої ​​уваги при проектуванні трафарету, а також допомагає визначити найкращий матеріал трафарету, виробничий процес і покриття. Перевірка починається з автоматизованого перегляду компонування друкованої плати за допомогою відповідного програмного забезпечення для контролю дизайну. Програмне забезпечення зчитує файл Gerber і обчислює всі коефіцієнти площ, позначаючи ті, які падають нижче певного порогу, зазвичай 0,66.

Ступінчасті трафарети

Ступінчасті трафарети або трафарети з локальною зміною їх товщини можуть забезпечити оптимальне вирішення суперечливих вимог щодо товщини. Трафарети можна розмістити кількома способами:

• Step Up: локально збільшує товщину трафарету
• Step Down: локально зменшує товщину трафарету
• Зміна товщини трафарету може відбуватися з його верхньої або нижньої сторони
• Трафарети з плавною зміною товщини
• Кутові сходинки для зменшення зносу ракеля
• Виїмки в трафареті з боку друкованої плати, пристосовані до перешкод на друкованій платі, таких як етикетки.

Кроки можна створити за допомогою:

• Хімічного травлення
• Фрезерування
• Зварювання

«Офіційна» специфікація IPC-7525 пропонує метод розрахунку необхідної «зони захисту» на основі глибини кроку для оптимізації якості друку, як показано в таблиці 1.

Таблиця 1.

Правило, яке міститься в стандарті, стверджує, що на кожні 0,025 мм (0,98 міл) кроку трафарету має бути 0,9 мм (35,4 міл) «зона захисту», в якій не повинні проектуватися апертури.

Інші вказівки щодо проектування ступінчатих трафаретів включають обмеження максимальної висоти (глибини) однієї сходинки до 2 міл (50 мкм), щоб гарантувати, що тиск заповнення отвору підтримується на достатньо високому рівні, і мінімальну захисну зону 25 міл (625 мкм) навколо отворів. Чим далі ви можете розмістити сходинку від апертури, тим краще. Це дозволяє ракелю підходити та притискатися до сходинки, запобігаючи накопиченню та висиханню пасти біля стінок сходинки. Компоненти, для яких не обов’язково потрібні кроки, але їх присутність не шкодить їм, часто розміщуються в виділеній області трафарету, щоб зберегти зону захисту. Іншим варіантом компонування друкованої плати є групування компонентів, які вимагають кроків, у кластери, що дозволяє створювати меншої кількості більших областей кроків замість багатьох маленьких зон кроків.

Якщо бажана глибина кроку становить лише 1 міл (25 мкм), ідеальним рішенням може бути фольга з поступовим розміром. Електроформована нікелева фольга доступна в розмірах 3.5, 4.5, 5.5 або 6.5 міл та виготовляється в гальванічних резервуарах. Нікелева фольга не тільки забезпечує збільшення товщини менше ніж на 1 міл, але й забезпечує високу довговічність для процесів, які вимагають високого тиску леза ракеля.

Малюнок 1. Інструкції з проектування альтернативного трафарету Step Down.

QFN або інші компоненти з виводами на нижній стороні через необхідність використання дуже малих отворів із кроком 0.5 мм часто вимагають використання ступінчастих трафаретів. З іншого боку, завдяки економічній ціні та надійності ці компоненти стають все більш популярними. На додачу до того, що іноді потрібно створити тонші ділянки трафарету, вони також вимагають особливої ​​уваги до великої центральної панелі, яка часто використовується для розсіювання тепла або заземлення. Якщо на прокладку нанести недостатню кількість пасти, її ефективність буде знижена. І навпаки, якщо нанести занадто багато паяльної пасти, компонент може нахилятися або плавати, створюючи відкриті або ненадійні паяні з’єднання. Якщо на контактній площадці заземлення є термічні отвори, нагріта паста може вийти через них на нижню частину плати, що є безпосередньою причиною утворення пустот. Крім того, флюс у паяльній пасті може спричинити утворення пустот під термопрокладкою. Тому розробнику трафарету важливо передбачити кілька отворів для центральної прокладки, забезпечивши правильну відстань (2-3 міл), створивши канали виділення газів і таким чином обмеживши дефект утворення пустот, а також уникнувши друку пасти на матеріалі теплопровідників.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl