Stenciler för rätt mängd lodpasta

Transkript

1 Stenciler för rätt mängd lodpasta WHITE PAPER Högprecisionsetsad, steppad stencil från HP Etch där stencilen är tjockare på de blanka områdena och tunnare på de matta. Notera att det är möjligt att tillverka stencilen så att ursprunglig tjocklek behålls längs stencilens kanter för att försäkra sig om tillräcklig styrka och stabilitet i infästningen mot spännramen.

2 På senare tid har det förekommit en del påståenden att vanlig stenciltryckning med vanliga stenciler inte kommer att klara av de krav som ställs vid elektronikproduktion. Ingenting kan vara mer felaktigt utan denna väl fungerande teknik kommer att vara dominerande under överskådlig tid framöver. Detta white paper förklarar varför den vanliga stenciltryckningen inte är död och hur de olika stenciltillverkningsmetoderna skiljer sig åt när det gäller stenciler med olika tjocklek, så kallade steppade stenciler. Rätt mängd lodpasta för varje komponenttyp En stencil med en tjocklek är alltid en kompromiss Step-up Step-down Uretsning IPC-7525A Steppningen måste göras innan stencilen laserskärs Elektroformning är komplicerat En alltmer varierande flora av komponentstorlekar som kräver olika stor mängd lodpasta. Att välja en stencil med samma tjocklek över hela ytan innebär ofta en kompromiss med resultat att den är för tjock för de minsta komponenterna och samtidigt för tunn för de största, speciellt om det är fråga om pin-in-paste. Enda sättet att undvika denna kompromiss och garantera att alla komponenter, oavsett storlek, får rätt mängd lodpasta är att använda en steppad stencil eller att individuellt dispensera lodpasta på varje lödö. Det finns olika typer av steppning; tunnare områden brukar benämnas stepdown medan tjockare områden kallas step-up. Om stencilen görs tunnare på undersidan talar man om uretsning. Uretsning är en kavitet på undersidan för att kompensera för upphöjningar på mönsterkortet, t ex etiketter, och innehåller vanligtvis inga aperturer. Rekommendationer för steppning finns i industristandarden IPC-7525A Guidelines for Stencil design. Laserskuret och steppade stenciler Laserskurna steppade stenciler måste först etsas eller elektroformas till rätta tjocklekar (så kallade blanks ) innan de kan laserskäras. I många fall måste detta göras hos olika företag med längre ledtid som följd. Enstaka upphöjningar kan byggas upp selektivt på kemisk väg. Nackdelen är att detta är en dyr och långsam process samt att kanten på upphöjningen blir väldigt skarp (och hård) vilket riskerar att skada rakelbladen (speciellt kritiskt i ett slutet tryckhuvud). Vid laserskärning blir ytan grov på öppningarnas väggar, ju högre hastighet desto grövre yta. Det bildas en del slaggprodukter runt kanten på öppningen och därför måste laserskurna stenciler alltid efterbehandlas för att ta bort restprodukter, därav den lite mattare ytan. Elektroformning och steppade stenciler Resultatet vid tillverkning av steppade stenciler skiljer sig något mellan etsning och elektroformning. För att lodpastan ska rulla så krävs att stencilens översida har en viss friktion. Nickel har normalt en förhållandevis låg ytenergi och för att öka friktionen på nickelytan så är underlaget som elektroformade stenciler byggs upp från med avsikt oftast mikroskopiskt räfflad. Detta innebär att den stencilytan som byggs upp från underlaget får en spegelvänd yta av underlaget och alltså en högre friktion varför den kommer att bli stencilens ovansida.

3 På eletroformade stenciler hamnar step-up/step-down på undersidan av stencien HP Etch ensamma om precisionsetsning Eftersom den yta som vilar mot underlaget blir stencilens ovansida så kommer alla tjockleksförändringar, d v s step-up och step-down, att hamna på undersidan av stencilen på elektroformade stenciler. Detta innebär att elektroformade step-up stenciler är problematiska på grund av att stencilen oftast inte tätar mot mönsterkortet på ett tillförlitligt sätt och att den blir vågig efter en tids användning. Eftersom all steppning görs på ett område som är något större än komponenten i fråga så finns det för step-down på undersidan alltid en risk att närliggande komponenter får för mycket lodpasta eftersom hela stepdown kaviteten antagligen kommer att fyllas med pasta. Högprecisionsetsning För att tillverka öppningar med släta väggar (utan timglasform ) använder HP Etch specialbyggda etsmaskiner med ett stort antal etsmunstycken, placerade nära plåten, med individuell styrning av tryck och flöde på såväl under- som ovansida. Utöver den avancerade utrustningen och en noggrann processkontroll krävs också en djup kunskap om etskompensering för att kunna tillverka högkvalitativa stenciler som möter marknadens krav. Med högprecisionsetsning är det möjligt att med stor noggrannhet bestämma stencilväggens vinkel. Öppningens tvärsnitt på stenciler från HP Etch är trapetsformat för att förbättra släppegenskaperna, se figur. Schematisk bild av en stencilöppning med trapetsformat tvärsnitt Finare kornstruktur ger bättre släpp. Japanstålet används till alla stenciler Stencilmaterial med fin kornstorlek Sedan 2005 har HP Etch succesivt ersatt ett amerikanska stål med en kornstorlek på μm med ett japanskt stål med en finare kornstorlek på endast 1-2 μm. Den finare kornstorleken innebär att stencilväggarna blir ännu slätare vilket resulterar i bättre pastasläpp, se figur nedan. Sedan 2007 tillverkas alla typer av stenciler från HP Etch med det finkornigare japanstålet.

4 Sedan 2007 använder HP Etch endast ett japanskt stål, Datum FG, med en kornstorlek på 1-2 μm Ju finare partiklar i lodpastan desto viktigare med släta väggar Finare kornstorlek ger fördelar endast vid etsning Tidigare användes ett amerikanskt stål, AISI 301/302/304, med en kornstorlek på μm Vanligtvis ökar kladdigheten ( tackiness ) hos lodpastan med minskande storlek på lodpartiklarna. En typ 4 pasta är därmed oftast kladdigare än en typ 3 pasta. Ökande kladdighet medför också ökad vidhäftningen varför betydelsen blir allt större att väggen i stencilöppningen är slät och har bra pastasläpp. Ju finare partikelstorlek desto viktigare att tillverkningsmetoden ger släta väggar, att stencilmaterialet har fin kornstorlek och att man kan styra släppvinkeln. Att använda ett stål med fin kornstorlek vid laserskärning ger inga fördelar då lasern smälter materialet utan det är endast vid etsning man kan dra fördelar av den fina strukturen. Högprecisionsetsning och steppade stenciler Vid etsning av steppade stenciler görs alla typer av steppning (step-up, stepdown och uretsningar) i samma process. Stenciler med flera olika tjocklekar måste köras flera gånger genom etsmaskinen, lika många som antalet olika tjocklekar. Steppning görs från 0,2 mm i olika steg ner till 0,1 mm men även ner till 0,03 mm har tillverkats till kund. Högprecisionsetsad steppad stencil där de blanka områdena är step-up. Närbild step-up-yta. Notera hur nära det är möjligt att lägga områden med olika stenciltjocklek.

5 Etsning kan kombinera step-up och step-down på samma stencil Finare kornstorlek ger mindre spänningar Nickel/teflon beläggning av stenciler och raklar är patenterat av HP Etch Nickelteflon kan minska area ratio Nickelteflon möjliggör ännu mindre öppningar Högprecisionsetsning ger också möjlighet att tillverka stenciler med både step-up och step-down på ovansidan på samma stencil, dessutom kan det även finnas uretsningar på undersidan. På stora mönsterkort med apertur placerad nära kanten kan uretsning användas för att minska inverkan av clampingen i tryckaren som håller fast mönsterkortet. En annan fördel med finare kornstorlek är att materialet har färre inbyggda spänningar vilket gör att det förblir plant även vid etsning av endast ena sidan. Då steppningen sker på ovansidan av stencilen så sker endast etsning på ovansidan och i aperturerna medan resten av undersidan förblir blank vilket förenklar rengöringen av stencilen i tryckaren. Nickelteflonbehandlade stenciler Nickelteflonbeläggning är ett sätt att ytterligare förbättra pastasläppet i små aperturer samtidigt som det förenklar rengöringen av undersidan av stencilen i tryckaren. Nickelteflon har betydligt lägre ytenergi än den rena metallen varför detta minskar vidhäftningen av lodpastan mot stencilväggen och undersida av stencilen. HP Etch kan också belägga rakelblad med nickelteflon för att minska vidhäftningen mellan rakel och lodpasta vilket ger bättre squeegee release properties, det vill säga minskar risken att pasta fastnar på rakeln. Nickelteflon möjliggör en minskning av area ratio, d v s förhållandet mellan stencilöppningens area och stencilväggens area, från 0,67 ner mot 0,5 beroende på kvaliteten i tryckprocessen. Etsning innebär en begränsning av den minsta möjliga håldiametern som kan tillverkas för varje stenciltjocklek. Genom att nickelteflon bygger på ytan så kan HP Etch på detta sätt minska diametern på de minsta öppningarna och därmed erbjuda stencilöppningar för de absolut minsta komponenterna, t ex Slutsats Högprecisionsetsning kan dra riktiga fördelar av att använda ett rostfritt material med ultrafin kornstorlek. Finare kornstruktur ger slätare väggar som förbättrar pastasläppet jämfört med vanligt stencilstål. Steppade stenciler är en väl fungerande metod att applicera rätt mängd lodpasta för varje typ av komponent. Etsning kan kombinera step-up/step-down på ovansidan på samma stencil och dessutom ha uretsningar på undersidan. Eftersom HP Etch är ensamma om högprecisionsetsning för stenciltillverkning är metoden ganska okänd utanför Sverige. Därför behandlas denna metod väldig sällan i artiklar i internationell branschpress. De (negativa) kommentarer om etsning som finns med i flera stencilartiklar är inte applicerbara på högprecisionsetsning. Med nickelteflonbehandling är det möjligt att ytterligare förbättra pastasläppet från stenciler och rakelblad.

6 Högprecisionsetsad, steppad stencil från HP Etch där stencilen är tjockare på de blanka områdena och tunnare på de matta. Prova Har du inte tidigare provat högprecisionsetsade stenciler, vanliga eller steppade, eller våra rakelblad så gör du det enklast genom att kontakta Göran Karlström eller Jan Kilén på telefon eller via e-post. Göran Karlström Tel: e-post: Jan Kilén Tel : jan.kilen@hpetch.se För en vanlig högprecisionsetsad provstencil betalar du samma pris som för en stencil från din ordinarie leverantör. För information om våra övriga produkter se vår hemsida: