Transcript White Paper Stenciler

WHITE PAPER
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.
Hemsida: www.hpetch.se
e-post: [email protected]
WHITE PAPER
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
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
Steppningen måste
göras innan
stencilen laserskärs
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
Elektroformning är
komplicerat
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.
Hemsida: www.hpetch.se
e-post: [email protected]
WHITE PAPER
På eletroformade
stenciler hamnar
step-up/step-down
på undersidan av
stencien
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
HP Etch ensamma
om precisionsetsning
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
Stencilmaterial med fin kornstorlek
Finare kornstruktur
ger bättre släpp.
Japanstålet
används till alla
stenciler
Sedan 2005 har HP Etch succesivt ersatt ett amerikanska stål med en
kornstorlek på 20-30 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.
Hemsida: www.hpetch.se
e-post: [email protected]
WHITE PAPER
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 20-30 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.
Närbild step-up-yta.
Notera hur nära det är möjligt
att lägga områden med olika
stenciltjocklek.
Högprecisionsetsad steppad stencil där de blanka områdena är step-up.
Hemsida: www.hpetch.se
e-post: [email protected]
WHITE PAPER
Etsning kan
kombinera step-up
och step-down på
samma stencil
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.
Finare kornstorlek
ger mindre
spänningar
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
Nickel/teflon
beläggning av
stenciler och raklar
är patenterat av
HP Etch
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 kan
minska area ratio
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.
Nickelteflon
möjliggör ännu
mindre öppningar
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 01005.
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.
Hemsida: www.hpetch.se
e-post: [email protected]
WHITE PAPER
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:
08 588 823 83
e-post: [email protected]
Jan Kilén
Tel :
08 588 823 51
e-mail: [email protected]
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: www.hpetch.se
Hemsida: www.hpetch.se
e-post: [email protected]