چگونه فاصله جدا شدن شابلون‌ها را برای شابلون‌های مختلف تنظیم کنیم؟

اگر یک عملیات چاپ خمیر لحیم کاری را اجرا می کنید، از قبل می دانید که حتی تنظیمات کوچک در فرآیند شما می تواند باعث ایجاد یا شکسته شدن بازده شود - به خصوص زمانی که صحبت از فاصله کوتاه می شود. برای کسانی که هنوز در علف‌های هرز نیستند، فاصله گیر کردن فاصله بین شابلون و برد مدار چاپی (PCB) در لحظه‌ای است که خمیر لحیم کاری عبور خود را تمام می‌کند. خیلی سفت است و شابلون روی تخته کشیده می‌شود، خمیر را روی پدها می‌مالد، باعث ایجاد شورت یا حتی بلند کردن اجزای ریز می‌شود. خیلی شل است، و خمیر به درستی منتقل نمی شود، که منجر به خشک شدن اتصالات یا مدارهای باز می شود که زمان و مواد را هدر می دهد. در طول 12 سالی که من به عنوان پیشرو فنی در یک تامین کننده چاپگر خمیر لحیم کاری کار کردم، تیم هایی را دیده ام که کل دوره های تولید را کنار می گذارند، زیرا آنها از یک تنظیم فوری برای همه استفاده می کردند. خبر خوب این است: تنظیم این فاصله برای شابلون‌های مختلف آنقدرها که به نظر می‌رسد پیچیده نیست - وقتی متوجه شدید که طراحی شابلون، مواد و چاپگر خاص شما چگونه معادله را تغییر می‌دهند.

ابتدا بیایید با چه چیزی کار می کنیم روشن شویم. من به این موضوع اشاره می‌کنم زیرا همیشه با مشتریان جدیدی صحبت می‌کنم که انواع شابلون‌ها را با هم ترکیب می‌کنند، و این سردرگمی دلیل شماره 1 است که آنها اشتباه می‌کنند. شابلون ها در سه شکل اصلی برای SMT وجود دارند: نیکل الکتروشکل شده (دیواره های با دقت بالا، نازک، معمول برای آی سی های ریز)، فولاد ضد زنگ برش لیزری (بادوام، همه کاره، برای اکثر تخته های استاندارد کار می کند) و شابلون های اچ شده (ارزان تر، اما دقیق تر، بیشتر برای نمونه های اولیه کم). هر کدام از اینها ضخامت‌ها، هندسه‌های باز و استحکام متفاوتی دارند که همه اینها مستقیماً بر میزان فاصله‌ای که نیاز دارید تأثیر می‌گذارد. ویژگی‌های شابلون متغیر مانند پله‌آپ‌ها، پخ‌ها یا طرح‌های ریلی را به کار ببرید، و ناگهان تنظیمات ضربه‌گیر شما چیزی جز جهانی می‌شود.

بیایید با رایج‌ترین سناریو شروع کنیم: شابلون‌های استاندارد فولاد ضد زنگ با برش لیزری، برای اکثر اجراهای SMT با حجم متوسط. این شابلون ها معمولاً ضخامت 0.1 تا 0.2 میلی متر دارند و دارای دهانه های مستطیلی یا مربعی برای مقاومت ها، خازن ها و سایر اجزای استاندارد بدون سرب هستند. برای اینها، نقطه شیرین برای اسنپ آف معمولاً 0.2 میلی متر تا 0.3 میلی متر است، اما این تنها یک خط پایه است. چرا؟ از آنجایی که شابلون های برش لیزری سفت و سخت هستند، بنابراین به خودی خود زیاد خم نمی شوند. هنگامی که اسکاج به سمت عرض کشیده می شود، شابلون به اندازه کافی فاصله دارد تا اجازه دهد خمیر لحیم به طور تمیز و بدون کشیدن منتقل شود. چند سال پیش مشتری‌ای را به خاطر می‌آورم که هفته‌ای 10000 تخته را با شابلون‌های لیزری 0.15 میلی‌متری چاپ می‌کرد و ماه‌ها با گیره‌های 0.2 میلی‌متری چسبیده بود - تا اینکه به آی سی‌های ریزپیچ روی آوردند. هنگامی که آنها QFIهای 0.4 میلی متری را به خط خود اضافه کردند، تنظیم 0.2 میلی متری آنها باعث شد شابلون روی پدهای آی سی کوچک کشیده شود و 15٪ از اتصالات باز بماند. ما قطع شدن آنها را روی 0.25 میلی متر تنظیم کردیم و نرخ اتصال باز به زیر 1٪ کاهش یافت. نکته کلیدی در اینجا این است: شابلون های استاندارد استحکام ثابتی دارند، بنابراین تغییرات کوچک (0.05 میلی متر افزایش) تمام چیزی است که برای اکثر برنامه ها نیاز دارید.

مرحله بعدی: شابلون های نیکل الکتروشکل شده، استاندارد طلایی برای کاربردهای با دقت بالا مانند بسته بندی آی سی یا قطعات ریز. این شابلون‌ها بسیار نازک‌تر هستند - معمولاً 0.05 میلی‌متر تا 0.1 میلی‌متر - با دهانه‌های بسیار دقیق و حکاکی شده در دیواره‌های کناری که دقیقاً با طراحی پد آی‌سی مطابقت دارند. نکته مهم اینجاست: شابلون های الکتروفرم شده نسبت به فولاد برش لیزری به مراتب سخت تر هستند، بنابراین فاصله زیاد با ضربه زدن باعث "انحراف شابلون" می شود. معنی آن این است که وقتی شابلون را از روی تخته بلند می‌کنید، در لبه‌ها خم می‌شود و به جای اینکه دست نخورده بماند، خمیر لحیم را از دهانه‌های ریز پد بیرون می‌کشد. برای شابلون های الکتروفرم شده، فاصله جدا شدن باید کوچکتر باشد - معمولاً 0.1 میلی متر تا 0.2 میلی متر. من همیشه توصیه می کنم اگر به الکتروفرمد تغییر می دهید ابتدا این را روی یک برد ساختگی آزمایش کنید. سه ماهه گذشته، مشتری ساخت ماژول های رادار خودرو (که از آی سی های 0.2 میلی متری استفاده می کنند) یادداشتی برای من ارسال کرد که می گفت اتصالات آن ها ناسازگار است. آن‌ها قطع‌شدن خود را روی 0.3 میلی‌متر تنظیم می‌کردند، زیرا این کار برای شابلون‌های لیزری آن‌ها کار می‌کرد، و شابلون نازک شکل‌داده‌شده به‌طور الکتریکی آنقدر خم می‌شد که 20 درصد از پدهای آی‌سی اصلاً خمیری نداشتند. ما آنها را از طریق یک آزمایش سریع راهنمایی کردیم: Snap-off را روی 0.1mm تنظیم کنید، 10 تخته تست را چاپ کنید، انتقال خمیر را بررسی کنید، سپس در صورت نیاز آن را 0.02 میلی متر بالا ببرید. آنها نتایج عالی را در 0.15 میلی متر دریافت کردند و بازده آنها از 75٪ به 99٪ در یک بعد از ظهر رسید. این تفاوت بین درک متریال استنسیل و حدس زدن است.

سپس شابلون‌های تخصصی وجود دارند - شابلون‌های مرحله‌ای، شابلون‌های پخ‌دار، و آنهایی که ویژگی‌های سفارشی برای اجزای پرقدرت دارند. به عنوان مثال، شابلون‌های پله‌ای دارای نواحی ضخیم‌تر یا نازک‌تر هستند تا خمیر بیشتری روی پدهای قدرت بزرگ و کمتر روی پدهای سیگنال کوچک قرار گیرد. اینها در حال حاضر بسیار رایج هستند زیرا محصولاتی مانند تلفن های هوشمند و خودروهای برقی قدرت بیشتری را در فضاهای کوچکتر جمع می کنند. برای شابلون های پله ای، فاصله ی snap off به ارتفاع پله بستگی دارد. اگر یک شابلون پایه 0.1 میلی‌متری با یک پله 0.1 میلی‌متری روی پدهای برق دارید، به یک ضربه محکم‌تر (0.3 تا 0.4 میلی‌متر) نیاز دارید زیرا ناحیه پله بالاتر از برد قرار دارد. اگر snap off شما خیلی کوچک است، شابلون پایه پایینی در حالی که مرحله در بالا باقی می ماند، روی تخته کشیده می شود و خمیر را روی پدهای سیگنال آغشته می کند. یک سال پیش یک مشتری داشتم که روی سیستم های مدیریت باتری EV کار می کرد و از استنسیل های پله ای برای PCB های BMS خود استفاده می کرد. آنها در ابتدا گیره خود را روی 0.2 میلیمتر تنظیم کردند و اتصالات پد برق آنها کوتاه شد زیرا پایه پایینی شابلون در هنگام بلند کردن تخته را لمس می کرد. هنگامی که snap off را روی 0.35 میلی متر تنظیم کردیم، کشش از بین رفت و نرخ کوتاه به نزدیک صفر کاهش یافت. شابلون‌های پخ‌دار جانوری دیگری هستند - دهانه‌های مخروطی آن‌ها نیاز به گیره‌ای کوچک‌تر (0.15 تا 0.25 میلی‌متر) دارند، زیرا پخ به آزاد شدن خمیر کمک می‌کند، بنابراین فاصله بیش از حد باعث می‌شود که خمیر قبل از اینکه کاملاً رسوب کند، از بین می‌رود.

اکنون، این فقط مختص شابلون نیست، چاپگر شما نیز اهمیت دارد. من می بینم که بسیاری از مردم این را نادیده می گیرند، با این فرض که همه چاپگرها می توانند تنظیمات یکسانی را انجام دهند، اما این درست نیست. اگر از a استفاده می کنیدچاپگر صفحه نمایش دستیبرای اجراهای نمونه اولیه با حجم کم، محدوده ی اسنپ آف شما به میزانی که می توانید پیچ ​​های مکانیکی را تنظیم کنید، معمولاً 0.1 تا 0.5 میلی متر محدود می شود. برای تولید با حجم بالا، یک خودکاردستگاه تولید قطعات الکترونیکی SMTدارای تنظیمات snap off موتوری است که می تواند تنظیمات را تا 0.01 میلی متر تنظیم کند، که برای کارهای دقیق بسیار مهم است. حتی در میان چاپگرهای خودکار، مدل‌های با دقت بالا ماننددستگاه PCB چند لایه دستگاه SMT با دقت بالادارای موتورهای خطی هستند که موازی‌های جداشدگی را در کل شابلون کنترل می‌کنند - بنابراین یک طرف شابلون سریع‌تر از طرف دیگر بلند نمی‌شود که باعث انتقال ناهموار خمیر می‌شود. برای مشاغل پیچیده مانندخط تولید هوشمند صنعتی تولید آی سیخطوط، که در آن استنسیل ها روزانه بر اساس دسته های مولفه تغییر می کنند، تنظیمات قابل برنامه ریزی Snap-off که به طور خودکار در هر نوع استنسیل تنظیم می شوند، یک تغییر بازی هستند.

بیایید عملی شویم—چگونه این را آزمایش و تنظیم می کنید، به جای اینکه فقط اعداد را حذف کنید؟ من و تیمم یک تست سریع 5 مرحله‌ای را برای هر شابلون یا کار جدید آموزش می‌دهیم، و از آن برای کاهش 30 درصدی زمان راه‌اندازی برای مشتریانمان استفاده کرده‌ایم. ابتدا یک برد آزمایشی با طیف وسیعی از اجزاء آماده کنید: یک آی سی ریز، یک مقاومت استاندارد و یک پد برق بزرگ. دوم، snap-off اولیه خود را روی خط پایه برای شابلون خود تنظیم کنید (0.2mm برای لیزر، 0.15mm برای electroformed). ثالثاً، یک پاس اسکاج کامل را اجرا کنید، سپس به شابلون روی تخته قبل از بلند کردن آن نگاه کنید. اگر می بینید که خمیر لحیم خارج از منافذ روی شابلون لکه دار شده است، گیره شما خیلی سفت است. اگر هنگام بلند کردن، شکاف‌های کوچک یا خمیر خالی در دهانه‌ها مشاهده کردید، گیره‌تان خیلی شل است. چهارم، هر بار 0.05 میلی متر را تنظیم کنید، هر بار تخته تست را مجدداً چاپ کنید تا زمانی که به انتقال خمیر تمیز و کامل در همه انواع پد برسید. پنجم، یک بررسی بعدی انجام دهید: تعداد مفاصل و شورت های باز را روی 50 تخته متوالی بشمارید. اگر کمتر از هدف شما باشد (ما برای اکثر مشاغل زیر 0.5٪ را توصیه می کنیم)، شما خوب هستید. در غیر این صورت، با افزایش 0.02 میلی متری تغییر دهید، زیرا تغییرات کوچک، تفاوت های بزرگی را برای کارهای ریز ایجاد می کند.

همچنین باید به اشتباهات رایجی که حتی تیم های با تجربه هم مرتکب می شوند اشاره کنم. یکی از بزرگ‌ترین آن‌ها برای استنسیل استفاده نمی‌شود. شابلون ها پس از بیش از 10000 چاپ خراشیده، فرورفته می شوند یا دهانه ها فرسوده می شوند. یک شابلون که کمی فرسوده شده است، خمیر را متفاوت از یک استنسیل کاملاً جدید منتقل می کند، بنابراین ممکن است لازم باشد با افزایش سن شابلون، چسبندگی را 0.05 میلی متر افزایش دهید. اشتباه دیگر نادیده گرفتن تاب برداشتن PCB است. PCB های با چگالی بالا، به خصوص برای خودروهای الکتریکی یا هوافضا، می توانند در هنگام گرم شدن مجدد اندکی تاب بخورند، بنابراین اگر PCB شما تاب خورده است، برای جلوگیری از کشیده شدن شابلون روی لبه های برجسته، به یک جداکننده بزرگتر نیاز دارید. یکی از مشتریان در بخش هوافضا سال گذشته به من گفت که PCB های تاب خورده آنها باعث ایجاد 2٪ اتصالات باز می شوند تا اینکه 0.1 میلی متر به تنظیم قطع شدن آنها اضافه کردیم - مشکل در چند دقیقه حل شد. همچنین، فراموش نکنید که موازی‌سازی snap off را بررسی کنید، نه فقط فاصله کلی را. اگر شابلون هنگام بلند کردن کج شود، یک طرف شکاف بیش از حد و طرف دیگر خیلی کم خواهد داشت که منجر به چاپ ناهموار می شود. اکثر چاپگرهای مدرن دارای یک سنسور سطح برای تنظیم خودکار هستند، اما چاپگرهای دستی نیاز دارند که هر بار پیچ ها را به طور یکنواخت با دست ببندید.

چرا این موضوع در دراز مدت اهمیت دارد؟ تنظیم صحیح snap off فقط مشکلات عملکرد کوتاه مدت را برطرف نمی کند - ضایعات مواد را کاهش می دهد، زمان دوباره کاری را کاهش می دهد و عمر شابلون های شما را افزایش می دهد. اگر از تنظیمات شل استفاده می‌کنید که شابلون را می‌کشد، هر بار که چاپ می‌کنید، دیواره‌های شابلون را خراش می‌دهید، که نیاز به تعویض زودتر دارد. مشتری داشتیم که ماهیانه 50000 تخته را روی شابلون های لیزری اجرا می کرد و هر 6 ماه یکبار آنها را به دلیل آسیب درگ تعویض می کرد. پس از تنظیم snap off خود به 0.25 میلی متر صحیح، شابلون های آنها 18 ماه دوام آورد و بیش از 12000 دلار در سال در هزینه شابلون صرفه جویی کرد. این همان ROI است که باعث می‌شود تنظیمات فرآیند ارزش وقت گذاشتن را داشته باشند.

در پایان روز، هیچ فاصله‌ای برای قطع فوری وجود ندارد - هر شابلون، هر چاپگر، و هر کاری نقطه شیرین خود را دارد. نکته کلیدی این است که فراتر از حدس زدن حرکت کنید و تنظیمات خود را به مواد استنسیل، طراحی و تجهیزات خاص خود گره بزنید. اگر هنوز از همان تنظیمات snap off استفاده می‌کنید که 5 سال پیش استفاده می‌کردید، حتی اگر شابلون‌ها یا اجزای شما تغییر کرده باشند، بازده و پول را روی میز باقی می‌گذارید.

اگر آماده هستید که فرآیند خود را اصلاح کنید، یا اگر در مورد تنظیمات snap-off برای یک نوع شابلون یا خط تولید خاص سؤالی دارید، تیم ما اینجاست تا به شما کمک کند. ما با مشتریانی از فروشگاه‌های نمونه کوچک گرفته تا تأسیسات بزرگ تولید خودرو کار می‌کنیم و به آن‌ها کمک می‌کنیم در هر بخش از فرآیند چاپ لحیم کاری برای حداکثر بازده و کارایی شماره‌گیری کنند. با تیم ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای شابلون خود صحبت کنید، تنظیمات فعلی خود را آزمایش کنید، یا بدانید که چگونه تجهیزات ما می توانند از عملیات شما پشتیبانی کنند.

مراجع

1. "دستورالعمل های طراحی شابلون برای چاپ خمیر لحیم کاری"، انجمن IPC اتصال صنایع الکترونیک، 2022.
2. "پارامترهای فرآیند چاپ خمیر لحیم کاری: فاصله گیر کردن و فشار گیره"، Journal of Surface Mount Technology، جلد. 34، شماره 2، 2021.
3. "چاپ استنسیل با دقت بالا برای آی سی های ریز"، مجله بین المللی تحقیقات تولید، جلد. 16، شماره 4، 2020.