Szablon SMT jako kluczowy element w Twoim procesie montażu SMT

Na początku chciałbym Cię zachęcić do krótkiej podróży w przeszłość. Większość z nas pamięta te toporne, duże telefony komórkowe, nazywane często „cegłą” czy „klockiem”. Podobnie było z komputerami — ciężkimi i nieporęcznymi. Dziś, wspominając te czasy, które wcale nie są tak odległe, uśmiechamy się na myśl o tamtej technologii. Współcześnie trudno nam sobie wyobrazić życie bez nowoczesnych, coraz mniejszych urządzeń, które nieustannie się miniaturyzują i są naszymi codziennymi towarzyszami. Jak więc doszło do tego, że te urządzenia przeszły taką metamorfozę, stając się lekkie, smukłe i bardziej kompaktowe?

Rewolucję w świecie elektroniki zapoczątkowała technologia SMT (Surface Mount Technology), która umożliwia montaż niezwykle małych komponentów. Wiąże się to jednak z wyzwaniami dotyczącymi utrzymania wysokiej jakości wyrobów. Kluczowym aspektem, który często decyduje o sukcesie lub porażce w procesie SMT, jest precyzyjne nakładanie pasty lutowniczej. To prowadzi nas do głównego tematu naszego artykułu – szablonu SMT.

Szablon SMT to cienki arkusz materiału, najczęściej ze stali nierdzewnej, z wyciętym szeregiem apertur/otworów, które odzwierciedlają miejsca padów lutowniczych na płytce obwodu drukowanego PCB. Jego zadaniem jest dokładne i precyzyjne nałożenie odpowiedniej ilości pasty lutowniczej.

Rodzaje szablonów SMT ze względu na proces produkcji

• Wycinanie laserowe

Apertury wycinane są za pomocą specjalnej maszyny do cięcia laserowego, które do tego procesu wykorzystują ruchomą głowicę światłowodowego lasera. Jest to proces subtraktywny i daje bardzo dokładne otwory o gładkich ściankach. Obecnie ta technologia jest preferowana i najczęściej używana.

• Trawienie chemiczne

Jak sama nazwa wskazuje, apertura tworzona jest w procesie trawienia chemicznego. Zaletą tutaj są niskie koszty produkcji, jednak uzyskiwane otwory są gorszej jakości w porównaniu do opisywanej wyżej technologii wycinania laserowego. 

• Elektroformowanie

Proces elektrochemicznego osadzania niklu. Ta metoda charakteryzuje się długim czasem produkcji oraz wysokimi kosztami początkowymi co ostateczne sprawia, że jest ona najmniej popularna.

Rodzaje szablonów SMT ze względu na rodzaj ramki i obszaru zastosowania

• Szablony prototypowe oraz bezramkowe

Przeznaczone do ręcznego nakładania pasty i stosowane do krótkich serii lub serii prototypowych. Nie posiadają żadnej na trwale przymocowanej ramy. Są stosunkowo niedrogie, ale mogą sprawiać problemy w osiągnięciu odpowiedniej powtarzalności procesu. Nie są stosowane w produkcji seryjnej.

• Szablony w ramkach

Trwale przymocowane do ramy zapewniają odpowiedni naciąg szablonu. Wykorzystywane przy produkcji seryjnej gwarantują najwyższą jakość drukowania pasty lutowniczej.

Jakie ważne są elementy szablonu?

RAMA

Rama służy jako solidna i wspierająca konstrukcja dla szablonu SMT. Może być wykonana z metalu lub posiadać unikatowy system montażu. Ma za zadanie zapewnić stabilność podczas drukowania i bezpiecznie utrzymywać szablon, zapobiegając jego przesuwaniu się.

APERTURY

Precyzyjne otwory w materiale szablonu, określające poprzez kształt i rozmiar ilość drukowanej pasty lutowniczej. Pozwalają na dokładne i kontrolowane nakładanie pasty lutowniczej. Wymiary apertur odgrywają kluczową rolę w uzyskiwaniu odpowiedniej objętości pasty podczas procesu nadruku.

MATERIAŁ

Zwykle jest to stal nierdzewna lub nikiel o odpowiedniej granulacji. Materiał dobierany jest ze względu na precyzję i wytrzymałość na proces nadruku pasty lutowniczej przy użyciu rąk. Może występować w różnych grubościach i posiadać różne powłoki w zależności od projektu PCB i ich zastosowań.

MECHANIZM NAPINAJĄCY

Kluczowy element, który gwarantuje odpowiednią sztywność szablonu oraz naciąg, niezbędny do równomiernego przylegania szablonu do powierzchni płytki obwodu drukowanego w trakcie nadruku pasty. Zapewnia on także właściwe parametry objętości i kształtu pasty po procesie nadruku.

Szablony SMT do specjalnych zastosowań

• Szablony stopniowane oraz 3D

Przeznaczone do aplikacji, gdzie montowane są komponenty zarówno o małych jak i dużych aperturach, które są zróżnicowane pod kątem wymogów odnośnie wysokości nakładanej pasty. Pozwalają na optymalizację nadruku pasty lutowniczej poprzez zastosowanie obszarów o zróżnicowanej grubości szablonu. Szablony 3D to rozwinięcie szablonów stopniowanych, które pozwalają na tworzenie „wnęk” lub umieszczanie komponentów „komponent na komponencie”. Zapewniają niezbędny stopień swobody przy różnicy poziomów do 3mm i indywidualnej grubości materiału.

• Szablony „NANOVATE”

Opatentowana technologia „Nanovate” wykorzystuje ziarna 10-20nm, w związku z czym szablony nadają się do cięcia laserem, podobnie jak szablony ze stali nierdzewnej. Tego typu szablony są sztywne, gładkie i jednocześnie elastyczne.

• Szablony do drukowania kleju
• Szablony ze specjalnymi powłokami

Szablony te mają za zadanie poprzez zastosowanie specjalnych powłok czy lakierowania poprawę parametrów drukowania, szczególnie w przypadku nakładania pasty dla bardzo małych komponentów. Dodatkowo ich zadaniem jest ograniczenie zatykania się apertur podczas automatycznego nadruku pasty oraz ograniczanie cyklów mycia szablonu SMT.

Jak łatwo można zauważyć rynek oferuje różne rodzaje szablonów SMT. Aby dobrać odpowiedni szablon do produkcji, należy wziąć pod uwagę szereg czynników takich jak: projekt PCB, sposób nakładania pasty lutowniczej czy park maszynowy, jaki będzie w tym celu wykorzystywany. Równie ważną rzeczą jest dobrze przygotowany projekt szablonu SMT. Dzięki odpowiedniemu kształtowi apertur można zaoszczędzić sporo czasu oraz pieniędzy podwyższając stabilność procesu i zwiększając jakość. Jeśli masz wątpliwości, jaki szablon wybrać, możesz skontaktować się z firmami specjalizującymi się w projektowaniu szablonów SMT, które doradzą i zaoferują wsparcie techniczne. Zachęcam jednak do projektowania i próbowania swoich sił. Zdobyte doświadczenie na pewno zaprocentuje bowiem również w innych obszarach procesu montażu komponentów elektronicznych.

Autor: Artur Brzychciński

Lamides s.c.

http://www.lamides.pl/