Die Auswirkung von Flächenform und Flächenverhältnis auf die Druckleistung von Lotpasten

Lesezeit (Wörter)

Der anhaltende Miniaturisierungstrend in der SMT-Fertigung bringt neue Herausforderungen und hochintegrierte Systeme mit sich. Bei passiven Bauelementen führt die Miniaturisierung zur Einführung der EIA-Größe 01005 oder kleiner. Typische 01005-Komponenten sind Chip-Widerstände und Chip-Kondensatoren mit den Abmessungen 0,4 mm x 0,2 mm. Trotz zahlreicher Veröffentlichungen auf diesem Gebiet, die sich bereits mit dem Drucken solcher Geräte befassen, bleibt ein definierter, vollständig optimierter Prozess ungelöst und inspiriert weitere neuartige Forschungsideen zu diesem Thema.

Dieser Artikel konzentriert sich auf den Schablonendruckprozess, da davon ausgegangen wird, dass die meisten Fehler auf diesem Prozessschritt beruhen. Darüber hinaus erweitert der Beitrag die Vorarbeit um grundsätzliche Überlegungen. Dabei werden unterschiedliche Werte für das Flächenverhältnis untersucht, die bewusst auf sehr niedrige Grenzen gesetzt sind.

Der Einfluss der Öffnungsform und -ausrichtung auf die Lötdruckleistung wird diskutiert. Es basiert auf verschiedenen Formen von Rechtecken. Beginnend mit einem Quadrat werden die Abmessungen schrittweise geändert, sodass sich das Quadrat weiter in ein Rechteck verwandelt. Darüber hinaus wird jedes Rechteck zusätzlich um 90° gedreht, um den Einfluss der Öffnungsrichtung zum Rakel hin beurteilen zu können.

Abbildung 1:Leiterplatten- und Lotpasten-Layout.

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Eigenschaften der Schablonenöffnung untersucht diese Forschung auch unterschiedliche Schablonendicken, Lotpasten und eine Variation der Rakelgeschwindigkeit. Die Auswertung aller Daten erfolgt anhand der beiden Kriterien Transfereffizienz und Standardabweichung. Für beide Experimente werden die gleichen Schablonenlayouts und die gleiche Lotpaste verwendet. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick und Vorschlägen zur Modifikation der aktuellen Berechnung durch Einschränkungen der Aperturabmessungen.

Versuchsaufbau

Der Versuchsaufbau umfasst drei Hauptvariablen, nämlich das Layout durch die Leiterplatte, die Lotpaste und die verwendeten Schablonen. Eine Beschreibung des Experimentiervorgangs wird weiter erläutert.

PCB-Layout

Für die Schablonendruckversuche wird als Trägermaterial eine schwarz eloxierte Aluminiumplatte mit den Maßen 160 x 160 x 1,5 mm verwendet. Dieses Material ist sehr steif und planar und stellt eine nahezu perfekte Druckoberfläche dar, um seinen Einfluss auf das Ergebnis des Druckprozesses zu minimieren. Darüber hinaus ermöglicht das schwarze Aluminiummaterial höhere Kontraste am SPI, was zu präziseren Messungen führt. Abbildung 1 zeigt den allgemeinen Aufbau der gedruckten Lotpastendepots auf der Leiterplatte.

Lötpaste

Der Schablonendrucktest zielte auch darauf ab, vier verschiedene No-Clean-SAC305-Lötpastenformulierungen zu vergleichen, die je nach Typ und Hersteller variieren. Es wurden Lotpasten vom Typ 4 und Typ 5 verwendet. Gemäß IPC J-STD-005 haben mindestens 80 % des Legierungspulvers in einer Paste vom Typ 4 eine Größe von 20–38 μm, während eine Paste vom Typ 5 das gleiche Legierungsverhältnis in Partikeln mit einem Durchmesser von 15–25 μm enthält. Aufgrund der geringen Abmessungen der getesteten Öffnungen wird davon ausgegangen, dass ein Unterschied in der Druckleistung, der auf die Partikelgröße (dh den Typ) zurückzuführen ist, durchaus möglich ist. In diese Studie wurden auch zwei Pastenlieferanten mit den Namen A und B einbezogen, die sowohl in Produkten des Typs 4 als auch des Typs 5 angeboten wurden. Da die Verteilung der Lotpastenpartikel vergleichbar ist, unterscheiden sich A und B hauptsächlich in der Zusammensetzung ihrer Flussmittelsysteme, was sich auf Rheologie und Druckfähigkeit auswirkt.

Schablonen

Insgesamt wurden für die Experimente drei Schablonen verwendet. Erstens unterscheiden sich die Schablonen durch ihre Dicke und zweitens durch die Größe ihrer Öffnungen (vergleiche Tabelle 1 mit Tabelle 3). Der allgemeine Aufbau ist identisch. Das Layout (Abbildung 1) kann in Zeilen und Spalten unterteilt werden. Jede Zeile stellt ein Flächenverhältnis dar, beginnend in Zeile A mit einem AR von 0,45 und endend mit einem AR von 0,65 in Zeile E. Jede Spalte in diesen Tabellen stellt unterschiedliche Blendenformen dar. Spalte 1 hat immer die Form eines Kreises, Spalte 7 ist ein Quadrat und Spalte 13 ist die Form einer Raute. Spalte 14 enthält spezielle Arten von Strukturen, die in diesem Artikel nicht behandelt werden. Die Spalten 2-6 und 8-12 sind gepaart mit den gleichen Abmessungen und unterscheiden sich nur in ihrer Ausrichtung zum Rakel. Die Spalten 2–6 sind mit der schmalen Seite dem Rakel zugewandt (also Nord-Süd-Ausrichtung), während die Spalten 8–12 mit der langen Seite des Rechtecks ​​dem Rakel zugewandt sind (Ost-West-Ausrichtung).

Klicken Sie hier, um die vollständige Version dieses Artikels zu lesen, der in der Dezemberausgabe 2017 des SMT Magazine erschien.