Menguasai Stencil PCB: Panduan Lengkap untuk Soldering Presisi

Stencil PCB Fase pencetakan adalah bagian paling kritis dari perakitan PCB. Ini juga yang paling beresiko, karena kesalahan paling kecil dapat merusak elektronik PCB yang selesai. Jadi kesalahan paling sering berasal dari pemasangan klem solder pada penstempel PCB.

Anda perlu waspada terhadap kesalahan saat Anda membuat ratusan, bahkan ribuan klem solder satu per satu. Namun, satu peluru perak yang menghilangkan kesalahan yang mungkin muncul selama pemasangan komponen adalah stencil PCB.

Dengan pencetakan stencil PCB, Anda dapat memasang semua klem solder pada papan dalam satu pass. Ini membantu Anda menghemat waktu yang cukup besar dan menghilangkan semua margin kesalahan pada klem solder.

Dalam panduan ini, Anda akan menemukan semua yang perlu Anda ketahui untuk memulai pencetakan pasta solder stencil.

Apa Itu Stencil PCB

1.1 Stencil PCB—Definisi

Stencil adalah lembar tipis bahan yang membawa bentuk lubang yang menentukan tata letak komponen pada PCB. Dengan stencil pasta solder, Anda dapat menempatkan jumlah pasta solder yang sesuai dengan presisi sempurna dalam satu kali go di seluruh papan.

Papan Anda menjadi siap untuk pemasangan SMD setelah Anda menerapkan pasta solder di atas penstempel PCB yang dilapisi stencil. Saat Anda menghapus stencil, tumpukan pasta solder terletak pada papan sesuai dengan bentuk lubang stencil.

Penempatan pasta solder yang sempurna memastikan klem solder optimal dalam hal kekuatan mekanis dan koneksi listrik.

Sekarang, sebagian besar pemasok penstempel PCB juga memproduksi stencil PCB. Saat Anda memesan dari pemasok semacam itu, mereka memberi Anda opsi untuk mengumpulkan PCB Anda bersama dengan stencil kustomnya.

Namun, ada dua jenis stencil: yang bingkai dan tanpa bingkai. Sementara yang tanpa bingkai lebih murah dan lebih mudah disimpan, mereka adalah pilihan kedua untuk digunakan dalam pencetakan volume tinggi.

Bahan stencil adalah determinan utama dari kapasitasnya untuk melepaskan pasta solder melalui lubang. Anda akan mengetahui lebih lanjut tentang ini di bagian-bagian berikutnya dari panduan ini.

Namun, Anda dapat meningkatkan kapasitas pelapisan pasta stencil dengan menerapkan jenis lapisan tertentu padanya.

1.2 Stencil PCB—Desain Stencil PCB

Berikut adalah uraian elemen-elemen kunci dari desain stencil:

Ketebalan Stencil

Itu adalah determinan penting lainnya dari kapasitas stencil untuk melepaskan pasta solder. Jika ketebalannya tidak sesuai dengan ukuran lubang, Anda tidak akan mencapai klem solder yang diperlukan. Dalam hal ini, pasta mungkin menempel pada dinding dalam retakan karena tegangan permukaan.

Desain Lubang

Desain lubang dapat mempengaruhi klem solder dengan berbagai cara. Pertama, itu menentukan kemungkinan terjadinya cacat seperti bridging dan perak solder. Ini juga dapat memberikan stempel pembalut antara stencil dan PCB.

Stencil PCB– Penyelarasan

Itu adalah determinan akhir dari presisi di mana Anda mencetak klem solder pada penstempel. Anda dapat mencapai penyelarasan yang baik dengan menginscripsikan tanda registrasi yang disebut tanda fiducial pada baik PCB dan stencil.

Desain Khusus PCB

PCB dengan penstempel tembaga yang mempromosikan konduktivitas dan pembuang panas di penstempel PCB memerlukan stencil dengan desain unik. Dalam kasus semacam ini, desain stencil untuk papan PCB tanpa penstempel tembaga akan mengakibatkan pelepasan tembaga dan solder yang buruk pada ujung luar.

Untuk menghilangkan cacat semacam ini dalam kasus tersebut, Anda perlu menambahkan ‘efek jendela’ ke desain lubang. Itu menghilangkan cacat dengan memoderasi volume pasta solder.

Jika penstempel tembaga pada penstempel PCB datang dengan via yang lebih meningkatkan pembuang panas, desain stencil yang berbeda diperlukan. Desain stencil harus mencegah penempatan pasta solder di dalam via.

Ada juga kasus di mana penstempel PCB memerlukan penggunaan stencil dengan ketebalan yang berbeda. Dalam kasus semacam ini, mungkin ada bagian pitch halus yang membutuhkan stencil tipis dan bagian yang lebih besar yang membutuhkan stencil tebal.

Anda dapat memenuhi persyaratan semacam ini dengan menggunakan stencil multilevel yang memiliki area naik dan turun. Anda dapat membuat area naik dengan menambahkan lebih banyak bahan ke area terpilih dari stencil.

Itu meningkatkan jumlah dan tinggi pasta solder pada klem solder yang dibentuk di area tersebut. Hal yang sebaliknya berlaku di area turun.

Dari apa yang telah kita katakan sejauh ini, jelas bahwa ketebalan adalah salah satu aspek paling kritis dari stencil PCB. Di bab berikutnya, kita melihat peran konsistensi dalam stencil PCB.

Ketebalan Stencil PCB

Kombinasi ukuran penstempel, bentuk lubang, dan ketebalan menentukan kapasitas penempatan pasta stencil. Namun, bahkan jika bentuk lubang dan ukuran penstempel sesuai, penempatan pasta yang optimal tidak mungkin tanpa ketebalan stencil yang tepat.

Faktor yang Perlu Dipertimbangkan Sebelum Memilih Ketebalan Stencil

Berikut adalah uraian faktor-faktor kritis yang harus Anda pertimbangkan saat memilih ketebalan stencil Anda:

Rasio Aspek

Ketebalan menentukan jumlah dan tinggi pasta solder yang membentuk klem solder. Semakin rendah jumlahnya, semakin tinggi kemungkinan putus dan semakin rendah kemungkinan lompatan.

Korelasi ini, disebut ‘rasio aspek,’ berasal dari perbedaan gaya yang bekerja pada pasta saat meluncur melalui lubang. Ini meliputi gaya yang mendorong pasta melewati pembukaan dan memegang pasta di dalam celah.

Kontras antara dua gaya ini diwakili oleh pengukuran yang dikenal sebagai Rasio Aspek. Untuk mencapai penempatan pasta yang optimal, Anda perlu memastikan bahwa Rasio Aspek lebih besar dari satu.

Tegangan permukaan antara pasta dan penstempel harus melebihi satu antara pasta dan dinding lubang. Rasio Aspek dapat diturunkan dengan menentukan rasio lebar lubang terhadap ketebalan stencil (W/T).

Namun, standar industri mendefinisikan kriteria untuk menentukan ketebalan stencil yang paling cocok untuk ukuran lubang. Batas bawah standar industri untuk Rasio Aspek adalah 1.5.

Stencil PCB– Rasio Luas

Ukuran kritis lainnya untuk menentukan bagaimana ketebalan stencil mempengaruhi kapasitas pelapisan pasta adalah rasio luasnya. Rasio luas adalah rasio luas permukaan lubang terhadap luas permukaan dinding lubang.

Batas bawah rentang luas permukaan standar industri adalah 0,66.

Pitch QFP dan BGA

Selain itu, saat menentukan ketebalan yang tepat untuk stencil Anda, Anda perlu mempertimbangkan dengan seksama QFP fine-pitch, BGA, dan ukuran chip terkecil.

Untuk QFP dengan pitch ≤ 0,5 mm, ketebalan stencil Anda harus antara 0,12 mm dan 0,13 mm. QFP dengan ketebalan > 0,5 mm memerlukan ketebalan stencil 0,15 mm – 0,20 mm.

Untuk BGA dengan pitch bola 1,0 mm +, ketebalan stencil yang sesuai adalah 0,15 mm. Untuk BGA dengan pitch antara 0,5 mm dan 1,0 mm, Anda harus memilih 0,13 mm untuk ketebalan stencil.

Sangat penting untuk mempertimbangkan BGA atau komponen kecil jika Anda akan meletakkan berbagai IC secara bersamaan pada papan.

Ukuran Stencil SMT

Aturan untuk penetapan ketebalan stencil yang tepat untuk perakitan SMT lebih rumit. Namun, juga sangat penting untuk mempertimbangkan rasio aspek dan luas saat menentukan ukuran stencil SMT.

Untuk perakitan SMT yang menggunakan pencetakan kimiawi, rasio aspek yang sesuai adalah 1:1,5. Untuk tipe pitch stencil potong laser, rasio aspek yang tepat adalah 1:1,12.

Selanjutnya, sekarang setelah Anda dilengkapi dengan informasi yang cukup tentang kualitas penting, Anda siap untuk menjelajahi pembuat stencil PCB. Bab berikutnya menunjukkan kepada Anda bagaimana.

Pembuat Stencil PCB

Satu hal untuk memperoleh lembar tipis bahan dengan ketebalan yang tepat. Namun, ini adalah permainan yang berbeda untuk membuat lubang dengan ukuran yang sempurna di dalamnya.

Karena stencil PCB harus menampung ratusan atau bahkan ribuan lubang yang sejajar dengan presisi tinggi, tidak disarankan untuk membuat lubang secara manual.

Tiga metode yang paling banyak digunakan untuk membuat stencil dengan lubang yang tepat adalah pencetakan kimiawi, pemotongan laser, dan elektrodestruksi. Setiap metode ini dapat menghasilkan finishing yang berbeda pada dinding pori; semakin halus finishing, semakin efisien pelapisan pasta.

Paling populer di antara tiga pembuat stencil PCB ini adalah pemotong laser.

Dalam bab ini, kami akan menunjukkan kepada Anda cara membuat stencil PCB menggunakan pemotong laser. Perhatikan bahwa teknik ini tidak cocok untuk membuat stencil yang memiliki pitch yang sangat ketat.

Anda akan memerlukan alat berikut untuk teknik ini:

  1.Pemotong laser

  2.Lembar Mylar

  3.Perangkat lunak ExpressPCB atau EagleCAD

  4.Perkakas ViewMate Gerber Viewing

  5.Perkakas cetak PDF

  6.SketchUp, AutoCAD, atau perangkat lunak apa pun yang melihat dan mengedit file .dxf

Langkah-langkah

1. Tumpukan Lembar Mylar

Tumpukan dua lembar Mylar bersama-sama. Dalam teknik ini, Anda akan memanaskan lembar Mylar hingga lembar pertama terlepas dari tumpukan. Dalam prosesnya, lembar kedua akan menyerap tumpukan leleh dari lembar pertama, yang memungkinkan lembar pertama untuk ditarik secara bersih.

2. Ekspor file desain dari ExpressCAD atau EagleCAD:

Dalam EagleCAD, ekspor lapisan krim atas dan bawah Anda melalui file cam, seperti Anda mengirim Gerbers untuk manufaktur. Dalam ExpressPCB, buka menu File, dan pilih opsi “Export DXF Mechanical Drawing”.

3. Stencil PCB—Bengkakkan pad dalam ViewMate

Jika Anda menggunakan perangkat lunak yang mengekspor Gerbers, Anda perlu mengompensasi leleh yang diinduksi oleh proses pemotongan. Karena leleh akan menyebabkan ukuran pad membesar, Anda perlu memotong ukuran pad secara preventif.

Pertama, pilih File>Import>Gerber untuk mengimpor lapisan krim Anda ke ViewMate. Selanjutnya, pilih Setup>D Codes. Pilih semua kolom di area ini, lalu buka Operations>Swell. Masukkan nilai untuk penyesuaian ukuran sesuai spesifikasi laser Anda.

Setelah itu, cetak Gerber ke PDF dan simpan.

4. Bengkakkan pad dengan Auto Cad

Jika Anda menggunakan ExpressPCB, Anda mungkin juga perlu menurunkan skala isi DXF menggunakan perangkat lunak yang berbeda. Anda dapat melakukannya dengan AutoCAD. Untuk melakukannya, sorot semua gambar dalam jendela AutoCAD yang terbuka lalu ketik “SCALE.”

Dalam dialog Scale Factor yang muncul, masukkan angka skala yang sesuai. Ini akan merender gambar dalam skala yang tepat.

Setelah ini selesai, cetak gambar selesai ke PDF.

5. Stencil PCB—Potong Stencil

Atur pengaturan pada pemotong laser Anda dengan sendirinya untuk memotong melalui lembar Mylar yang ditumpuk. Lembar pertama akan sedikit meleleh karena panas laser. Namun, yang kedua akan menyerap pad yang meleleh dari yang pertama, yang memungkinkan Anda menarik lembar pertama secara rapi dan efisien.

Sekarang, kami telah memeriksa pembuat PCB yang banyak digunakan. Namun, jenis dan kualitas stencil PCB Anda tetap merupakan determinan paling penting dari keberhasilan dalam pencetakan stencil PCB. Di bab berikutnya, kami membahas lebih lanjut jenis dan tingkat stencil pasta solder.

Stencil PCB– Stencil Pasta Solder

Selain desain stencil PCB, empat faktor harus dipertimbangkan secara kritis saat mendapatkan templat pasta solder:

Bahan Stencil

Bahan juga sangat penting untuk keberhasilan pencetakan stencil PBC seperti desain stencil PCB. Lembar tipis biasanya terbuat dari logam atau poliimid. Stencil logam (biasanya stainless steel) adalah yang paling ideal untuk menghasilkan banyak prototipe.

Stencil stainless steel memungkinkan pembentukan lubang yang lebih akurat. Struktur molekuler stainless steel membuat dinding lubang yang jauh lebih halus dan memungkinkan Anda untuk mencapai rasio aspek yang efektif dengan cepat.

Namun, karena lebih mahal, mereka lebih berlebihan untuk menghasilkan beberapa prototipe. Stencil poliimid adalah alternatif yang jauh lebih murah. Saat disampaikan melalui teknik pemotongan laser, mereka juga dapat membuat lubang yang bagus.

Tipe Stencil Solder

Ada dua jenis stencil pasta solder: yang bingkai dan tanpa bingkai. Stencil bingkai, juga disebut stencil lem, adalah foil stencil yang dipotong dengan laser dan secara permanen ditempel di bingkai stencil.

Stencil bingkai adalah pilihan terbaik ketika datang ke pencetakan PCB volume tinggi. Karena biasanya datang dengan dinding lubang yang sangat halus, mereka paling cocok untuk digunakan saat diperlukan pitch yang sangat ketat.

Stencil pasta solder tanpa bingkai, yang juga diproduksi melalui pemotongan laser, datang dengan sistem penegangan. Dengan sistem penegangan ini, mereka tidak perlu ditempel di bingkai. Ini membuat jauh lebih mudah bagi Anda untuk menyimpan mereka.

Mereka ideal untuk run pendek produksi PCB. Mereka juga memiliki lubang yang halus. Selanjutnya, Anda dapat menggunakannya untuk penstempel PCB yang memerlukan pitch 16 Mil atau lebih sedikit dan Micro BGA’s.

Stencil PCB– Pasta Solder

Fluks dan alloy dalam pasta solder juga dapat mempengaruhi seberapa kuat klem solder memegang komponen. Jika perubahan pada klem solder tidak cukup, solder tidak akan memegang bagian dengan kuat di papan.

Lapisan Stencil

Ada berbagai jenis lapisan untuk stencil PCB yang membantu mengatasi masalah tertentu dalam pencetakan stencil PCB. Untuk pemula, cukup sulit untuk membersihkan papan setelah run produksi besar.

Anda dapat dengan mudah menyeka sisa solder dari sisi bawah PCB untuk mencegah sisa solder menyapu papan lain. Namun, sangat menyakitkan untuk melakukan hal yang sama dalam run produksi besar.

Dengan jenis lapisan tertentu, Anda dapat mengurangi sisa solder di dinding lubang yang merusak formulasi pasta solder/fluks yang diperlukan.

Sekarang setelah Anda memiliki pemahaman yang lebih jelas tentang jenis dan kualitas stencil PCB, Anda lebih baik untuk menerapkan pencetakan stencil PCB. Bab berikutnya memberikan Anda pandangan yang lebih dekat tentang beberapa peralatan penting untuk membuat stencil PCB.

Printer Stencil PCB

Printer stencil PCB terkenal karena kapasitas pencetakan yang bebas cacat dan dapat diulang. Printer ini biasanya ideal untuk produksi PCB volume rendah dan tinggi.

Ada dua jenis utama printer stencil SMT: otomatis dan semi-otomatis. Ada juga printer stencil manual yang dirancang secara khusus untuk produksi prototipe dan run pendek.

Beberapa fitur kritis printer stencil SMT mencakup obeng, pengontrol kecepatan, dan sistem kamera yang memfasilitasi penyelarasan PCB. Operasi biasanya berputar di sekitar pengaturan ukuran stencil dan penempatan stencil pada frame mounter.

Printer tipikal memungkinkan Anda mengatur kecepatan cetak, panjang stroke, tekanan squeegee, dan lainnya. Printer stencil SMT juga datang dengan layar yang menampilkan detail operasi.

Mereka juga datang dengan ruang yang menyeka sisi bawah stencil melalui tindakan seperti basah, kering, dan vacum. Langkah vacum mengeluarkan sisa solder yang tertahan di lubang.

Stencil PCB– Pemotong Laser Stencil PCB

Ini adalah sistem laser yang menggunakan sinar berdaya tinggi untuk membuat lubang di stencil sesuai parameter yang ditentukan oleh perangkat lunak komputer.

Ini sepenuhnya mengotomatiskan pembuatan lubang di stencil, mengeluarkan stres dan margin kesalahan dari persamaan. Saat Anda memotong stencil PCB Anda menggunakan pemotong laser, Anda dapat yakin bahwa tepi dan dinding lubang akan optimal halus.

Sistem laser stencil biasanya sangat serbaguna. Dengan laser, Anda dapat memotong, bor, dan ablate baik stencil maupun penstempel PCB yang terbuat dari berbagai macam bahan.

Pemotong laser PCB juga mengukir stencil tanpa menghasilkan debu, seperti dengan sistem pemotong mekanis tradisional. Ini membuat perbedaan yang besar dalam elektronik PCB yang datang dengan komponen optik.

Sekarang, Anda mengetahui semua yang perlu Anda ketahui tentang kualitas dan pembuat stencil PCB. Mari kita lihat bagaimana semuanya bersama dalam perakitan PCB volume rendah.

Kesimpulan

Itulah. Kami telah membongkar pencetakan stencil PCB dari dalam dan luar dan menunjukkan kepada Anda semua yang perlu Anda ketahui. Dilengkapi dengan pengetahuan ini, Anda akan lebih baik untuk menghindari kesalahan pencetakan tertentu yang mungkin merusak proyek PCB Anda.

Selanjutnya, Anda dapat menghubungi kami kapan pun Anda merasa tersesat dalam proses manufaktur PCB. Kami memiliki keahlian terbaik dan peralatan terbaru untuk membantu Anda mengatasi setiap masalah dalam stencil PCB.