Impressão Serigráfica


V-  Impressão Serigráfica – Impressora Serigráfica e Stencil

1. Aspectos Gerais da Impressora Serigráfica
a) Impressora Serigráfica
a.1) Pressão
a.2) Velocidade


b) Tipos de Impressoras Serigráficas
b.1) Manual

b.2) Semi-Automática
b.2.1) Mylar

b.2.2) Sistemas Semi Automáticos com Câmaras
b.2.3) Sistemas Automáticos


c) Estrutura da Impressora Serigráfica 

d) Cabeças  de Impressão
d.1) Cabeça Pivotante

d.2) Cabeça Programável
d.3) Cabeça Reométrica 


e) Limpador de Stencil 

f) Ferramentas de Suporte da PCI (Tooling)

g) Inspeção da Pasta de Solda em 2D e 3D

h) Dispensador de Pasta de Solda


2. Abstrato para stencil


3. Introdução

4. Corrosão Química

5. Eletropolimento

6. Abertura Trapezoidal através de corrosão química

7. Tecnologia Mista

8. Tecnologia Híbrida

9. Material da lâminas de Stencil 


1. Aspectos Gerais da Impressora Serigráfica 

Já tivemos oportunidade de observar a importância da pasta de solda no processo SMD. Agora veremos a importância da especificação técnica do Equipamento de Impressão Serigráfica (Screen Printer) e fabricação das telas, que comercialmente, chamamos de stencil, ou em raros casos de lâmina. 

a) Impressora Serigráfica



A aplicação principal da Impressora Serigráfica, também conhecida pelo termo em inglês “Screen Printer” e doravante denominada Impressora Serigráfica, é a aplicação de pasta de solda em PCI’s com tecnologia SMD. No entanto, é cada mais freqüente sua utilização para aplicação de adesivo. Outras aplicações como máscara de solda e pastas condutivas são consideradas.

Impressoras Serigráficas aplicam pasta de solda nas ilhas (conexões elétricas) das PCI’s através das aberturas do stencil que são confeccionados quimicamente ou por processo laser, como veremos neste capítulo com um número maior de detalhamento.

Esta aplicação é feita por um rodo de metal que em movimento, proporciona a rolagem da pasta de solda sobre o stencil. Além da rolagem, a pressão aplicada ao rodo faz com que a pasta penetre nas aberturas, tomem sua forma e após a retirada do stencil, se fixem nas ilhas da PCI.

Normalmente o movimento dos rodos, que são fabricados de poliuretano ou metal (aço inoxidável) tem seu movimento no sentido frontal – traseiro ou vice-versa.

ponto de partida para o ajuste de pressão e velocidade dos rodos poderá ser o seguinte:

a.1) Pressão – 1 lb/ polegada linear 


Caso sua PCI tenha o comprimento de 10” (254 mm), o comprimento do rodo poderá ter em média 12” e a pressão inicial aplicada poderá ser de 12 libras (~5,5 kgs). A partir deste ponto de partida, a pressão deverá ser ajustada, em conjunto com a velocidade, até se obter a melhor definição da pasta de solda.

Recomenda-se que se tenha uma folga de 1/2” de cada lado do rodo em relação ao comprimento total da PCI para que toda a pasta possa ser aplicada em sua extensão sem que ocorra falhas de impressão por falta de solda.

No caso de bombas reométricas, assunto que trataremos a seguir, esta regra vale em termos de pressão, mas não em termos de folga nas extremidades das lâminas. Recomenda-se que se deixe uma folga mínima entre o comprimento das lâminas e o comprimento total da PCI. Isto se deve ao fato que a pasta alojada nas extremidades do reservatório efetua sua rolagem sem ser aplicada na PCI e perde seus componentes voláteis, sofrendo ressecamento.


a.2) Velocidade – 1”/seg. 

Esta segunda variável depende diretamente da pasta de solda utilizada. Normalmente o fabricante da pasta de solda informa na documentação técnica da todos os parâmetros necessários para a obtenção de uma deposição adequada. Além de pressão e velocidade, todas as temperaturas de refusão também são fornecidas.

Existem casos de pastas que permitem velocidades de impressão em até 8”/seg.

O fabricante da pasta de solda recomenda ainda a espessura do stencil em relação ao menor passo entre terminais onde a pasta será aplicada. 
Exemplos típicos são:


Stencil fabricado por tecnologia laser com espessura de 0.006” (6 mils) para passo entre terminais de 0.020” (20 mils) e espessura de 0.008” (8mils) para passo entre terminais de 0.025” (25 mils).
O material do rodo também é recomendado. Normalmente o material do rodo é o aço inoxidável, mas vemos nas literaturas o poliuretano com dureza de 90 shore.
O diâmetro da pasta para rolagem sobre o stencil tem recomendação entre 1 – 1,5 cm. Abaixo deste limite alguns problemas podem ocorrer tais como insuficiência e/ou ausência de solda nas ilhas da PCI.


Algumas pastas apresentam força de aderência superior. Por este motivo o fabricante fornece a velocidade de destacamento do stencil em relação a PCI.


Para sua informação, o stencil e PCI ficam em contato durante a impressão da pasta de solda e a velocidade de destacamento tem influência direta da deposição da pasta na PCI.




b) Tipos de Impressoras Serigráficas

b.1) Manual

Seu uso se limita a aplicações em protótipos ou pequenas produções. O passo entre terminais não pode ser inferior a 0.025”.

O fator complicador é que o cliente que utiliza o processo manual ainda faz uso do rodo de poliuretano e stencil fabricado através de corrosão química. Neste mesmo capítulo você terá oportunidade de verificar esta tecnologia e verificar os problemas potenciais que eventualmente ocorrem.
A velocidade e pressão são inconstantes, pois dependem diretamente do operador. 
Com o passar do tempo e a conseqüente fadiga do operador, a pressão e velocidade se alteram e a qualidade fica comprometida.
Vale a pena lembrar que os maiores problemas encontrados no processo produtivo da tecnologia SMD ocorrem por causa de uma aplicação de pasta de solda inconsistente.

b.2) Semi-Automática

Sua denominação deriva do fato de que as PCI são alimentadas na Impressora Serigráfica manualmente, mas o movimento dos rodos é automático, isto é, tem pressão e velocidade ajustáveis e controladas por células de carga.

A fixação da PCI sobre a mesa da Impressora Serigráfica semi-automática se dá através de pinos guia trabalhando em conjunto com ventosas.
Dedicaremos uma seção especial a fixação da PCI tal é seu grau de importância no processo de aplicação de pasta de solda.
O registro da PCI em relação ao stencil se dá através da utilização de um filme de Mylar ou, em casos onde se necessite uma maior precisão (aplicação de pasta de solda para um componente “fine pitch”) o uso de sistemas semi -automáticos com câmaras.

b.2.1) Mylar

Por ser um equipamento semi-automático normalmente a PCI é posicionada em uma mesa que se desloca automaticamente e lateralmente até a área de impressão e após a operação de impressão serigráfica, retorna a sua posição original para ser retirada.

O registro da PCI em relação ao stencil é feito através de um quadro com filme de Mylar. A primeira impressão serigráfica é feita sobre o Mylar que é transparente e está posicionado sobre a PCI que irá receber a pasta de solda.
A mesa retorna para sua posição inicial. A Impressora Serigráfica possui ajuste em X, Y e q e assim se sobrepõe à imagem impressa no transparente Mylar e a PCI que se encontra sob o filme de Mylar. Os ajustes necessários são feitos, retira-se o Mylar, verifica-se o registro que foi feito manualmente e inicia-se a produção.

Este tipo de processo de impressão é recomendado para passos entre terminais de, no mínimo, 0,020” (20 mils). Abaixo disto, se torna crítico e inconstante.

b.2.2) Sistemas Semi Automáticos com Câmaras 

O posicionamento e alimentação da PCI ocorrem da mesma forma que o processo anterior. O único detalhe é que antes da PCI ser alimentada para posterior operação de impressão serigráfica, ocorre o registro da PCI em relação ao stencil.

Este registro se dá através da imagem dos pontos fiduciais ou pontos específicos e pré-determinados. Normalmente quando não utilizamos fiduciais, elegemos ilhas localizadas diagonalmente entre si para que tenhamos o melhor registro possível.

Os Sistemas Semi Automáticos com Câmaras permitem a visualização destas imagens e servem como matriz para o futuro registro. Em geral estes pontos gravados apresentam coloração vermelha para o operador. O próximo passo é o operador posicionar a PCI nos finos de fixação que atuam em conjunto com ventosas, como mencionado anteriormente. A partir deste ponto o operador deverá utilizar as imagens gravadas que aparecem no monitor, sobrepor estas imagens em relação aos pontos coincidentes na PCI até que os pontos gravados tornem-se, normalmente, verdes. Esta alteração de cor nos pontos gravados no monitor do sistema indica que o registro ocorreu e que a PCI está apta a receber a pasta de solda.

Este sistema proporciona a impressão de passos em até 0.016” (16 mils) e a velocidade de impressão vai depender totalmente do tempo que o operador vai efetuar o registro da imagem em relação a PCI mais o tempo de impressão propriamente dito.

b.2.3) Sistemas Automáticos 

Este processo é amplamente utilizado em produções de médio/alto volume. A PCI é alimentada através do transportador interno da Impressora Serigráfica. Tem seu percurso interrompido por um limitador mecânico (sttoper) e já próxima da posição de impressão.  A partir daí um sistema automático de visão verifica os pontos fiduciais da PCI e stencil simultaneamente, divide os eventuais erros, e posiciona a PCI na sua melhor condição em relação ao stencil para receber a pasta de solda.

É sem dúvida o sistema mais preciso e permite imprimir pasta de solda em componentes com passo entre terminais em até 0.012” (12 mils).

As velocidades de impressão, considerando carga/descarga da PCI e impressão da pasta de solda, podem chegar em 12 segundos

c) Estrutura da Impressora Serigráfica

Apresentam duas modalidades: perfil soldado e ferro fundido.




O perfil soldado comumente utilizado em equipamentos de pequeno porte ou que não requerem altas velocidades inerciais. No processo produtivo apresentam a soldagem dos perfis e posterior usinagem para pontos de apoio e fixação das demais montagens e sub montagens.
Os equipamentos utilizados em alta produção e que necessitam uma maior rigidez em seu conjunto são fabricados em ferro fundido e recebem usinagem para os pontos de apoio e fixação das demais montagens e sub montagens.

d) Cabeças de Impressão

As opções são variadas em decorrência da necessidade de controle dos parâmetros e precisão da impressão em altas velocidades.
Para equipamentos semi-automáticos, a cabeça pivotante é utilizada por fatores básicos: utilização e custo.
Já nos casos dos equipamentos automáticos, podemos observar os dois casos. Temos equipamentos configurados com cabeça pivotante com a opção da cabeça programável ou mesmo, reométrica.

d.1) Cabeça Pivotante

Como o próprio nome já diz, o conjunto de impressão (suporte + rodos) é fixado por um ponto central e se auto ajusta na superfície do stencil quando uma certa pressão é aplicada.




d.2) Cabeça Programável


Neste caso são cilindros posicionados na extremidade do conjunto de impressão que controlam em sistema de malha fechada (closed loop control) a pressão e velocidade de impressão em tempo real, permitindo uma maior precisão e repetibilidade. Alguns modelos chegam a checar estes parâmetros até 50 vezes por segundo.




d.3) Bomba Reométrica 


Esta nova tecnologia foi introduzida em decorrência das variações na reologia/viscosidade da pasta de solda devido a sua exposição sobre o stencil e conseqüente deterioração. 

A pasta fica armazena em um reservatório (peça em cor vermelha) e uma pressão pré-determinada é aplicada quando as lâminas se movimentam para efetuar a impressão serigráfica.

Os sistemas com bomba reométrica podem receber diferentes tipos de cartuchos de pasta de solda. O fabricante acima desenvolveu um sistema que recebe cartuchos padrão de 6 oz. e 12 oz.

A grande vantagem deste sistema é na economia de pasta de solda e condições termo-ambientais. Apresenta peculiaridades em sua aplicação, como por exemplo, o tamanho dos rodos deve ter o comprimento total da PCI, além da necessidade de ajustes nos parâmetros de impressão.

Existem pastas de solda específicas para a bomba reométrica. Não são todas as pastas que podem ser utilizadas por razões diversas, como viscosidade e composição química dos sólidos.

Normalmente os fabricantes permitem rápida troca do sistema acima mencionado para o padrão convencional de rodos metálicos, e vice versa.




e) Limpador de Stencil

 
Outro opcional de extrema importância a ser considerado. De qualquer forma, a limpeza da face inferior do stencil deve ser executada dentro de uma freqüência definida e recomendada pelo fabricante da pasta de solda e qualidade do stencil. O importante é que não se tenha resíduos de pasta de solda na face inferior do stencil. Esta pasta residual será transferida para a PCI e ocasionará defeitos após o processo de refusão.

Este sistema é automático e programável, isto é, a engenharia de processo define após quantos ciclos de impressão o mesmo será acionado e efetuará a limpeza.

A limpeza poderá ter o auxílio de vácuo ou apenas com ciclos de solvente e/ou a seco. O uso da assistência de vácuo se intensifica quando ocorre a impressão serigráfica de pasta em componentes “fine pitch”.




f) Ferramentas de Suporte da PCI (Tooling)

Apesar do nome curto e em inglês, pode se dizer que é um dos fatores mais críticos do processo de impressão serigráfica. Sem um ferramental bem projetado, especificado e definido para suporte da PCI, qualquer que seja seu esforço e experiência, se a PCI não estiver devidamente apoiada no “tooling”, sua impressão estará comprometida.

O suporte pode ser universal ou dedicado, dependendo da aplicação. 

Alguns equipamentos dispõem de sistemas automáticos de posicionamento de pinos de suporte. Normalmente flexibilizam a utilização do equipamento, pois permitem rápidas trocas de produtos em ambientes onde se tem produções pequenas/médias e com grande diversidade de modelos.

A forma de fixação da PCI nos trilhos transportadores deve ser correta e sem folgas. Qualquer movimentação da PCI durante o processo de impressão serigráfica irá comprometer a qualidade do registro da pasta em relação as ilhas do circuito.




Outros recursos a serem analisados

g) Inspeção de Pasta de Solda 2D e 3D

Inspeção 2D e 3D também são disponíveis nos equipamentos automáticos. Deve-se levar em consideração que a inspeção compromete o tempo de impressão. Logo se faz necessária uma análise do ciclo total de impressão e a checagem se a inspeção da pasta de solda não vai comprometer a produção.

h) Dispensador Automático de Pasta

Este acessório permite que o operador programe os ciclos de deposição de pasta de solda. Assim que a quantidade de pasta começa a ficar crítica, o dispensador automático é acionado, se move no sentido dos rodos metálicos e repõe a pasta consumida.


Neste sistema também temos a opção de utilizar cartuchos padrão de 6 oz. e 12 oz. Normalmente estes cartuchos traduzem um peso de 700 gr. e 1400 gr. respectivamente.

2. Abstrato para Stencil 

Adotaremos o termo stencil doravante para designar o material metálico (aço inoxidável ou latão) que recebe uma furação correspondente às ilhas das PCI’s e por onde passará a pasta em solda que será depositada e utilizada para a soldagem dos componentes SMD no circuito da PCI.

Stencils com furação através de corrosão química têm sido utilizados de forma intensiva pela indústria eletrônica. Paredes das aberturas com acabamento através de eletropolimento e formato trapezoidal aparecem como regra básica e têm auxiliado muito na melhora de performance dos stencils fabricados através de corrosão química, inclusive em aplicações em componentes “fine pitch”. 

A furação das aberturas através do uso de equipamentos com facho de laser vêm demonstrando uma melhora significativa na performance de impressão, especialmente em componentes “ultra fine pitch”.

Em certos casos deparamos com a necessidade de utilizarmos processos híbridos, isto é, num mesmo stencil a presença de corrosão química para os componentes que não necessitam de precisão e furação à laser nos componentes “fine pitch” ou “ultra fine pitch”.


Sendo assim, concluímos que uma das partes mais importantes à nível processual juntamente com a pasta de solda, impressora serigráfica e curva de temperatura do forno de refusão, é a qualidade do stencil.

3.  Introdução

A impressão serigráfica atende a uma ampla faixa de aplicações. Estas aplicações incluem os seguintes itens: 

Impressão de pasta de solda em aplicações SMD em componentes com passo entre terminais desde PLCC’s de 0.050” (1,27 mm) até QFP’s “ultra fine pitch” com passo de 0.010” (0,25 mm) e em componentes passivos desde os 1812’s (4,57  X 3,05 mm) até os 0201’s (0,5 X 0,25 mm). Esta aplicação cobre todos os encapsulamentos e componentes disponíveis atualmente. Uma parte considerável de componentes com 20 mil (0,5 mm) de passo aparecem em produções de alto volume.

Impressão de pilares que irão preencher os furos na PCI com tecnologia mista (convencional e SMD). Os responsáveis técnicos utilizam esta opção quando é preferível refundir tanto os componentes SMD e convencionais ao invés de utilizar o processo de soldagem por onda para os componentes convencionais.

Impressão das ligações com formato esférico de encapsulamentos BGA. Estas ligações devem ser de 25 mil (0,635 mm) ou maior.

Impressão de pasta de solda e/ou tinta condutiva.

Impressão de tinta condutiva em aplicações na indústria de encapsulamento cerâmico, entre outras.

Este capítulo irá enfatizar processos de manufatura e considerações de projeto do stencil e em particular a geometria e superfície das paredes das aberturas e sua influência na aplicação da pasta de solda e performance geral da impressão serigráfica.

Os processos à laser e químico serão descritos a seguir. A geometria trapezoidal para furação à laser e processo químico será também revista. Os processos posteriores à furação como eletropolimento e polimento químico e seus efeitos nas aberturas efetuadas pelos processos laser e químico serão detalhados para um melhor entendimento. Vide detalhadamente cada item anteriormente citado e note sua importância processual.

4.  Corrosão Química

A corrosão química vem sendo a técnica mais utilizada na manufatura de stencil entregados na indústria eletro-eletrônica.


Este processo consiste em aplicar em ambos os lados da tela metálica (geralmente aço inoxidável) um filme fotosensível. Após a laminação, é posicionado um fotolito em cada face com o devido registro, com a imagem do circuito à ser impresso na lâmina através de corrosão química.

Após a revelação do filme fotosensível, as aberturas são corroídas em ambos os lados e se formam as aberturas no stencil por onde fluirá a pasta de solda.

Durante o processo de  corrosão em dupla face, o agente de corrosão não deve atuar apenas na direção vertical mas também lateralmente. O fotolito original deve ser compensado para o cálculo da corrosão lateral. A compensação normal de corrosão solicita uma redução na abertura de metade da espessura da lâmina do stencil. Como exemplo citamos uma abertura do fotolito com 0.008”, a lâmina deverá ter suas aberturas reduzidas 0.002 de cada lado. Compensações de corrosão devem ser executadas utilizando um “micro modifier” ou editar as informações das aberturas do fotolito (arquivo Gerber) e refazer o fotolito.

O processo químico em dupla face produz aberturas que podem apresentar  uma sub corrosão (underetched), uma corrosão reta (straight wall) ou uma  super corrosão (overetched) que dependem do tempo de exposição, pressão do spray, material da lâmina e controle de processo.


Figura 01 -  Sub corrosão, abertura corroída quimicamente - seção transversal




A Figura 01 mostra uma sub corrosão (underetched).  Este tamanho de abertura é 0.025 mm menor que o nominal. Esta geometria impede um depósito de pasta de solda uniforme, especialmente em pequenas aberturas.


 Figura 02 - Nominal, abertura corroída quimicamente - seção transversal

A Figura 02 mostra uma abertura em tamanho nominal. Neste caso a área pontiaguda é mínima, tipicamente abaixo de 0.00625 mm em cada lado do stencil. Este degrau entre a área pontiaguda e a abertura nominal é altamente dependente do processo químico de corrosão empregado e o material da lâmina que originará o stencil. 




Um corrosivo de alta uniformidade vertical foi utilizado para corroer uma lâmina de 0,15 mm e em  material  liga  42 para  as aberturas  como mostra  as  figuras 1 e 3.

Uma sub ou uma super corrosão são obtidas através de projeto, não por acidente.


Figura 03 - Super corrosão, abertura corroída quimicamente - seção transversal

A Figura 03 mostra uma abertura que foi corroída com 0,025 mm acima do tamanho nominal. A abertura que apresenta uma geometria mais apropriada é a Fig. 02.




Quando a relação entre o tamanho da abertura e a espessura do stencil (aspect ratio) começa a ser menor que 2.0 e se aproximar de 1.5, a deposição de pasta de solda começa a se tornar crítica. Um projeto típico de stencil para um componente com passo de 0,635 mm (25 mil) é uma abertura de 0,3048 mm (12 mil) em uma lâmina de 0,15 mm (6 mil) de espessura, onde o “aspect ratio” é 2.0.

5. Eletropolimento

Este processo torna as paredes das aberturas mais lisas, proporcionando um melhor acabamento superficial e uma deposição de pasta de solda adequada.

Este parede mais lisa auxiliará no fluxo da pasta de solda pelas aberturas do stencil e sua deposição nas ilhas da PCI ao invés de ficarem presas às paredes das aberturas do stencil. O eletropolimento deve se limitar às paredes internas das aberturas. Se o stencil apresentar o mesmo grau de rugosidade que as paredes das aberturas a pasta irá deslizar ao invés de rolar durante a operação de impressão serigráfica da pasta de solda, o que não é desejável. Existem técnicas durante a operação de eletropolimento que permitirá que a superfície permaneça rugosa, mas as partes internas das aberturas dever ser lisas.


Testes comparativos de impressão serigráfica entre aberturas com eletropolimento e sem eletropolimento apresentaram performance superior nos stencils com o processo de eletropolimento, especialmente para passos entre terminais de 0,635 mm (25 mil) ou menor.

6.  Abertura Trapezoidal através de corrosão química

Indiscutivelmente, o processo de eletropolimento facilita a passagem da pasta de solda através das aberturas. Porém, isto não supera os problemas associados com as bordas pontiagudas como podemos notar na figura 2. Este efeito é eliminado em condições de super corrosão (overetched) como mostrado na figura 3. Uma subcorrosão também tem seus efeitos adversos na deposição da pasta de solda.

Este problema pode ser eliminado criando uma abertura trapezoidal. A figura 6 mostra uma seção de uma abertura trapezoidal através de corrosão química.
A vedação das aberturas é controlada criando um fotolito especial que proporciona uma abertura na face da impressão serigráfica menor que a face que estará em contato com a PCI (board side) do fotolito do stencil.


Figura 6 Abertura trapezoidal através de corrosão química - Seção transversal




As quatro áreas onde  aberturas trapezoidais através de corrosão química tem significante importância no projeto do stencil estão listadas abaixo:

a) Aplicações “Ultra Fine Pitch”, ou passo entre terminais com espaçamento crítico. Esta faixa crítica está entre 0,254 mm (10 mil) até 0,635 mm (25 mil) e faixa de aberturas entre 0,127 mm (5 mil) até 0,330 mm (13 mil). A vedação recomendada para esta aplicação é de 0.0127 mm (0.5 mil) até 0,0190 mm (0.75 mil) em cada face do stencil. A espessura da lâmina está entre 0,050 mm (2 mil) para as aberturas menores até 0,18 mm (7 mil) para aberturas maiores.

b) Aplicações para componentes dos tipos LGA, PGA e BGA para o processo de impressão serigráfica dos mesmos. A espessura da lâmina está na faixa entre 0,15 mm (6 mil) até 0,30 mm (12 mil) e a vedação recomendada de 0.025 mm (1 mil) até 0.050 mm (2 mil) em cada face do stencil.

c) Aplicação em componentes de tecnologia convencional (thru-hole) onde a pasta de solda é aplicada diretamente nos furos da PCI. A espessura da lâmina está na faixa entre 0,20 mm (8 mil) até 0,30 mm (12 mil) e a vedação recomendada entre 0.025 mm (1 mil) até 0.075 mm (3 mil) em cada face do stencil.

d) Impressão da pasta de solda diretamente no encapsulamento do componente BGA e posterior refusão para a formação das esferas. A espessura da lâmina está na faixa entre 0,50 mm (20 mil) até 0,75 mm (30 mil) e a vedação recomendada entre 0,050 mm (2 mil) até 0,075 mm (3 mil).

A tabela 1 resume as recomendações para aplicações da abertura trapezoidal através de corrosão química:

Aberturas Trapezoidais
Recomendações Gerais:

Aplicações

Espessura do stencil em mils

Vedação em mils/face




UFPT/FPT

2 até 7

0.5 até 0.75

LGA, PGA, BGA

6 até 12

1 até 2

Thru-hole

8 até 30

1 até 2

Esferas em BGA

20 até 30

2 até 3


Tabela 1:  Recomendações para aberturas trapezoidais no stencil


7. Tecnologia Mista

Existem algumas aplicações onde é desejável imprimir pasta de solda em áreas com tecnologia convencional (furos na PCI) bem como em áreas com tecnologia SMD (ilhas na PCI). Neste caso tanto o SMD como os componentes convencionais são posicionados ou inseridos, respectivamente,  na PCI antes do processo de refusão. Isto elimina a necessidade da operação de máquina de solda.

Na tecnologia convencional é necessária a deposição de pilares nos furos onde  os componentes serão inseridos e no processo SMD, quantidades menores nas ilhas capazes de promover a fixação e posterior soldagem dos componentes. Dois tipos de stencils devem ser fabricados para satisfazer esta aplicação. 

Um degrau de 0,38 mm até 0,50 mm (15 até 20 mil) de espessura  na  área   dos componentes  convencionais  e uma espessura  de  0,15 mm  até  0,20 mm ( 6 a 8mil ) na área SMD poderá proporcionar um volume requerido de pasta de solda tanto para os componentes convencionais como para os SMD’s.
 

Apesar de muitos usuários estarem utilizando nos EUA esta tecnologia no stencil para  aplicações de tecnologia mista é muito difícil de controlar a qualidade de impressão onde podemos notar variações consideráveis de degraus ou patamares como, por exemplo, de 0,50 mm (20 mil) para 0,38mm (15 mil) ou de 0,30 mm (12 mil) para 0,15mm (6 mil).

Outro método é o “Two Print Stencil”. Como o próprio nome indica, se utiliza dois stencils durante o processo. O primeiro stencil é um stencil padrão SMD e utilizado para os componentes “fine pitch” e outros componentes SMD. O segundo stencil é um stencil de maior espessura (0,38 mm até 0,50 mm) (15 até 20 mil) e utilizado para imprimir pasta de solda nos furos onde serão inseridos os componentes convencionais. 

Este segundo stencil tem áreas perfuradas quimicamente e livres de interferência em relação aos contatos com partes onde a pasta de solda foi anteriormente depositada pelo primeiro stencil. Após a segunda impressão, tanto os componentes convencionais como os SMD’s deverão ser inseridos e posicionados, respectivamente, na PCI. Então a pasta de solda é refundida em forno de refusão, completando assim o processo.

8. Tecnologia Híbrida

O stencil híbrido é a mistura de tecnologias. Algumas aberturas do stencil são através do processo laser e outras através de corrosão química. Este produto foi introduzido em resposta à especificações técnicas associadas a “Ultra Fine Pitch Tecnology” (UFPT), isto é,  a componentes com passo entre terminais abaixo de 20 mil (0.5 mm). 

Um controle rigoroso das aberturas e da deposição de pasta de solda através das aberturas do stencil na área de impressão são requisitos para o controle de volume e precisão do depósito na PCI que possui componentes SMD com passo de 16 mil ( 0.40 mm) e 12 mil (0.30 mm). O stencil híbrido proporciona esta condição. 

As aberturas em laser são controladas dentro de uma precisão de +- ½ mil (0.012 mm). Como vimos anteriormente, a geometria trapezoidal é muito bem controlada entre as aberturas no stencil e a repetibilidade pode ser notada quando consideramos diferentes stencils.

A figura 8 mostra uma seção transversal de um stencil com furação à laser e eletropolimento ampliado em 440 X. A espessura da folha é de 5 mil (0.12 mm). O tamanho da abertura é de 6.8 mil (0.17 mm) na face de contato com a PCI e de 5.5 mil (0.14 mm) na face superior do stencil.


A combinação de três características, a) controle da dimensão das aberturas, b) controle do trapezoide e, c) acabamento superficial das paredes das aberturas, proporcionam alta performance na fabricação de stencils.

Um stencil híbrido típico tem suas aberturas de 12, 16 e 20 mil através de processo laser e a partir de 25 mil através de corrosão química.

8.  Material das lâminas do stencil


O material mais comumente utilizado para stencil com corrosão química ou híbrido é o aço inoxidável (liga 42), onde utilizamos espessuras a partir de 4 mil. Este material apresenta boa performance em stencil com corrosão química por apresentar pequena presença de cantos vivos. Também em processo de furação a laser apresenta mínima formação de borra e rugosidade nas bordas, além de ficar livre de empenamento e acúmulo de tensão durante a furação.

Tanto para aberturas por corrosão química como a laser, a liga 42 apresenta um excelente acabamento superficial após processo de eletropolimento. A tensão de cisalhamento da liga 42 é de 120,000 lbs/sq. inch, isto é, 2 vezes mais resistente que bronze. Para lâminas de stencil com 2 mil de espessura, é recomendado um aço inoxidável mais denso que tem sua tensão de cisalhamento de 150,000 lbs/sq. inch.