Das Stencil-Design lässt sich mit Erfahrung und den richtigen Werkzeugen bewerkstelligen

Das Design von Pastenschablonen ist keine schwarze Magie. Mit den richtigen Werkzeugen und mit etwas Erfahrung können PCB-Designer die Grundlagen erlernen und Schablonen für ihre Leiterplatten entwerfen, wodurch die Zeit bis zum Fertigungszyklus verkürzt wird.

Ein kritischer vorbereitender Schritt jeder Leiterplatten-Oberflächenmontage ist das genaue Auftragen von Lötpaste für die ordnungsgemäße Befestigung von Komponenten. Die gebräuchlichste Methode zum Auftragen von Lötpaste ist die Verwendung einer Lötschablone (Stencil) – ein 0,004" bis 0,008" (0,10 - 0,20 mm) dickes Edelstahlblech mit lasergeschnittenen Öffnungen (oder Öffnungen). Die Schablone wird über die Ober- oder Unterseite einer Leiterplatte gelegt und die Lötpaste wird über die Schablone gerakelt, wobei bei Bedarf genaue Mengen an Lötpaste aufgetragen werden.

Das Anfertigen der Pastenschablone wird in der Regel als CAM-Verarbeitungsschritt vom Leiterplattenbestücker durchgeführt. Jeder, der eine Leiterplatte entwirft, kann jedoch eine Pastenschablone entwerfen, sofern er über die Werkzeuge und die Erfahrung verfügt. Wenn Sie dem Bestücker ein Schablonendesign zur Verfügung stellen, wird die Bearbeitungszeit verkürzt und die Leiterplattenbestückung kann früher begonnen werden. Mit den richtigen Werkzeugen und Erfahrung kann das Schablonendesign lange vor der Übergabe eines Designs an den Bestücker durchgeführt werden. Hier sind zwei häufige Probleme im Zusammenhang mit dem Schablonendesign, die mit CAM350-Analyse®- und Schablonendesign-Tools leicht bewertet werden können.

Paste verbleibt an den Innenwänden der Schablone

Die ordnungsgemäße Freisetzung der Paste von den Wänden einer Schablone beim Entfernen von der Leiterplattenoberfläche erfordert kompatible Flächen- und Seitenverhältnisse für die Öffnungen. Das Flächenverhältnis wird berechnet, indem die Fläche einer Blende durch die Fläche ihrer Blendenwände dividiert wird. Das Seitenverhältnis wird berechnet, indem die Breite einer Blende durch die Dicke der Schablone dividiert wird. Gemäß der IPC-7525-Spezifikation wird ein Flächenverhältnis von 0,66 und ein Seitenverhältnis von 1,5 empfohlen.
 

Unser CAM350®- und DFMStream-Produkt® kann zwei Faktoren für alle Schablonenöffnungen analysieren und Blenden identifizieren, die nicht konform sind.
  Wenn PCB-Designs eine Mischung aus BGAs, QFPs, 1206 und 0402 enthalten, ist ein einheitliches Seitenverhältnis selten ausreichend. Zum Beispiel kann ein BGA eine größere Menge an Paste auf seinen Pads benötigen als ein 0402. Um solche Anforderungen an variable Aspekte zu erfüllen, werden häufig abgestufte Schablonen verwendet. Stufenschablonen sind Schablonen unterschiedlicher Dicke, um unterschiedliche Pastenmengen aufzunehmen. Abgestufte Schablonen erhöhen das Volumen und die Höhe der Lötpaste in ausgewählten Bereichen und verringern sie in anderen.
 

Lötperlen (oder Kugeln) sind nach der Endmontage vorhanden

Eine falsche Größe oder Form der Paste auf dem Pad eines Bauteils kann dazu führen, dass das Lötzinn zusammengedrückt wird, was zu zufälligen Lötperlen führt. Aus diesem Grund ist es oft nicht wünschenswert, eine Pastenform zu haben, die mit einer Padform identisch ist. Der Pastenbereich sollte mindestens proportional kleiner oder anders geformt sein als das Pad. Für viele diskrete Verpackungen wie 1206, 0805, MELF und andere mit rechteckigen Pads ist es am besten, Homeplate-, Bow-Tie- oder Cpad-Pastenformen zu verwenden. Gemäß der IPC-7525-Spezifikation finden Sie hier Empfehlungen für die Anwendung dieser Formen auf Chip-Komponenten:
 

Wie Sie sehen können, haben die empfohlenen Pastenformen weniger Fläche als die Pad-Form. Ein zylindrisches MELF-Gehäuse erfordert eine andere Form, die eine "Tasche" bietet, in der die Enden aufliegen können und verhindern, dass sie sich aus der Mitte des Pads bewegen, wenn sich das Lötzinn erhitzt und abkühlt.
  Das Erstellen dieser Pastenformen oder Öffnungen kann mühsam sein, wenn Ihr PCB-Design-Tool keine Funktionen für das Design von Pastenschablonen bietet. Der Stencil Designer der CAM350 automatisiert und vereinfacht die Aufgabe des Schablonendesigns. Importieren Sie eine Gerber-, ODB++- oder IPC-2581-Datei und wählen Sie eine beliebige Pastenmaske, Lötstoppmaske, obere oder untere Leiterplattenschicht als Quelle für die Komponenten- oder Musterauswahl aus. Wählen Sie Muster aus, und weisen Sie ein Pad-Shape aus einer Sammlung von Standard-Schablonen-Shapes zu, oder verwenden Sie Versatz und Skalierung, um Shapes mit geänderter Größe oder Neupositionierung zu erstellen.
 

Verwenden Sie den Fersen- und Zehenerstellungsmodus für Flügeltüren- (d. h. SOIC) und J-Minenmuster (z. B. PLCC), um die Paste proportional zwischen Fersen- und Zehenabschnitten der Elektroden zu verteilen. Im folgenden Beispiel besteht die Pastenform aus 90 % der inneren Hälfte (Ferse) des Polsters und 60 % der äußeren Hälfte (Zehe) des Polsters. Unsere Forschung hat keine Einheitsgröße für die Anwendung von Fersen- und Zehenprozentsätzen gefunden. Das Verhältnis variiert je nach Steigungsart der Komponente.
 

Bevor Sie mit dem Entwurf einer Pastenschablone beginnen, sollten Sie sich mit dem Bestücker besprechen, um seine Anforderungen zu verstehen. Sie können die standardmäßige Paket-zu-Einfüge-Shape-Zuordnung von Komponenten verwenden, auf die beim Erstellen des Schablonenentwurfs verwiesen wird. Paste Stencil Design ist ein sehr wiederholbarer Prozess. Nachdem Sie eine Formzuordnung zum Einfügen von Komponentenpaketen eingerichtet haben, kann die Zuordnung auf alle zukünftigen Konstruktionen mit denselben Komponentenpaketen angewendet werden. Aus diesem Grund bietet der Stencil Designer der CAM350 auch Unterstützung für Schablonenbibliotheken und eine vollautomatische Schablonenerstellung.

Dies ist ein weiteres Beispiel für die Verbesserung des "Handshakes" zwischen Design und Fertigung. Genau wie bei der Signalintegritätsanalyse (SIA) und der Design-for-Manufacturing-Analyse (DFM) kann das Design der Pastenschablone im Prozess der Einführung neuer Produkte (NPI) vorgelagert werden, wodurch die Vorbereitung und Übergabe für die Fertigung weiter optimiert und dadurch die Gesamtmarkteinführungszeit verkürzt wird.

Weitere informationen darüber, wie CAM350® beim Entwerfen einer Pastenschablone helfen kann, finden Sie unter https://www.downstreamtech.com/products/cam350/.