PCBA 기술 - 스덴셜(stencil)

PCBA 제조 공정에서 스덴셜(stencil) 혹 스크린의 역할

스덴셜(stencil)이란 무엇입니까?

스덴셜(stencil)의 가장 큰 역할은 솔더 페이스트가 증착되도록 돕고 솔더 페이스트 또는 빨간색 접착제를 빈 PCB의 정확한 위치에 정확한 양으로 전달하는 것입니다.

스스덴셜(stencil)는 PCB 기판에 솔더 페이스트를 쉽게 인쇄하기 위한 인쇄 방법으로 고무 도장이나 씰의 원리와 다소 유사합니다. 

스덴셜(stencil)은 형성되기 전에 특정 규칙에 따라 설계되어야 하며 레이저 절단을 사용하여 스크린을 만듭니다. 따라서 화면 버전은 보조 도구입니다. 

스덴셜(stencil)은 매우 얇은 강철 조각입니다. 

스덴셜(stencil)의 사양과 크기는 일반적으로 솔더 페이스트 프린터에 맞게 고정되어 있지만 스크린의 두께는 0.08mm, 0.10mm, 0.12mm, 0.15mm, 0.18mm, 등.

   A set of stencil

스덴셜(stencil) 버전의 목적

우리가 종종 PCBA라고 부르는 것은 규칙에 따라 설정된 BOM, 비트 수 및 기타 데이터에 따라 특정 전기 성능 구성 요소를 PCB에 배치한 

다음 솔더 페이스트를 통해 구성 요소의 단자를 납땜하거나 빨간색을 사용하는 것입니다. 

접착제로 부품을 납땜하고 웨이브 납땜을 통해 연결하여 세트 회로 기판을 형성하여 초기 회로 기능을 달성함으로써 제품이 특정 성능을 갖고 생산성을 향상시킵니다.

스덴셜(stencil)의 주요 목적은 솔더 페이스트를 회로 기판에 인쇄하는 것입니다. 

스덴셜(stencil)에는 많은 구멍이 새겨져 있습니다. 

솔더 페이스트를 인쇄할 때는 회로 기판에 솔더 페이스트를 도포해야 합니다. 

스덴셜(stencil) 아래에 놓은 다음 스크레이퍼(일반적으로 솔더 페이스트가 치약과 같은 점성 물질과 유사하기 때문에 스크레이퍼)를 사용하여

 솔더 페이스트로 스크린 상단을 닦고 솔더 페이스트를 누릅니다. 

압착하면 솔더 페이스트가 스크린의 구멍에서 흘러내려 회로 기판 상단에 달라붙게 됩니다. 

스덴셜(stencil)을 제거한 후 솔더 페이스트가 회로 기판에 인쇄된 것을 볼 수 있습니다. 

쉽게 말하면 스크린은 스프레이 페인팅을 할 때 준비해야 하는 커버와 같고, 솔더 페이스트는 페인트에 해당하며, 커버에 원하는 패턴이 새겨져 있고, 페인트를 칠할 때 원하는 패턴이 표시됩니다. 

커버에 뿌렸습니다.

스덴셜(stencil) 플레이트 구매는 조립 공정의 첫 번째 단계일 뿐만 아니라 중요한 단계이기도 합니다. 

스덴셜(stencil)의 주요 기능은 솔더 페이스트의 증착을 돕는 것입니다. 목적은 정확한 양의 데이터를 베어 PCB의 정확한 위치로 전송하는 것입니다. 

솔더 페이스트가 스크린을 덜 차단할수록 회로 기판에 더 많은 침전물이 쌓입니다. 

따라서 인쇄 과정에서 문제가 발생하면 첫 번째 반응은 시나리오 작가를 비난하는 것입니다. 

그러나 성능에 영향을 미칠 수 있는 화면 버전보다 더 중요한 매개변수가 있다는 점을 기억해야 합니다. 

이러한 변수에는 프린터, 솔더 페이스트 입자 크기 및 점도, 스퀴지 유형, 재료, 경도, 속도 및 압력, PCB와의 스크린 분리(밀봉 효과), 솔더 마스크 평탄도 및 부품 평면성이 포함됩니다.

스덴셜(stencil) 제조기술

스덴셜(stencil) 세 가지 주요 기술은 화학적 에칭, 레이저 절단 및 전기 주조입니다.

각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 화학적 에칭과 레이저 절단은 절삭 공정인 반면 전기 주조는 증분 공정입니다. 

따라서 가격과 같은 특정 매개변수의 비교는 사과 대 오렌지 비교일 수 있습니다. 

그러나 주요 고려 사항은 비용과 처리 시간에 상응하는 성능이어야 합니다.

일반적으로 화학 에칭 스텐실 및 기타 기술은 0.025" 이상의 좁은 피치 애플리케이션에 사용될 때 동일하게 효과적입니다. 

반대로, 스크린 버전인 0.020" 미만의 피치를 처리할 때는 레이저 절단 및 전기 주조를 고려해야 합니다. 

0.025" 이상의 피치에는 후자 형태의 스크린도 좋지만, 가격이나 사이클타임에 대해서는 말씀드리기 어려울 수도 있습니다.

화학적으로 에칭된 스크린

화학적으로 에칭된 스크린은 스크린 인쇄 세계의 주요 유형입니다. 비용이 저렴하고 회전 속도가 빠릅니다. 

화학적으로 에칭된 스테인레스 스틸 스크린은 금속 호일에 레지스트 보호제를 적용하고, 핀을 사용하여 감광성 도구를 배치하여 

금속 호일의 양면에 패턴을 노출시킨 다음, 양면 공정을 사용하여 금속 호일을 에칭함으로써 만들어집니다. 

동시에 양측. 공정이 양면이기 때문에 금속을 통과하는 부식물로 인해 구멍이 생기거나

개구부는 상단 및 하단 표면뿐만 아니라 수평으로도 부식됩니다. 이 기술의 핵심은 블레이드 또는 모래시계 모양의 형성입니다(그림 1). 

0.020" 아래로 피치가 조정되면 이 모양은 솔더 페이스트를 걸러낼 수 있는 기회를 생성하며, 이는 전해연마라는 강화 프로세스를 사용하여 줄일 수 있는 결함입니다.

전해연마는 홀 벽을 "연마"하여 표면 마찰을 줄이고 솔더 페이스트 방출을 향상시키며 보이드를 줄이는 전해 백엔드 공정입니다. 

또한 화면 아래쪽 청소도 크게 줄어듭니다. 전해연마는 금속 호일을 전극에 부착하고 이를 산성 용액에 담가서 수행됩니다. 

전류는 부식제가 구멍의 거친 표면을 먼저 공격하게 하고, 구멍 벽에 미치는 영향이 금속 호일의 상단 및 하단 표면에 미치는 영향보다 더 커서 "광택" 효과가 발생합니다(그림 2).

 그런 다음 부식제가 상단 및 하단 표면에 작용하기 전에 포일을 제거합니다. 

이러한 방식으로 구멍 벽 표면이 연마되고 솔더 페이스트가 스크레이퍼에 의해 스크린 표면에서 (밀어지는 것이 아니라) 효과적으로 굴려 구멍을 채웁니다.

0.020" 미만의 피치에 대한 개선된 솔더 페이스트 릴리스를 위한 또 다른 기술은 사다리꼴 단면 개구(TSA)입니다.

사다리꼴 단면 구멍(TSA)은 스크린의 접촉면(또는 바닥면)이 스크레이퍼 표면(또는 상단면)보다 0.001~0.002" 더 큰 개구부입니다. 

사다리꼴 단면 구멍은 두 가지 방법으로 완성할 수 있습니다.  

즉, 양면 개발 도구의 접촉 표면 크기를 스퀴지 표면보다 크게 만들거나 모든 사다리꼴 단면 구멍이 있는 스크린을 생성할 수 있습니다. 

부식성 스프레이의 상단 및 하단 표면에 대한 압력 설정을 변경하여 구멍 벽 형상을 통해 최대 0.020" 간격으로 솔더 페이스트를 방출할 수 있습니다. 

또한, 생성된 솔더 페이스트 침전물은 사다리꼴 "벽돌" 모양이므로 안정적인 부품 배치와 솔더 브릿지 감소를 촉진합니다.

스텝다운 또는 이중 레벨 스크린은 화학적 에칭 기술을 사용하여 쉽게 생산할 수 있습니다. 이 공정에서는 아래로 내려가는 구멍을 형성하여 선택한 부품의 주석 양을 줄입니다. 

예를 들어, 동일한 설계에서 피치가 0.050"~0.025"(일반적으로 0.007" 두께 스크린 필요)인 대부분의 구성 요소는 피치를 줄이기 위해 0.020" 피치의 여러 QFP(쿼드 플랫 팩)와 결합됩니다. 

QFP에 솔더 페이스트 양을 추가하면 이 0.007인치 두께의 스크린은 0.005인치 두께의 하향 계단 영역을 생성합니다. 

스크린의 접촉면은 보드 전체에서 수평을 이루어야 하므로 아래쪽 계단은 항상 스크린의 스크레이퍼 쪽에 있어야 합니다. 

그럼에도 불구하고 스퀴지가 스크린의 두 수준 모두에서 솔더 페이스트를 완전히 분산시킬 수 있도록 QFP와 주변 구성 요소 사이에 최소 0.100인치의 분리를 제공하는 것이 좋습니다.

화학적으로 에칭된 스크린은 반 에칭된 기준점 및 자막 이름을 생성하는 데에도 유용합니다. 

프레스 비전 시스템의 정렬에 사용되는 기준점은 하프 에칭된 다음 검정색 수지로 채워져 비전 시스템에서 쉽게 볼 수 있는 매끄러운 금속 배경과 대비를 제공할 수 있습니다. 

부품 번호, 생산 날짜 및 기타 관련 정보가 포함된 제목 블록은 식별 목적으로 화면에 부분 에칭될 수도 있습니다. 두 프로세스 모두 양면의 절반만 개발하여 수행됩니다.

화학적 에칭의 한계. 칼날의 결함 외에도 화학적으로 에칭된 스크린에는 종횡비라는 또 다른 한계가 있습니다. 

간단히 말해서, 이 비율은 현재 금속 두께에 따라 에칭할 수 있는 구멍 개구부를 제한합니다. 

일반적으로 화학적으로 에칭된 스크린의 경우 종횡비는 1.5:1로 정의됩니다. 따라서 0.006" 두께 스크린의 경우 구멍 개구부는 0.009"(0.006"x1.5=0.009")입니다. 

이에 비해 전기주조 스크린과 레이저 절단 스크린의 경우 종횡비는 1:1입니다. 

이는 두 공정 모두에서 0.006" 두께 스크린에 0.006" 개구부를 생성할 수 있음을 의미합니다.

전기주조

증분 공정이 아닌 증분 공정인 전기 주조는 솔더 브리징과 스크린 밑면 청소 필요성을 줄이는 고유한 개스킷 특성을 지닌 니켈 금속 스크린을 생성합니다. 

이 공정은 기하학적 제한 없이 거의 완벽한 위치 지정, 고유의 사다리꼴 모양을 갖춘 매끄러운 홀 벽, 향상된 솔더 페이스트 방출을 위한 낮은 표면 장력을 제공합니다.

개구부가 형성될 기판(또는 맨드릴)에 포토레지스트를 현상한 다음 포토레지스트 원자 주위에 스크린을 원자 단위로, 층 단위로 전기 도금합니다. 

니켈 원자는 포토레지스트에 의해 편향되어 사다리 모양의 구조를 만듭니다. 

그런 다음 스크린을 기판에서 떼어내면 상단면이 접촉면이 되어 밀봉 효과가 발생합니다. 0.001 ~ 0.012"의 연속 니켈 두께 범위를 사용할 수 있습니다. 

이 공정은 초미세 피치 요구 사항(0.008 ~ 0.016") 또는 기타 응용 분야에 이상적으로 적합합니다. 1:1의 화면비를 달성할 수 있습니다.

단점으로는 감광성 도구(단면이기는 하지만)가 포함되므로 정렬이 잘못될 수 있습니다. 도금 공정이 고르지 않으면 밀봉 효과가 사라집니다. 

또한 청소 과정이 너무 격렬할 경우 밀봉 "블록"이 제거될 수 있습니다. 레이저 절단 스크린

고객의 원시 Gerber 데이터에서 직접 생산된 레이저 절단 스테인리스 스틸 스텐실에는 사진 촬영 단계가 없습니다. 

이렇게 하면 잘못된 위치 지정 가능성이 제거됩니다. 스크린 인쇄는 위치 정확도와 재현성이 우수합니다. 

필요한 수정을 거쳐 Gerber 파일이 레이저 기계로 전송되고 레이저 기계에서 직접 구동됩니다. 

물리적 간섭이 적다는 것은 오류가 발생할 가능성이 적다는 것을 의미합니다. 레이저빔이 발생하지만

금속 슬래그(증발된 용융 금속)는 큰 문제이지만, 오늘날의 레이저 절단기는 쉽게 제거할 수 있는 슬래그를 거의 생성하지 않습니다.

구멍 주변에 가리비 모양이 나타나 구멍 벽이 거칠어지는 문제도 있다. 이로 인해 표면 마찰이 추가되지만 거칠기는 수직면에 있습니다. 

그러나 최근 레이저 기계에는 경계선 없이 금속 호일을 절단할 수 있는 내부 비전 시스템이 있습니다. 

이는 표준 피치 구성 요소를 화학적으로 에칭한 다음 미세 피치 구성 요소를 레이저 절단하여 스크린을 만들 수 있기 때문에 의미가 있습니다. 

이 "하이브리드" 또는 결합된 스크린 인쇄는 두 기술의 장점을 모두 활용하여 비용을 낮추고 작업 시간을 단축합니다. 

또한 전체 스크린을 전해연마하여 홀 벽을 매끄럽게 하고 솔더 페이스트를 효과적으로 방출할 수 있습니다. 

레이저 절단 공정의 가장 큰 단점은 기계가 각 구멍을 개별적으로 절단한다는 것입니다. 당연히 홀이 많을수록 시간이 오래 걸리고 스크린 비용도 높아집니다. 

그럼에도 불구하고 설계가 허용된다면 하이브리드 스크린 공정을 활용하여 비용을 줄일 수 있습니다. 레이저 빔의 초점에 따라 사다리꼴 구멍이 자동으로 생성됩니다. 

구멍의 개구부는 실제로 스크린의 접촉 표면에서 절단된 다음 스퀴지 쪽이 위로 오도록 스크린을 뒤집어 설치합니다.

레이저 기술은 구멍 강화, 기존 구멍 확대 또는 기준점 강화 등 기존 스크린을 재작업할 수 있는 프로세스입니다.

스크린 인쇄의 기타 발전

레이저 절단 및 전기 주조 외에도 스크린 제작의 중요한 발전은 전자 데이터 전송입니다. 

1995년까지만 해도 스크린 제조업체에 제공된 대부분의 사진은 광택 처리된 구리의 그래픽과 일대일로 일치하는 포지티브 필름이었습니다. 

부품 개구부 수정에는 반복적인 사진 기술과 수작업이 필요합니다. 프로세스는 공급된 포지티브 필름의 품질에 따라 결정됩니다. 

단계별로 사진을 반복하는 것은 지루한 작업입니다.

오늘날 모뎀과 이메일을 통한 전자 파일 전송은 그래픽 데이터를 실시간으로 제공하는 일반적인 방법입니다. 

선택적 수정, 단계별 반복 그래픽, 기하학적 모양 변형을 쉽고 효율적으로 수행할 수 있습니다. 

또한 필름 포지티브의 우편 발송을 제거함으로써 처리 시간을 거의 하루로 단축할 수 있습니다.

Gerber 파일을 전송하면 솔더 페이스트의 양을 줄이는 방법으로 패드의 형상을 정사각형 및 직사각형에서 "홈 플레이트", "격자", "지퍼" 및 기타 모양(그림 6)으로 변경할 수 있습니다. . 올바른 금속판 두께 선택과 결합하여 형상을 수정하여 솔더 페이스트 볼륨을 조정하면 스텝다운 보드가 필요하지 않게 될 수도 있습니다. 단일 두께 스크린,

올바르게 설계하면 2단계 도구보다 프로세스 관점에서 항상 더 좋습니다.

접착 스텐실

또한 전자 파일을 사용하면 CAD(컴퓨터 지원 설계) 작업자가 패드 모양의 질량 중심점을 쉽게 결정할 수 있습니다. 

이 기능을 사용하면 디자인 파일의 솔더 페이스트 레이어를 원형 및 타원형 모양으로 변환할 수 있습니다. 

표시된 구성 요소의 크기에 따라 다릅니다. 이러한 이유로 접착제 대신 "인쇄"용 스크린을 만들 수 있습니다. 

인쇄는 접착제 분배보다 빠르므로 이 장비는 다른 작업에 사용할 수 있습니다.

화면 버전 재작업

재작업 분야에서는 비교적 최근에 혁신이 일어났습니다. 

이제 개별 구성 요소를 재작업하거나 개조하기 위해 특별히 설계된 "작은" 화면이 있습니다. 

스덴셜(stencil)은 표준 QFP 및 BGA(Ball Grid Array)와 같은 개별 구성 요소로 구입할 수 있습니다. 

물론 해당 스크레이퍼나 소형 스크레이퍼도 있습니다.

스덴셜(stencil) 가격 비교

화학적으로 에칭된 스크린의 가격은 프레임 크기에 따라 결정됩니다. 

포일은 스크린 제작 공정의 핵심이지만 프레임은 단일의 고가의 고정 비용입니다. 

크기는 주로 프레스 유형에 따라 결정됩니다. 그러나 대부분의 프린터는 둘 이상의 프레임 크기를 수용할 수 있습니다.

 (프레임 치수는 업계 표준입니다). 대부분의 스크린 공급업체는 5x5" ~ 29x29" 크기 범위의 표준 프레임의 특정 재고를 보관합니다. 

빈 포일은 프레임만큼 가격이 비싸지 않기 때문에 금속의 두께는 가격에 영향을 미치지 않습니다. 

그리고 모든 구멍이 동시에 에칭되므로 그 개수도 중요하지 않습니다.

전주 스크린 가격은 주로 금속 두께에 따라 결정됩니다. 원하는 두께로 도금하는 것이 주요 고려 사항입니다. 

두꺼운 스크린은 얇은 스크린보다 비용이 저렴합니다.

레이저 커팅 스크린의 가격은 설계된 구멍 수에 따라 결정됩니다.

구멍을 레이저로 절단하는 것, 즉 구멍이 많을수록 비용이 높아집니다. 또한 필요한 프레임 크기를 추가하십시오. 

레이저 절단 미세 피치 구성 요소와 화학적으로 에칭된 표준 피치 구성 요소를 갖춘 하이브리드 스크린은 많은 개구부가 필요할 때 비용 효율적인 접근 방식이 될 수 있습니다. 

그러나 구멍이 2,500개 미만인 디자인의 경우 전체 화면을 레이저로 절단하는 것이 더 비용 효율적일 수 있습니다.

위의 내용을 요약하면 PCBA 공정의 요구 사항이 무엇이든 현재 이러한 요구 사항을 충족하는 스크린 기술이 있습니다. 

사다리꼴 단면 구멍, 하이브리드 스크린, 전자 데이터 전송의 장점 등 논의된 혁신 중 일부는 모두 지난 3~4년에 걸쳐 개발되고 개선되었습니다. 

스덴셜(stencil) 인쇄 산업은 전통적으로 새로운 요구 사항에 신속하게 대응했을 뿐만 아니라 이러한 지속적인 개발의 최전선에 있었습니다.