PCB Stencils-O guia definitivo sobre como fazer

Stencils de PCB A fase de impressão é a parte mais crítica de uma montagem de PCB. É também o mais difícil, pois o menor erro pode arruinar o PCB eletrônico acabado. Portanto, os erros geralmente resultam da montagem de juntas de solda nas almofadas de PCB.

Ajudaria se você tivesse cuidado com os erros ao criar centenas, até milhares de juntas de solda, uma por vez. No entanto, uma bala de prata que elimina erros que podem surgir durante a montagem de componentes é o estêncil de PCB.

Com o estêncil de PCB, você monta todas as juntas de solda na placa em uma passagem. Ele ajuda você a economizar uma quantidade considerável de tempo e elimina qualquer margem de erro na junta de solda.

Neste guia, você encontrará tudo o que precisa saber para começar a usar o estêncil de pasta de solda.

O que é estêncil PCB

Estênceis de PCB 1.1 —Definição

Um estêncil é uma fina folha de material com uma formação de aberturas que determinam o layout dos componentes no PCB. Com o estêncil de solda, você pode depositar as quantidades apropriadas de pasta de solda com precisão impecável de uma só vez.

Sua placa fica pronta para a instalação do SMD assim que você aplica pasta de solda sobre um bloco de PCB coberto com o estêncil. Quando você remove o estêncil, o depósito de pasta de solda fica na placa de acordo com a formação das aberturas do estêncil.

A deposição perfeita da pasta de solda garante que as juntas de solda sejam ótimas em relação à resistência mecânica e às conexões elétricas.

Agora, a maioria dos fornecedores de almofadas de PCB também produz estênceis de PCB. Quando você faz um pedido desses fornecedores, eles oferecem a opção de coletar seu PCB junto com seu estêncil personalizado.

No entanto, existem dois tipos de estênceis:os emoldurados e os sem moldura. Embora os sem moldura sejam mais baratos e fáceis de armazenar, eles são os segundos melhores para uso em impressão de alto volume.

O material do estêncil é um determinante primário de sua capacidade de liberar pasta de solda através das aberturas. Você descobrirá mais sobre isso nas seções subsequentes deste guia.

No entanto, você pode melhorar a capacidade de liberação de pasta de um estêncil aplicando um tipo específico de revestimento nele.

Estênceis de PCB 1.2 —PCB de design de estêncil

A seguir, uma análise dos elementos críticos do design do estêncil:

Espessura do estêncil

É outro determinante crucial da capacidade de um estêncil de liberar a pasta de solda. Se a espessura não for adequada para o tamanho das aberturas, você não obterá a junta de solda necessária. Neste caso, a pasta pode aderir às paredes internas das fissuras devido à tensão superficial.

Design de abertura

O design da abertura pode afetar as juntas de solda de várias maneiras. Primeiro, determina as chances de ocorrência de defeitos, como pontes e cordões de solda. Ele também pode fornecer uma vedação de gaxeta entre o estêncil e o PCB.

Estênceis de PCB– Alinhamento

É o determinante final da precisão com que você imprime juntas de solda nas almofadas. Você pode obter um alinhamento excelente inscrevendo marcas de registro chamadas marcas fiduciais no PCB e no estêncil.

Projeto específico para PCB

PCBs com almofadas de cobre que promovem condutividade e dissipação de calor nas almofadas de PCB exigem estêncis com designs exclusivos. Nesses casos, um design de estêncil para placas PCB sem almofadas de cobre levaria ao levantamento de cobre e à soldagem inadequada dos cabos externos.

Para eliminar esses defeitos nesses casos, você precisa adicionar um 'efeito de janela' ao design da abertura. Isso elimina os defeitos moderando o volume de solda.

Se os pads de cobre no pad PCB vierem com vias que melhoram ainda mais a dissipação, é necessário um design de estêncil diferente. O desenho do estêncil deve evitar o depósito de pasta de solda nas vias.

Há também casos em que uma almofada de PCB requer o uso de estênceis de espessura variável. Nesses casos, pode haver partes de tons delicados que precisam de estênceis finos e partes mais significativas que exigem estênceis mais grossos.

Você pode atender a esses requisitos usando estênceis de vários níveis que possuem áreas de aumento e redução. Você pode criar espaços avançados adicionando mais material a uma área selecionada do estêncil.

Isso aumenta a quantidade e a altura da pasta de solda nas juntas de solda formadas nessa área. O oposto disso ocorre na sala de degrau.

Pelo que dissemos até agora, fica claro que a espessura é um dos aspectos mais críticos de um estêncil de PCB. No próximo capítulo, veremos o papel da consistência em um estêncil de PCB.

Espessura do estêncil PCB

A combinação do tamanho da almofada, formação da abertura e espessura determina a capacidade de deposição de pasta do estêncil. No entanto, mesmo que a formação da abertura e o tamanho da almofada sejam apropriados, a deposição ideal da pasta é impossível sem a espessura correta do estêncil.

Fatores a serem considerados antes de escolher a espessura do estêncil

A seguir, uma análise dos fatores críticos que você deve considerar ao selecionar a espessura do estêncil:

Proporção de aspecto

A espessura determina a quantidade e a altura da pasta de solda que forma uma junta de solda. Quanto menor a quantidade, maior a possibilidade de desconexões e menor a possibilidade de jumpers.

Essa correlação, chamada de “aspecto”, resulta das diferenças de forças que atuam sobre a pasta à medida que ela desliza pela abertura. Estes incluem a força que empurra a pasta para além da abertura e mantém a pasta dentro dos espaços.

O contraste entre essas duas forças é representado por uma medida conhecida como Aspect Ratio. Para obter a deposição ideal da pasta, você precisa garantir que a proporção seja mais significativa do que um.

A tensão superficial entre a pasta e a almofada deve exceder a tensão entre a pasta e a parede da abertura. A relação de aspecto pode ser deduzida determinando a relação entre a largura da abertura e a espessura do estêncil (W/T).

No entanto, os padrões da indústria definem os critérios para determinar a espessura do estêncil mais adequada para um tamanho de abertura. O limite mais baixo do padrão da indústria para Aspect Ratio é 1,5.

Estênceis de PCB– Proporção de área

Outra medida crítica para determinar como a espessura de um estêncil afeta sua capacidade de liberação de pasta é sua razão de área. A razão de área é a razão entre a área de superfície da abertura e a área de superfície da parede da abertura.

O limite mais baixo da faixa de áreas de superfície do padrão da indústria é 0,66.

Pitch QFP e BGA

Além disso, ao determinar a espessura apropriada para o seu estêncil, você precisa considerar cuidadosamente o QFP, o BGA e o menor tamanho do chip.

Para um QFP com um passo ≤ de 0,5 mm, a espessura do seu estêncil deve ficar entre 0,12 mm e 0,13 mm. Um QFP com espessura> 0,5 mm requer uma espessura de estêncil de 0,15 mm a 0,20 mm.

Para um BGA com um passo de bola de 1,0 mm +, a espessura apropriada do estêncil é de 0,15 mm. Para um BGA com passo entre 0,5 mm e 1,0 mm, você deve escolher 0,13 mm para a espessura do estêncil.

É ainda mais imperativo considerar o BGA ou os componentes menores se você estiver colocando diferentes ICs simultaneamente na placa.

Tamanhos do estêncil SMT

As regras para a determinação da espessura de estêncil apropriada para uma montagem SMT são mais complexas. No entanto, também é imperativo considerar as proporções de aspecto e área ao determinar os tamanhos do estêncil SMT.

Para um conjunto SMT que implementa a gravação química, a proporção apropriada é 1:1,5. Para o tipo de pitch de estêncil cortado a laser, a proporção adequada é 1:1,12.

Além disso, agora que você está equipado com informações adequadas sobre as qualidades essenciais, está pronto para explorar os fabricantes de estêncil de PCB. O próximo capítulo mostra como.

Criador de estêncil de PCB

Uma coisa é adquirir uma folha fina de material com a espessura certa. No entanto, é um jogo diferente fazer furos do tamanho perfeito neles.

Dado que um estêncil de PCB deve conter centenas ou mesmo milhares de furos alinhados com alta precisão, é desaconselhável fazer furos manualmente.

Os três métodos mais utilizados para fazer estênceis com furos apropriados são a gravação química, corte a laser e eletroformação. Cada um desses métodos pode levar a superfície da parede do poro a um acabamento diferente; quanto mais suave o acabamento, mais eficiente será a liberação da pasta.

O mais popular entre esses três fabricantes de estêncil de PCB é o cortador a laser.

Neste capítulo, mostraremos como fazer estênceis de PCB usando um cortador a laser. Observe que essa técnica não é adequada para criar estênceis com tons muito apertados.

Ajudaria se você tivesse as seguintes ferramentas para esta técnica:

1. Cortador a laser

2. Folhas de mylar

3.ExpressPCB ou software EagleCAD

4. Software de visualização ViewMate Gerber

5.Software de impressão de PDF

6.SketchUp, AutoCAD ou qualquer software que visualize e edite arquivos .dxf

As etapas

1. Empilhe a folha de Mylar

Empilhe duas folhas de Mylar juntas. Nesta técnica, você estará aquecendo as folhas de Mylar até que a primeira folha se destaque da pilha. No processo, a segunda folha absorverá a almofada derretida da primeira folha, permitindo que a primeira seja retirada de forma limpa.

2. Exporte o arquivo de design do ExpressCAD ou EagleCAD:

No EagleCAD, exporte suas camadas de creme superior e inferior por meio de um arquivo cam, como você envia Gerbers para fabricação. No ExpressPCB, abra o menu Arquivo e selecione a opção “Exportar Desenho Mecânico DXF”.

3. Estênceis de PCB —Swell pads no ViewMate

Se você estiver usando um software que exporta Gerbers, precisará compensar o derretimento induzido pelo processo de corte. Como o derretimento fará com que o tamanho do bloco aumente, você precisa reduzir preventivamente o tamanho do bloco.

Primeiro, selecione File>Import>Gerber para importar suas camadas de creme para o ViewMate. Em seguida, escolha Configuração> Códigos D. Selecione todas as colunas nesta área e abra Operations>Swell. Digite o valor para os ajustes de tamanho de acordo com as especificações do seu laser.

Depois, imprima o Gerber em PDF e salve.

4. Almofadas de expansão com Auto Cad

Se você estiver usando o ExpressPCB, também poderá precisar reduzir o conteúdo do DXF usando um software diferente. Você pode fazer isso com o AutoCAD. Para fazer isso, realce todos os desenhos na janela aberta do AutoCAD e digite “SCALE”.

Na caixa de diálogo Fator de escala que aparece, digite a figura de escala apropriada. Ele irá renderizar o desenho nas escalas apropriadas.

Feito isso, imprima o desenho finalizado em um PDF.

5. Estênceis de PCB —Corte os estênceis

Ajuste as configurações em seu cortador a laser de acordo para cortar as folhas empilhadas de Mylar. A primeira folha derreterá um pouco devido ao calor do laser. No entanto, o segundo absorverá a almofada derretida do primeiro, permitindo que você puxe a primeira folha de forma organizada e eficiente.

Até agora, examinamos um fabricante de PCB amplamente utilizado. No entanto, o tipo e as qualidades do seu estêncil de PCB continuam sendo os determinantes mais cruciais do sucesso no estêncil de PCB. No próximo capítulo, dissecamos ainda mais as taxas e os tipos de estênceis de pasta de solda.

Estênceis de PCB – Estêncil de pasta de solda

Além do design do estêncil de PCB, quatro fatores devem ser considerados criticamente ao obter um modelo de pasta de solda:

O material do estêncil

O material também é tão crítico para o sucesso do estêncil PBC quanto o design do estêncil PCB. As folhas finas são geralmente feitas de metal ou poliimida. Os estênceis de metal (normalmente aço inoxidável) são os mais ideais para a produção de vários protótipos.

Estênceis de aço inoxidável permitem a formação de aberturas mais precisas. A estrutura molecular do aço inoxidável torna as paredes de abertura muito mais suaves e permitirá que você alcance uma proporção de aspecto eficaz rapidamente.

No entanto, como são mais caros, são mais exagerados para produzir um punhado de protótipos. Os estênceis de poliamida são uma alternativa muito mais barata. Quando entregues através de uma técnica de corte a laser, eles também podem criar excelentes aberturas.

Tipo de estêncil de solda

Existem dois tipos de estênceis de pasta de solda:os emoldurados e os sem moldura. Os estênceis emoldurados, também chamados de estênceis colados, são folhas de estêncil cortadas com um laser e fixadas permanentemente em uma moldura de estêncil.

Os estênceis emoldurados são a melhor escolha quando se trata de impressão de PCB de alto volume. Como eles geralmente vêm com paredes de abertura muito suaves, eles são mais adequados para uso quando são necessários campos muito apertados.

Os estênceis de pasta de solda sem moldura, que também são produzidos por meio de corte a laser, vêm com sistemas de tensionamento. Com esses sistemas de tensionamento, eles não precisam ser fixados em um quadro. Isso torna muito mais fácil para você armazená-los.

Eles são ideais para pequenas tiragens de produção de PCB. Eles também têm aberturas suaves. Além disso, você pode usá-los para pads de PCB que exigem 16 Mil ou menos pitches e Micro BGAs.

Estênceis de PCB– Cola de solda

O fluxo e as ligas em uma pasta de solda também podem afetar a extensão em que as juntas de solda mantêm os componentes. Se a mudança na junta de solda for insuficiente, a solda não manterá as peças firmemente na placa.

O revestimento de estêncil

Existem vários tipos de revestimento para estênceis de PCB que ajudam a resolver problemas específicos no estêncil de PCB. Para começar, é bastante desafiador limpar as placas após grandes produções.

Você pode facilmente limpar o excesso de solda da parte inferior de uma PCB para evitar que o excesso de solda manche outras placas. No entanto, é excruciante fazer o mesmo em grandes produções.

Com certos tipos de revestimento, você pode reduzir a solda residual nas paredes da abertura que distorcem a formulação de pasta/fluxo de solda necessária.

Agora que você tem uma compreensão mais clara dos tipos e qualidades dos estênceis de PCB, é melhor implementar o estêncil de PCB. O capítulo a seguir oferece uma visão mais detalhada de alguns equipamentos essenciais para fazer um estêncil de PCB.

Impressora de estêncil PCB

As impressoras de estêncil PCB são famosas por suas capacidades de impressão sem defeitos e repetíveis. Essas impressoras geralmente são ideais para produção de PCB de baixo e alto volume.

Existem dois tipos principais de impressoras de estêncil SMT:impressoras SMT automáticas e semiautomáticas. Existem também impressoras de estêncil manuais projetadas explicitamente para produção de pequenas tiragens e protótipos.

Alguns dos recursos críticos das impressoras de estêncil SMT incluem uma chave de fenda, controladores de velocidade e sistemas de câmera que facilitam o alinhamento do PCB. As operações geralmente giram em torno do ajuste das configurações de tamanho do estêncil e do posicionamento do estêncil em um montador de quadros.

Uma impressora típica permite que você defina a velocidade de impressão, o comprimento do curso, a pressão do rodo e muito mais. As impressoras de estêncil SMT também vêm com telas que exibem detalhes da operação.

Eles também vêm com compartimentos que limpam a parte inferior dos estênceis por meio de ações como molhar, secar e aspirar. As etapas de aspiração eliminam a solda residual presa nas aberturas.

Estênceis de PCB– Cortador a laser de estêncil PCB

É um sistema a laser que usa feixes de alta potência para fazer furos em estênceis de acordo com parâmetros ditados por software de computador.

Ele automatiza completamente a criação de aberturas em estênceis, eliminando o estresse e as margens de erros da equação. Quando você corta seu estêncil de PCB usando cortadores a laser, você pode ter certeza de que as bordas e as paredes da abertura serão perfeitamente lisas.

Os sistemas de laser de estêncil são geralmente altamente versáteis. Com lasers, você pode cortar, perfurar e remover estênceis e almofadas de PCB feitas de uma ampla variedade de materiais.

Os cortadores a laser de PCB também esculpem estênceis sem produzir poeira, como nos sistemas de corte mecânicos tradicionais. Faz muita diferença na eletrônica PCB que vem com componentes ópticos.

Agora, você sabe tudo o que precisa saber sobre as qualidades e os fabricantes de um estêncil de PCB. Vamos dar uma olhada em como tudo se junta em uma montagem de PCB de baixo volume.

Conclusão

Ai está. Acabamos de dissecar o estêncil de PCB de dentro para fora e mostramos tudo o que você precisa saber. Armado com esse conhecimento, é melhor evitar erros de impressão específicos que podem arruinar seu projeto de PCB.

Além disso, você pode entrar em contato conosco sempre que se sentir perdido no processo de fabricação de PCB. Temos experiência de alto nível e equipamentos de última geração para ajudá-lo a superar qualquer problema no estêncil de PCB.