Unveiling the Essence of SMT PCB Stencil

In the PCBA industry, the significance of high-quality solder paste printing cannot be overstated as it directly impacts assembly accuracy. As electronics manufacturing continues to scale, manufacturers widely adopt the SMT process due to its automation capabilities. Within this process, solder paste printing plays a crucial role during the initial stages, and the SMT stencil used is of utmost importance. These stencils facilitate the precise deposition of solder paste onto the circuit board. In this comprehensive article, FS Technology aims to provide a detailed overview of Stencils para PCBO nosso objetivo é ajudá-lo a melhorar a qualidade dos seus projectos de PCBA, abrangendo conceitos fundamentais e considerações de conceção. Ao aprofundar estes aspectos, pretendemos ajudá-lo a melhorar a qualidade dos seus projectos PCBA.

Noções básicas sobre stencils para PCB

O que é o stencil em PCB?

PCB stencil, also known as a solder paste stencil, smt stencil, serves the primary purpose of accurately applying solder paste onto the PCB before the Componentes SMD são colocados. Antes do processo de impressão da pasta de solda, estes stencils são posicionados no topo da placa de circuito impresso, alinhando os orifícios do stencil com os locais correspondentes na placa de circuito impresso. Subsequentemente, a pasta de solda é aplicada sobre o estêncil e um rodo exerce pressão para empurrar a pasta de solda através das aberturas do estêncil, depositando-a precisamente sobre as almofadas de solda. Estes estênceis são normalmente folhas finas, construídas a partir de materiais metálicos ou poliméricos, e apresentam recortes ou aberturas meticulosamente trabalhados que se alinham com as almofadas de solda ou as pegadas dos componentes na placa de circuito impresso.

É essencial garantir que as aberturas do stencil estão livres de quaisquer bloqueios antes da utilização, para evitar que o fluxo da pasta de solda seja dificultado. Além disso, o tempo de vida útil do stencil pode ser prolongado limpando-o após cada utilização, melhorando assim a sua durabilidade geral.

Porque é que utilizamos stencils de pasta de soldadura?

A indústria de fabrico de produtos electrónicos impõe requisitos cada vez mais rigorosos às fábricas de processamento de PCBA, abrangendo não só normas de alta qualidade, mas também a necessidade de um desempenho consistente. Além disso, os clientes procuram parceiros fiáveis que possam fornecer prazos de entrega rápidos, enquanto a procura crescente de montagem de PCB em grande escala coloca desafios de capacidade às instalações de fabrico.

Undoubtedly, addressing these challenges necessitates the adoption of automated production methods. While montagem através de orifícios poses difficulties in automation, SMT offers a viable solution.

No âmbito do Fluxo do processo SMT, PCB stencils play a vital role in ensuring the accurate and consistent deposition of solder paste onto pads during the manufacturing of PCBA. By aligning with the PCB layout, stencils enable precise application of solder paste, resulting in uniform solder joints and minimizing defects. Compared to manual printing methods, the utilization of stencils enhances production efficiency, reduces inconsistencies, minimizes material wastage, and facilitates process control and optimization within PCBA factories. Ultimately, this leads to high-quality and reliable Montagem de PCB.

Quais são os elementos importantes do stencil?

  • Moldura: A moldura do stencil serve como uma estrutura robusta e de suporte para o stencil. É normalmente fabricada a partir de metais duráveis, como o alumínio ou o aço inoxidável, assegurando a estabilidade durante o processo de impressão e mantendo o stencil no lugar com segurança.
  • Aberturas: These refer to the precisely shaped openings in the stencil material that define the size and shape of the solder paste deposit. Aligned with the PCB pads, these apertures enable accurate and controlled application of solder paste. The design and dimensions of the apertures play a critical role in determining the appropriate solder paste volume and alignment.
  • Mecanismo de tensionamento: Algumas estruturas de estêncil incorporam um mecanismo de tensionamento, como barras ou parafusos de tensionamento, para aplicar tensão ao material do estêncil. Este mecanismo ajuda a manter a planura e a tensão do estêncil em toda a sua superfície, garantindo uma deposição consistente e uniforme da pasta de solda.
  • Folha de alumínio: Normalmente compostas por metais duráveis, como o aço inoxidável ou o níquel, são seleccionadas pela sua resiliência, precisão e capacidade de suportar as exigências do processo de aplicação de pasta de solda. Disponível em várias espessuras, desde 0,05 mm a 0,2 mm (ou 2 mils a 8 mils), a escolha da espessura da folha de estêncil depende de factores como o tamanho do componente, os requisitos de volume da pasta de solda e considerações específicas da aplicação.

SMT Stencil Manufacturing

Escolha da tecnologia de fabrico de stencil

Laser Cut SMT Stencil

A FS Technology recomenda o corte a laser como o serviço de stencil para PCB preferido, uma vez que se trata de uma técnica amplamente adoptada na indústria de PCBA. O corte a laser utiliza um laser de alta potência para criar com precisão aberturas ou aberturas no material do stencil. O feixe de laser evapora o material, resultando em aberturas limpas e precisas. Esta tecnologia avançada garante uma precisão e qualidade superiores.

Uma das principais vantagens dos stencils de corte a laser é a sua rapidez. O processo é altamente eficiente, tornando-o ideal para clientes que necessitam de montagem rápida de placas de circuito impresso. O fabrico rápido de estêncil permite a redução do tempo total de montagem, contribuindo para a conclusão atempada do projeto.

Gravura química

No método de gravação química, o desenho do estêncil é transferido para o material do estêncil através de um processo químico controlado. O material do stencil é inicialmente revestido com uma camada de material resistente, como uma emulsão fotossensível ou uma resistência metálica. Esta camada protetora protege as áreas onde as aberturas não estão previstas.

Posteriormente, o stencil é exposto a uma solução química específica que elimina seletivamente o material não protegido. Esta reação química remove eficazmente a camada resistente, deixando para trás as aberturas desejadas.

Seleção de materiais de fabrico de estêncil para placas de circuitos

Os estênceis são predominantemente fabricados com materiais metálicos, sendo o aço inoxidável e o níquel amplamente utilizados na indústria. O aço inoxidável é altamente considerado pela sua durabilidade excecional, resistência à corrosão e capacidade de suportar uma utilização repetitiva e procedimentos de limpeza rigorosos.

O níquel, por outro lado, possui propriedades mecânicas favoráveis e robustez, tornando-o adequado para uma utilização prolongada e contínua sem desgaste ou degradação significativos. Em certos casos, os stencils de polímero ou de plástico podem ser utilizados para aplicações de baixo custo ou temporárias, em que os requisitos de precisão não são tão rigorosos.

A seleção do material do stencil depende de vários factores, incluindo a durabilidade pretendida, as especificações de precisão e considerações orçamentais. No entanto, o aço inoxidável e o níquel continuam a ser as escolhas preferidas devido à sua fiabilidade, longevidade e desempenho superior em aplicações de stencil para PCB.

SMT Stencils manufacturing process

  1. Preparação do projeto: A fase inicial envolve a preparação meticulosa do desenho do stencil com base na disposição da placa de circuito impresso. Isto inclui a determinação das dimensões e formas exactas das aberturas para cada almofada de solda na placa de circuito impresso.
  2. Seleção de materiais: A escolha do material do stencil é feita tendo em conta factores críticos como a durabilidade, a resistência química e a facilidade de manuseamento. Os materiais habitualmente utilizados incluem o aço inoxidável e o níquel, devido às suas propriedades superiores.
  3. Fabrico: São utilizadas várias técnicas de fabrico, como o corte a laser e a gravação química, para criar o stencil de acordo com as especificações do projeto.
  4. Limpeza e inspeção: Após o fabrico, o stencil é submetido a uma limpeza minuciosa e a uma inspeção rigorosa para eliminar quaisquer resíduos ou contaminantes. Este processo meticuloso garante a qualidade óptima do stencil e assegura a libertação adequada da pasta durante o processo de impressão.
  5. Enquadramento ou montagem: Para aumentar a estabilidade e facilitar o manuseamento durante o processo de impressão, o stencil é frequentemente enquadrado ou montado numa estrutura robusta de metal ou plástico. A moldura também ajuda a alinhar corretamente o stencil com as placas de circuito impresso.
  6. Impressão a estêncil: Uma vez preparado e montado de forma segura, o stencil é utilizado no processo de impressão de pasta de solda. O estêncil é meticulosamente alinhado com a placa de circuito impresso e a pasta de solda é aplicada com perícia através das aberturas criadas com precisão nas almofadas de solda correspondentes, utilizando técnicas como um rodo ou uma impressora de estêncil.
  7. Manutenção: A manutenção regular do stencil é fundamental para garantir uma impressão de pasta consistente e de alta qualidade. Isto implica uma limpeza de rotina, uma inspeção minuciosa e, se necessário, a substituição ou o retrabalho do stencil para manter um desempenho ótimo e conseguir uma deposição de pasta fiável.

Directrizes de conceção de estêncil de pasta de solda para PCB

Espessura

A espessura dos stencils é um parâmetro crucial determinado pelos requisitos específicos da aplicação e pelo processo de fabrico. Desempenha um papel significativo na obtenção de uma deposição óptima de pasta de solda e na garantia da funcionalidade e fiabilidade da placa PCBA final. A espessura é influenciada por factores como o tipo de stencil e os resultados pretendidos.

Para calcular com precisão a espessura do estêncil, uma fórmula comummente utilizada é

Espessura do estêncil = 2,64 + 0,0831 * passo do componente

Para os estênceis de máscara de solda, que são utilizados para a aplicação precisa de material de máscara de solda em áreas específicas da placa de circuito impresso, a espessura típica varia de aproximadamente 0,05 mm (2 mils) a 0,15 mm (6 mils). Esta gama proporciona a precisão necessária, ao mesmo tempo que permite a aplicação controlada do material da máscara de solda para um mascaramento eficaz e a proteção de áreas designadas na placa de circuito impresso.

Tamanho da abertura

O tamanho da abertura desempenha um papel crítico na garantia de uma deposição precisa e fiável de pasta de solda durante a Processo de montagem de PCB.

Para conseguir um alinhamento preciso e uma distribuição óptima da pasta, o tamanho da abertura deve ser ligeiramente inferior ao tamanho da almofada ou do chumbo. Isto assegura uma distribuição controlada e uniforme da pasta de solda durante o processo de impressão.

É importante manter um rácio de aspeto adequado, que é definido como a espessura do estêncil dividida pelo tamanho da abertura. O rácio de aspeto deve normalmente situar-se entre 0,66 e 1,5. A espessura do estêncil é determinada com base em factores como o tamanho do componente e os requisitos de volume da pasta de solda. O rácio de aspeto pode ser calculado utilizando a fórmula:

Relação de aspeto = Espessura do estêncil / Diâmetro de abertura da abertura

O afunilamento pode ser utilizado para compensar a pressão reduzida do rodo nas extremidades do estêncil, garantindo uma libertação consistente da pasta de solda em toda a área da abertura. Deve ser dada a devida consideração a factores como o alinhamento entre a abertura e a almofada, a tensão do estêncil e a tensão da superfície da pasta de solda para obter uma libertação e distribuição ideais da pasta de solda.

Podem ser efectuados ajustes à orientação da abertura para orientações dos componentesoptimizando ainda mais o processo de deposição de pasta de solda.

Para calcular a área da abertura, pode ser utilizada a seguinte fórmula:

Área = (Largura da almofada - Espessura do estêncil) x (Comprimento da almofada - Espessura do estêncil)

É importante notar que o tamanho específico da abertura e as especificações de design podem variar com base nos requisitos exclusivos da aplicação, nos tipos de componentes e nas características da pasta de solda que está a ser utilizada. Recomenda-se vivamente a colaboração com fabricantes de stencil para PCB experientes ou engenheiros de design para otimizar o tamanho da abertura e o design para satisfazer as necessidades específicas de montagem eletrónica.

Processo PCBA utilizando estêncil

A utilização de stencils no processo de fabrico de PCBA está predominantemente associada à aplicação de pasta de solda para componentes SMD. Os passos seguintes descrevem o processo de Montagem SMT envolvendo stencils:

  1. Desenho PCB - O passo inicial envolve a criação da disposição da placa de circuito impresso utilizando software de desenho assistido por computador (CAD). Isto inclui a colocação de componentes, o encaminhamento de traços e outros aspectos de design.
  2. Desenho de estêncil - Com base no desenho da placa de circuito impresso, é desenvolvido um desenho de estêncil. Este desenho especifica a posição, o tamanho e a forma das aberturas da pasta de solda que se alinham com as almofadas dos componentes na placa de circuito impresso.
  3. Fabrico de estêncil - O estêncil é fabricado com base no desenho do estêncil.
  4. Preparação de PCB - A placa de circuito impresso nua, normalmente composta por laminado epóxi reforçado com fibra de vidro, é preparada para a aplicação de pasta de solda. Isto envolve limpeza da superfície da placa de circuito impresso para eliminar quaisquer contaminantes e assegurar o alinhamento correto com o equipamento de montagem.
  5. Alinhamento do estêncil - O estêncil é alinhado com a placa de circuito impresso através de características de alinhamento ou marcas de registo. Isto garante um alinhamento exato das aberturas do stencil com as almofadas de componentes correspondentes na placa de circuito impresso.
  6. Aplicação de pasta de solda - A pasta de solda, constituída por liga de solda e fluxo, é aplicada à superfície do estêncil. Utiliza-se um rodo ou uma impressora de estêncil para espalhar a pasta de solda pelo estêncil e forçá-la através das aberturas, depositando-a nas almofadas dos componentes da placa de circuito impresso.
  7. Remoção de estêncil - Uma vez aplicada a pasta de solda, o stencil é cuidadosamente removido da superfície da placa de circuito impresso, deixando para trás os depósitos de pasta de solda nas almofadas.
  8. Colocação de componentes - Os componentes SMD, incluindo resistências, condensadores, circuitos integrados e conectores, são posicionados com precisão nos depósitos de pasta de soldadura utilizando máquinas automáticas de recolha e colocação ou métodos de montagem manual.
  9. Soldadura por Refluxo - A placa de circuito impresso montada, com componentes e pasta de solda, é submetida a uma soldadura por reflow processo, normalmente utilizando um forno de refluxo. O forno aquece a placa PCBA, derretendo a pasta de solda e criando juntas de solda fiáveis entre os cabos dos componentes e as almofadas.
  10. Inspeção e ensaio - A placa de circuito impresso montada é submetida a procedimentos de inspeção e teste para garantir a qualidade das juntas de soldadura, a colocação dos componentes e a funcionalidade geral. Isto pode incluir AOI, Raio-x, testes funcionaise outras medidas de controlo da qualidade.

No processo de impressão de pasta para montagem de PCB, é necessário ter em conta vários parâmetros críticos, incluindo a conceção do estêncil com o tamanho de abertura, o rácio de aspeto e o alinhamento adequados. É essencial controlar a pressão do rodo, a velocidade e a velocidade de separação para obter uma transferência de pasta consistente. Compreender as propriedades reológicas da pasta de solda e efetuar os ajustes necessários pode melhorar as características de fluxo e transferência. A limpeza regular do stencil é necessária para manter um desempenho ótimo. Ao equilibrar cuidadosamente estes parâmetros com a formulação da pasta de solda e as condições ambientais, é possível obter uma impressão de pasta bem sucedida e uma formação de juntas de solda de alta qualidade.

A relação entre o volume teórico de pasta de solda (TV), a área da abertura (A) e a espessura do estêncil (TS) pode ser expressa como

TV = A * TS

Onde:

  • TV representa o volume teórico de pasta de solda
  • A representa a área da abertura
  • TS significa a espessura do stencil.

FAQ sobre o estêncil para PCB

Stencils de pasta de solda: Os estênceis de pasta de solda são ferramentas essenciais para aplicar com precisão a pasta de solda na placa de circuito impresso durante o processo de montagem SMT. Permitem a deposição precisa de pasta de solda nas almofadas de solda designadas antes da colocação dos componentes electrónicos.

Stencils para máscaras de soldadura: Os estênceis de máscara de solda desempenham um papel fundamental na aplicação do material da máscara de solda na placa de circuito impresso. O máscara de solda serve como uma camada protetora que é aplicada sobre os traços de cobre e as almofadas da placa de circuito impresso para evitar pontes de solda não intencionais e garantir um isolamento adequado durante o processo de soldadura.

Convencional: Fabricados em aço inoxidável ou níquel, são concebidos com padrões de abertura personalizados, adaptados às formas e tamanhos específicos das almofadas de soldadura utilizadas na tecnologia de montagem em superfície.

Emoldurado: Os estênceis possuem uma estrutura metálica que aumenta a sua estabilidade e suporte. A estrutura proporciona rigidez e facilita o manuseamento e o alinhamento preciso durante o processo de impressão da pasta de solda. Este tipo de stencil é normalmente utilizado em equipamentos automatizados.

Sem moldura: As the name implies, lack a metal frame. They are frequently employed in personal hobby projects or Prototipagem de PCBA

Quando se depara com este desafio, a FS Technology recomenda vivamente a realização de uma pesquisa exaustiva sobre fabricantes de stencils de renome através de motores de busca como o Google. Estes fabricantes são especializados na produção de stencils de alta qualidade a preços competitivos, oferecendo uma vasta gama de opções para satisfazer os seus requisitos específicos.

Em alternativa, pode optar por um fornecedor de serviços PCBA chave-na-mão, como a FS Technology, que oferece soluções abrangentes para lhe poupar tempo valioso. Ao escolher os nossos serviços, pode eliminar a necessidade de procurar individualmente empresas de design, fabricantes de stencil, fabricantes de placas nuas e fábricas de montagem. A FS Technology fornece uma solução conveniente de balcão único, abordando eficientemente todos os aspectos do seu projeto PCBA sob um único teto.

Antes de mais, é importante esclarecer que a utilização de stencils sem moldura para projectos de protótipos não é sinónimo de cortes. Os projectos de protótipos envolvem normalmente o desenvolvimento de novos produtos, sendo o principal objetivo validar a viabilidade destes projectos, em vez de procurar a produção e venda em massa.

Optar por stencils sem moldura pode, na verdade, acelerar o calendário de produção e facilitar a progressão contínua do projeto. Ao eliminar a necessidade de uma estrutura metálica, os stencils sem moldura oferecem maior flexibilidade e agilidade, permitindo um fabrico e montagem mais rápidos do stencil.

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