까다로운 이기종 어셈블리 애플리케이션을 위한 스텐실 프린팅 기술

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0201(미터법 치수 라벨) 또는 008004(영국식 치수 라벨)로 알려진 거의 미세한 크기의 SMT 칩 커패시터의 새로운 세대가 시장에 출시되었습니다. 이러한 구성 요소를 사용한 조립 결과는 지금까지 공개되지 않았으며 매우 독점적이었습니다. 조립 공정의 모든 측면은 이 장치에 구현된 극도의 소형화 수준을 수용하는 데 어려움을 겪을 것으로 예상됩니다. 이 연구의 목적은 M0201(미터법 0201) 커패시터 어셈블리와의 호환성을 위한 스텐실 인쇄 프로세스를 조사하고 특성화하는 것입니다. 회로 기판 품질, 스텐실 두께 및 스텐실 나노 코팅의 효과는 솔더 페이스트 볼륨 전달 효율 및 원시 볼륨 인쇄 분포에 대해 보고된 주요 실험 변수입니다.

그림 1:M0201 커패시터 치수 및 공차.

M0201

M0201이라는 명칭은 케이스 크기 길이가 0.2mm, 너비가 0.1mm임을 의미하지만 실제로는 0.25mm x 0.125mm의 공칭 치수로 생산됩니다(그림 1).

실장 면적 비교에서 M0201은 M0402(영국식 01005) 칩 부품의 39%만을 차지합니다. M0201 커패시터는 2014년에 처음으로 대량 프로토타입 조립 테스트를 위해 상업적으로 이용 가능했습니다. 저항기 M0201 패시브는 아직 제공되지 않는 것으로 알려져 있습니다.

M0201의 PCB 랜드 설계 옵션은 부품 제조업체가 규정한 대로 그림 2에 나와 있습니다. 가장 작은 패드 크기는 125μm x 70μm이며 이는 금속 끝단 단자 설치 공간과 거의 일치합니다. 가장 큰 패드 크기는 145μm x 120μm로 가장 작은 패드 크기 영역의 거의 두 배입니다.

우리가 선호하는 패드 디자인은 그림 3에 나와 있으며 이는 제안된 패드 크기 범위의 상한선에 있습니다. 이렇게 큰 패드 치수를 사용하는 동기는 다음과 같습니다.

그림 2:M0201 공급업체 패드 크기 권장 사항.

과도하게 에칭된 Cu는 이 차원 규모에서 문제가 될 것으로 예상됩니다. 가장 큰 Cu 패드 설계를 사용하면 최소한 PCB 제조 가능성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

일반적으로 스텐실 구멍 크기는 치수를 채우는 것과 유사합니다. 가장 큰 패드 영역은 조리개 영역 비율을 완화하고 잠재적으로 향상된 인쇄 볼륨 제어를 허용합니다.

전제조건 솔더 볼륨

적절한 스텐실 개구 용량을 결정하려면 적절한 리플로우 솔더 조인트 형태에 대한 사전 지식이 필요합니다. 이를 결정하기 위한 적절한 참고 자료로 IPC-A-601E 표준을 참조했습니다. 그림 4는 허용 가능한 최소 부피의 M0201 솔더 조인트 구조를 확립하는 데 사용된 모델을 보여줍니다. 601E 표준에 명시적으로 제공되지 않은 치수에 대해서는 작성자의 판단이 우세했습니다. 이 최소 솔더 볼륨을 결정하는 것은 스텐실 설계를 설정하고 솔더 페이스트 검사(SPI) 데이터에 대한 인쇄 성능을 평가하는 데 도움이 됩니다.

그림 3:Drint 연구를 위해 선택된 M0201 패드 디자인

솔더 볼륨이 최소인 솔더 종단의 형상은 단자 접점의 측면(V1, V2)과 끝(V3)의 삼각형으로 단순화되었으며, 솔더 조인트에 대한 가장 큰 볼륨 기여자는 그 아래의 직사각형 영역(V4)입니다. . 솔더 두께 치수 G는 전체 솔더 조인트 볼륨에 실질적으로 기여합니다. 여기서의 목적은 최소 솔더 볼륨을 결정하는 것이므로 601E 표준에 대한 우리의 해석에서는 허용 가능한 솔더 조인트 모양을 형성하기 위해 패드가 완전히 젖을 것을 요구하지 않습니다. 허용되는 솔더 페이스트 대 금속의 부피 비율은 2:1입니다. 이를 통해 각 칩 부품 종단에는 ​​허용 가능한 리플로우 솔더 조인트를 형성하기 위해 인쇄된 솔더 페이스트 부피가 최소 0.48나노리터(1nl = 1,000,000μm3)가 필요하다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 양은 선택한 패드 치수에 따라 조정됩니다(즉, 더 작은 패드에는 준수하기 위해 많은 솔더 페이스트가 필요하지 않습니다).

그림 4:최소 솔더량 터미네이션 모델.