스텝 스텐실 기술과 SMT 인쇄 공정에 미치는 영향

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QFN(Quad Flat No Lead), LGA(Land Grid Array), 마이크로 BGA(Micro Ball Grid Array), 0201s, 심지어 01005s와 같은 구성 요소로 인해 제조업체는 더 얇은 스텐실 포일을 사용하여 올바른 양의 페이스트를 보드에 적용하도록 계속해서 압박하고 있습니다. 그러나 가장자리 커넥터와 같은 대형 구성요소에는 여전히 더 많은 페이스트 볼륨이 필요합니다. 이를 달성하기 위해 수년 동안 스텝 스텐실이 사용되었습니다. 역사적으로 이러한 스텝 스텐실을 생산하는 주요 방법은 광화학 에칭 공정을 사용해 왔습니다. 최근에는 레이저 용접과 미세 가공을 포함한 새로운 단계 스텐실 제조 방법이 등장했습니다.

광화학적 에칭은 수십 년 동안 확립된 프로세스입니다. 이는 감산 공정이며 PWB를 에칭하는 데 사용되는 공정과 매우 유사합니다. 스테인리스 스틸 스텐실 포일은 포토레지스트로 코팅되어 있으며 사진 프로세스를 사용하여 이미지화되고 현상되어 두께가 줄어들거나 에칭되지 않는 모든 영역을 보호하기 위해 레지스트가 남습니다. 포일은 정확한 두께가 얻어질 때까지 스테인리스 스틸 포일을 용해시키는 화학 에칭제를 스텐실에 분사하는 에칭 기계에 배치됩니다.

그림 1: 스텝 스텐실을 생성하기 위한 화학적 에칭 공정.

원하는 스텐실 두께가 달성되면 포토레지스트가 제거됩니다. 이 프로세스를 사용하여 에칭되거나 계단형 영역의 깊이는 스텐실이 에칭 화학 물질에 노출되는 시간에 따라 달라집니다. 화학적 에칭 공정은 아래에 나와 있습니다(그림 1).

레이저 용접 공정은 다양한 두께의 스텐실 포일을 가져와 함께 용접합니다. 화학적 에칭은 포함되지 않으며 레이저 절단과 레이저 용접만 사용됩니다. 계단 개구부는 첫 번째 스텐실에서 잘라냅니다. 해당 단계 영역은 원하는 두께의 두 번째 스텐실 포일에서 잘라냅니다. 계단 조각은 첫 번째 스텐실의 개구부에 배치됩니다. 그런 다음 조각을 레이저로 용접하여 제자리에 고정합니다. 단차 영역의 두께는 사용된 강철의 두께에 따라 결정됩니다. 레이저 용접 공정은 아래에 나와 있습니다(그림 2).

그림 2: 스텝 스텐실을 생성하기 위한 레이저 용접 프로세스.

미세 가공 공정은 에칭 공정과 유사한 절삭 공정이지만 화학 물질을 사용하지 않습니다. 미세 가공 공정은 매우 특수한 컴퓨터 수치 제어(CNC) 밀링 머신을 사용하여 한 번에 매우 적은 양의 재료를 제거합니다. 미세 가공 공정은 아래에 나와 있습니다(그림 3).

스텝 스텐실을 생성하는 이 세 가지 프로세스는 계단식 영역 내에서 서로 다른 텍스처를 생성합니다. 스텝 스텐실의 텍스처는 아래에 나와 있습니다(그림 4).

그림 3: 스텝 스텐실을 생성하기 위한 미세 가공 프로세스.

실험 방법론

다양한 두께의 스텝다운 포켓을 사용하여 스텝 스텐실 디자인이 만들어졌습니다. 기본 스텐실 두께는 4.0밀(101.6미크론)이었고 스텝다운 포켓의 두께는 3.5밀(88.9미크론), 3.0밀(76.2미크론), 2.5밀(63.5미크론), 2.0밀(50.8미크론)이었습니다. 각 계단 면적은 1인치 정사각형(25.4mm)이었으며 계단 설계는 아래에 나와 있습니다(그림 5).

각 스텝 포켓의 두께는 FARO 암 장치를 사용하여 측정되었습니다. 각 단계 기술에 대한 측정값을 비교 및 ​​대조했습니다.

03015 미터법, 01005, 0.3mm BGA, 0.4mm BGA 및 0.5mm 피치 QFN 구성 요소에 대해 조리개 패턴이 생성되었습니다. 각 구성 요소의 구멍은 계단 가장자리에서 다양한 거리로 절단되었습니다. 10, 20, 30, 40, 50밀. 그 의도는 각 단계 스텐실 기술에 대해 솔더 페이스트가 단계 가장자리에 얼마나 가깝게 인쇄될 수 있는지 결정하는 것이었습니다.

그림 4: 3단계 기술에 대한 단계 영역의 텍스처.

그림 5: 스텝다운 포켓 디자인.

비교를 위해 각 계단 영역의 중앙에도 조리개를 절단했습니다.

각 스텐실은 두 세트의 계단과 구멍으로 만들어졌습니다. 한 세트의 계단과 구멍은 불소 중합체 나노(FPN) 코팅으로 코팅되었습니다.