Wpływ technologii produkcji na profil krawędzi apertury — cięcie laserowe a trawienie chemiczne stalowych szablonów SMT

Geometria ściany bocznej apertury w matrycach bezpośrednio decyduje o powtarzalności transferu pasty lutowniczej na płytkę drukowaną. Nierównomierny lub chropowaty profil otworu powoduje zatrzymywanie spoiwa wewnątrz wykroju. Taka sytuacja obniża ilość naniesionego materiału i znacząco zwiększa ryzyko wad montażowych podczas lutowania rozpływowego. Producenci układów elektronicznych analizują technologię wytwarzania okien już na etapie planowania procesu produkcyjnego. Głównym celem pozostaje zawsze osiągnięcie niemal stuprocentowego transferu pasty. Kształt krawędzi wpływa na fizykę uwalniania medium, co nabiera krytycznego znaczenia przy postępującej miniaturyzacji podzespołów.

Trawienie chemiczne stali w produkcji szablonów SMT

Proces trawienia chemicznego opiera się na selektywnym usuwaniu materiału za pomocą fotorezystu oraz agresywnych kwasów. Powierzchnię stalowej blachy pokrywa się warstwą światłoczułą i naświetla przez maskę fotograficzną. Następnie arkusz trafia do kąpieli trawiącej, gdzie reagenty chemiczne rozpuszczają nieosłonięte obszary materiału. Metoda ta spełnia swoje zadanie przy starszych konstrukcjach i stosunkowo dużych odległościach między polami lutowniczymi. Napotyka jednak poważne ograniczenia przy współczesnym, gęstym upakowaniu elementów na obwodzie drukowanym.

Podczas obróbki chemicznej powszechnie występuje zjawisko podtrawiania bocznego. Polega ono na izotropowym, czyli zachodzącym równomiernie we wszystkich kierunkach, wytrawianiu stali pod krawędzią maski ochronnej. Wynikiem tego procesu jest powstanie nieregularnej ścianki o trapezowym, często wklęsłym kształcie. Powierzchnia pozostaje porowata, a mikroskopijne zagłębienia działają jak pułapki na ziarna spoiwa. Nierówności na krawędziach utrudniają pełne oddzielenie preparatu w momencie odrywania matrycy od laminatu. Skutkuje to niekontrolowanym rozmazaniem medium lub brakiem wystarczającej ilości pasty na padach lutowniczych.

Formowanie apertur wiązką lasera

Zastosowanie ablacji materiałowej pozwala wycinać otwory przy użyciu zogniskowanego promienia świetlnego. Wiązka precyzyjnie usuwa stal warstwa po warstwie i tworzy fizycznie stożkowy profil ścianki o bardzo gładkiej strukturze. Kąt nachylenia płaszczyzny ulega płynnej modyfikacji poprzez odpowiedni dobór parametrów cięcia. Taka elastyczność zapewnia optymalne warunki do uwalniania pasty i ułatwia ostateczne oderwanie ramy od płytki.

Prowadzenie obróbki na sucho całkowicie eliminuje potrzebę wykorzystywania toksycznych kwasów trawiących. Brak płynnych odpadów sprawia, że produkcja odbywa się bez negatywnego wpływu na środowisko naturalne. Zmianę standardów technologicznych widać na przykładzie specjalistycznych maszyn wdrażanych obecnie w przemyśle elektronicznym. Nowoczesny producent stalowych szablonów opiera swój park maszynowy na sprawdzonych systemach laserowych. W raszyńskim zakładzie KOMA LASER SMT technologia LPKF służy do bezbłędnego przygotowywania matryc o wysokiej gęstości apertur. Wypalanie światłem sprawdza się doskonale zarówno przy aplikacji pasty lutowniczej, jak i przy produkcji detali ułatwiających punktowe nakładanie kleju.

Przejście na obróbkę laserową jako wymóg technologiczny

Zmniejszenie rastra komponentów SMD poniżej 0,5 milimetra sprawia, że technika laserowa staje się absolutnym wymogiem konstrukcyjnym. W obszarze miniaturowym, określanym powszechnie jako fine-pitch, tolerancje wymiarowe charakterystyczne dla trawienia chemicznego są całkowicie niewystarczające. Nierówny profil krawędzi uniemożliwia zachowanie stabilnego procesu nanoszenia chemii montażowej. Cięcie promieniem świetlnym redukuje margines błędu do zaledwie 0,005 milimetra. Matryce wycinane tą metodą gwarantują powtarzalne układanie spoiwa pod maleńkie elementy 01005 oraz zaawansowane układy BGA. Odpowiednia decyzja o wyborze technologii produkcji matrycy bezpośrednio warunkuje jakość masowego montażu powierzchniowego.