はんだペーストの印刷性能に及ぼす領域形状と面積率の影響

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SMT 製造における継続的な小型化傾向は、新たな課題と高度に統合されたシステムを引き起こしています。 受動部品では、小型化により EIA サイズ 01005 以下が導入されています。 一般的な 01005 コンポーネントは、寸法が 0.4 mm x 0.2 mm のチップ抵抗器とチップ コンデンサです。 この分野の多数の出版物がそのようなデバイスの印刷にすでに取り組んでいるにもかかわらず、定義された完全に最適化されたプロセスは未解決のままであり、このテーマに関するさらなる新しい研究アイデアを刺激します。

この文書では、最も多くの失敗がこのプロセス ステップに基づいていると想定されるため、孔版印刷プロセスに焦点を当てます。 さらに、この論文は基本的な考察によって予備研究を拡張します。 したがって、面積比のさまざまな値が調査の一部となり、意図的に非常に低い制限値に設定されます。

開口部の形状と向きがはんだ印刷性能に及ぼす影響について説明します。 さまざまな形の長方形に基づいています。 正方形から始めて寸法が段階的に変更され、正方形がさらに長方形に変換されます。 さらに、スキージに向かう開口部の方向の影響を評価できるように、各長方形をさらに 90°回転させます。

図1：PCB およびはんだペーストの堆積レイアウト。

前述のステンシル開口部の属性に加えて、この研究では、さまざまなステンシルの厚さ、はんだペースト、およびスキージ速度の変化についても調査しています。 すべてのデータの評価は、転送効率と標準偏差の 2 つの基準に基づいて行われます。 どちらの実験でも、同じステンシル レイアウトと同じはんだペーストが使用されています。 この論文は、開口部寸法の制限による現在の計算の修正に関する見通しと提案で締めくくられています。

実験のセットアップ

実験セットアップには、PCB によるレイアウト、はんだペースト、使用するステンシルという 3 つの主要な変数が含まれます。 実験プロセスの説明をさらに説明します。

PCB レイアウト

孔版印刷の実験では、寸法 160 x 160 x 1.5 mm の黒色陽極酸化アルミニウム板を基板材料として使用します。 この素材は剛性が高く、平面的であり、ほぼ完璧な印刷表面を実現し、印刷プロセスの結果への影響を最小限に抑えます。 さらに、黒色アルミニウム素材により SPI でのコントラストが向上し、より正確な測定が可能になります。 図 1 は、PCB 上に印刷されたはんだペーストの一般的な設計を示しています。

半田付け

ステンシル印刷テストは、タイプおよびメーカーごとに異なる 4 つの異なる洗浄不要の SAC305 はんだペースト配合を比較することも目的としていました。 はんだペーストはタイプ 4 とタイプ 5 を使用しました。 IPC J-STD-005 によれば、タイプ 4 ペースト中の合金粉末の少なくとも 80% は 20 ～ 38 μm であり、一方、タイプ 5 ペーストには同じ比率の合金が直径 15 ～ 25 μm の粒子で含まれています。 テストされた開口部の寸法が小さいため、粒子サイズ (つまり種類) に起因する印刷パフォーマンスの違いが合理的な可能性として想定されます。 この調査には、タイプ 4 とタイプ 5 の両方の製品で供給されている A と B という名前の 2 つのペースト ベンダー ソースも含まれています。 はんだペースト粒子の分布は同等であるため、A と B は主に、レオロジーと印刷能力に影響を与えるフラックス システムの組成が異なります。

ステンシル

合計 3 つのステンシルが実験に使用されました。 第一に、ステンシルは厚さが異なり、第二に開口部のサイズが異なります (表 1 と表 3 を比較)。 一般的な構造は同一です。 レイアウト (図 1) は行と列に分割できます。 各行は面積比を表し、AR が 0.45 の行 A で始まり、行 E の AR 0.65 で終わります。これらの表の各列は、異なる開口形状を表します。 列 1 は常に円の形状、列 7 は正方形、列 13 はダイヤモンドの形状になります。 列 14 には、この文書では説明しない特殊なタイプの構造が含まれています。 列 2 ～ 6 と 8 ～ 12 は同じ寸法でペアになっており、スキージに向かう方向のみが異なります。 列 2 ～ 6 はスキージの小さい辺に面し (つまり南北方向)、列 8 ～ 12 は長方形の長辺に面して (東西方向) ます。

SMT マガジン 2017 年 12 月号に掲載されたこの記事の完全版を読むには、ここをクリックしてください。