Conseils de conception de pochoirs SMT pour améliorer le dépôt de pâte à souder

Le dépôt de pâte à souder à travers un pochoir est une méthode de production de masse des unités. Même avec des machines de placement avancées et des profils de refusion, des défauts tels que le pontage, le "tombstoning" et des soudures insuffisantes peuvent souvent être liés à une mauvaise conception du pochoir. Une conception appropriée du pochoir permet d'obtenir des joints de soudure cohérents et de haute qualité. À mesure que la taille des composants continue de diminuer et que la densité des circuits augmente, JLCPCB propose des pochoirs de haute précision avec des options telles que des conceptions par étapes, l'électropolissage et le nano-revêtement pour garantir un dépôt fiable de pâte à souder et réduire les défauts d'assemblage.

Un pochoir SMT efficace garantit une impression de pâte à souder cohérente, répétable et précise. Dans cet article, nous explorerons des conseils pratiques et éprouvés pour la conception de pochoirs SMT, qui vous aident à optimiser le dépôt de pâte à souder et à réduire les défauts dans l'assemblage des PCB. Cet article se compose essentiellement de deux parties : l'une concerne les lignes directrices pour la conception et l'autre adopte un point de vue de fabrication.

5 Principales lignes directrices de conception pour les pochoirs SMT standards :

1. Lignes directrices pour la conception des ouvertures (Aperture Design Guidelines)

Pour prévenir les défauts de soudure tels que le pontage et les billes de soudure, cela est crucial. Pour un dépôt précis, les ouvertures sont conçues légèrement plus petites que les pastilles. Cependant, pour certaines pièces, un pochoir avec une conception spécifique d’ouverture est nécessaire pour déposer moins de pâte sur le bord intérieur de la pièce, ce qui aide à prévenir la formation de billes de soudure "au centre du composant" (mid-chip). Voici quelques exemples :

2. Réduction des ouvertures (Ratio Pad-à-Ouverture)

Les ouvertures sont souvent conçues légèrement plus petites que les dimensions réelles des pastilles afin de prévenir le pontage et l'excès de soudure. Voici un tableau de sélection :

Règles de recommandation pour l'épaisseur :

• Pour la plupart des composants, la réduction typique est comprise entre 5 et 7 %.

• Pour une imprimabilité fiable, l'IPC-7525 recommande un ratio surface pochoir/pastille > 0,66.

Formule :

Pour garantir une libération propre de la pâte, le ratio doit être supérieur à 0,66.

3. Marques de Fiducie

Lors de l'impression de pâte à souder sur les pastilles, il est très important que le motif soit correctement aligné avec le PCB. Cela est réalisé en appliquant des marques de fiducie, qui sont des marques de repérage, sur le PCB et le pochoir. Comme expliqué dans notre dernier article détaillé sur les marques de fiducie, leur ajout sur le pochoir garantit un alignement correct. JLCPCB propose des pochoirs avec des marques de fiducie incluses, ce qui aide à garantir un alignement précis et une impression fiable de la pâte à souder.

4. Cadre et Bordure du Pochoir

Les pochoirs peuvent être sans cadre (pour les prototypes rapides ou l'impression manuelle) ou encadrés (collés dans des cadres en aluminium).

• Les dimensions typiques du cadre sont de 23 x 23 pouces.

• Maintenez une distance d'au moins 10 mm entre la zone d'ouverture et le bord du cadre.

• Marquez clairement la position, l'épaisseur et le numéro de la pièce du pochoir.

5. Conception de l'Effet Fenêtre (Window Effect Design)

Il existe des cas où la conception du PCB présente de grandes pastilles en cuivre sous le composant, en particulier pour les dispositifs utilisant des électroniques de puissance. Dans ce cas, un effet fenêtre est présent pour garantir une bonne liaison électrique et permettre à la chaleur du dispositif de s’échapper. Si de la pâte à souder est appliquée sur toute la pastille, le dispositif peut se soulever et les broches extérieures risquent de ne pas être soudées correctement. Un "effet fenêtre" dans la conception peut être utilisé pour réduire le volume de pâte à souder, comme illustré dans l'image ci-dessus.

4 Principales lignes directrices de conception pour les pochoirs SMT standards :

1. Sélection de l'épaisseur du pochoir

L'épaisseur du pochoir détermine la quantité de pâte à souder appliquée. Il est essentiel de se concentrer principalement sur le composant ayant le plus petit pas (pitch) sur le circuit. La pâte à souder peut adhérer aux parois internes de l'ouverture dans un pochoir épais en raison d'un phénomène appelé tension de surface. Une règle de base est qu'il doit y avoir idéalement au moins cinq particules de soudure dans la plus petite ouverture.

2. Matériau du Pochoir

Le type de matériau utilisé pour fabriquer le pochoir détermine la capacité de celui-ci à enlever la pâte à souder des ouvertures. Bien que l'acier inoxydable soit généralement utilisé, les conceptions de PCB utilisant des composants à pas fin peuvent recourir au nickel, qui est environ 50 % plus cher que l'acier inoxydable.

La première génération de pochoirs était fabriquée par gravure chimique, ce qui était efficace pour les ouvertures plus grandes, mais est devenu de plus en plus difficile pour enlever la pâte à souder à mesure que la taille des composants diminuait. Cela a conduit à la création de pochoirs découpés au laser, qui ont amélioré la libération de la pâte en produisant une ouverture beaucoup plus fine et de forme trapézoïdale. À mesure que les tailles des composants se réduisaient, le potentiel d'électropolissage des parois des ouvertures et, plus tard, la méthode de galvanoplastie du pochoir ont été développés.

3. Appliquer un Nano-Revêtement pour Améliorer la Libération de Pâte

Les revêtements hydrophobes sont utilisés dans les pochoirs nano-revêtus modernes pour réduire l'adhérence de la pâte à souder aux parois des ouvertures. Il s'agit essentiellement d'une procédure simple consistant à appliquer une couche de nanomatériau sur un pochoir classique. À quoi sert cette couche ? Elle améliore la libération de la pâte à souder, prolonge la durée de vie du pochoir et réduit la fréquence de nettoyage.

4. Envisager des Pochoirs à Étapes pour les Assemblages Mixtes

Cela se divise en deux parties :

Pochoirs à étapes montantes : Zones plus épaisses pour les composants plus grands.

Pochoirs à étapes descendantes : Zones plus fines pour les composants à pas fin.

Ce type de pochoir est utilisé avec des cartes ayant des composants passifs 0201 et de grands connecteurs. Nous avons couvert un article détaillé sur ce sujet, que vous pouvez consulter ici.

Conclusion

La conception des pochoirs SMT ne se résume pas à découper des formes dans le métal. Il s'agit d'un processus stratégique qui influence directement le rendement, le taux de défauts et la qualité de l'assemblage. En suivant ces conseils de conception de pochoirs, de l'optimisation de l'épaisseur et de la taille des ouvertures à l'utilisation de revêtements avancés, vous pouvez améliorer considérablement le dépôt de pâte à souder. Les principes fondamentaux du ratio de surface et du ratio de surface d'ouverture fournissent les bases pour la dimension des ouvertures. Les stratégies spécifiques aux composants assurent des performances optimales pour divers besoins d'assemblage. Les technologies avancées telles que les pochoirs à étapes et les systèmes de multi-impression répondent à des applications complexes. Tandis que l'optimisation des processus et les bonnes pratiques de maintenance soutiennent la performance à long terme.

À mesure que la technologie SMT évolue vers la miniaturisation, il est essentiel de suivre les directives de l'IPC et d'exploiter les technologies modernes. Aujourd'hui, les nano-revêtements et les pochoirs à étapes deviennent indispensables pour maintenir la qualité de production et l'efficacité des coûts. JLCPCB propose une gamme complète de pochoirs personnalisables, y compris des pochoirs nano-revêtus et à étapes, pour aider les ingénieurs à atteindre un assemblage SMT fiable et rentable.