A félvezető technológia egyre nagyobb integrációja, a félvezető kristályonkénti kapcsolási funkciók növekvő száma, a tápfeszültségek csökkentése és ezzel együtt a finomabb rajzolatú vezetőpályák az alkatrészek felületi szerelését igényelték. A nyomtatott huzalozású lemezek költséghatékony előállítását és jó felületkihasználtsággal járó alkalmazását elsősorban az elektronikai alkatrészek folyamatos miniatürizálásával lehetett elérni. Ez a folyamat az elektronikai technológia, a gyártógépek és a szerszámok nagyléptékű fejlesztését vonta maga után.

Folyamatos fejlesztés

A tömeggyártásban a paszták nyomtatását maratott újezüst, vagy galvanoplasztikával felépített stencilekkel végezték. Ezáltal a pasztaadagolókat (diszpenzereket) és a szitákat gyorsan ki lehetett váltani. A diszkrét felületre szerelhető alkatrészeket, mint pl. a 0805, 0603-as méretkódú chipellenállásokat stencilnyomtatás (pasztafelhordás) után beültették, majd újraömlesztéses (reflow) kemencében, később pedig gőzfázisú berendezésben forrasztották. Akkoriban a nyomtatott huzalozású lemezeken igen különböző felépítésű alkatrészeket alkalmaztak. A különböző pasztatérfogatok közötti különbség nem volt számottevő, és a forrasztási felület méretének hozzáigazításával, egyenletes stencilvastagság alkalmazásával jó minőségű nyomtatást lehetett elérni. A pasztatérfogatokat a forrasztási felület X és Y mérete, valamint a stencilvastagság alapján lehet meghatározni. A miniatürizálás előrehaladásával ismét nagyon rövid idő alatt elérkeztünk bizonyos technológiák határaihoz, amit többek között a maratással készített stencilek alkalmazása jelentett. A finom rajzolatfelbontású tartományban (0,65 mm alatti rasztertávolságnál) a gyártási technológiához szükséges maratási pontatlanság miatt problémák lépnek fel a pasztanyomtatás pontosságával kapcsolatban.

A 90-es évek elején a precíz, hosszú élettartamú, (a galvanikus stencil vonatkozásában) költségkímélő és a hatékonyan gyártható, lézervágott stencilek az összes hasonló nyomtatóeszközt kiszorították. A Christian Koenen cégnél a lézerrel vágott stencil nagyon gyorsan precíziós eszközzé fejlődött. A stencil pontosabb kialakításának lehetővé tétele, ill. a „pasztától való elválás" optimalizálása érdekében rendelkezésre áll néhány lehetőség. A stencilben a lézervágás kerületén ható adhéziós erőknek kisebbnek kell lenniük azoknál az erőknél, amelyek a forrasztási felületek felszínén hatnak. Ezt többek között azzal lehet elérni, hogy a forrasztási felület konstrukcióját körbefutó felületnagyobbításokkal, -kicsinyítésekkel, speciális felületformákkal, ill. a sarokrádiuszokkal optimalizáljuk (nyílásarány, felületarány). A sarokrádiusz mérete az alkalmazott forraszpaszta típusától is függ. Például 2-es típusú forraszpaszta alkalmazása esetén 100 µm nagyságú rádiuszt választunk. A túl nagy rádiusz a forrasztási felületen térfogatveszteséget eredményez, míg a túl kicsi sarokrádiusz a forrasztási felületen túl nagy adhézióhoz vezet. A forraszgolyószabályt (a forrasztási felület legrövidebb oldalán 4-6 forraszgolyónak kell egymás mellett elférnie) szintén figyelembe kell venni. A forrasztási felületek forma, ill. konstrukció tekintetében megvalósított optimalizálásai a szerelési hibák tűréskiegyenlítésére, a felvitt forraszanyagok össze-, ill. széttolására szolgálnak (konvex/konkáv konstrukció).

A nyomtatásra kerülő pasztamennyiségek (-térfogatok) a forrasztandó alkatrészek különböző típusaitól ill. kialakítási formáitól, valamint ezek tűréseitől függnek. Minél kisebbek a forrasztandó alkatrészek vagy a dugaszos csatlakozók raszterei, ill. kialakítási formája (0603, 0402, 0201 vagy 01005) egy nyomtatott huzalozású lemezen, és minél nagyobb a vegyes szerelés aránya, annál kevesebb lehetőségünk van arra, hogy a stencilnél egységes lemezvastagságot alkalmazzunk.

Ha a stencilvastagságot az egyik alkatrész vagy dugaszos csatlakozó kialakítása (mérete) szerint választjuk ki, akkor a másik alkatrésznél a stencilnyomtatás tekintetében legtöbbször kompromisszumot kell kötnünk.

Stencilmegoldások: lépcsős stencilek

A nyomtatott huzalozású lemezeken beforrasztandó alkatrészek méretei között egyre növekvő különbség mutatkozik, ami az elektronikai gyártás számára a legnagyobb igényeket támasztó kihívást jelenti. Vállalatunk már évekkel ezelőtt felismerte ezt a trendet, és kifejlesztett egy lépcsős stencilt, melyet sok összetett és precíziós eljárási lépésben, reprodukálható módon állítunk elő. Egy stencilen belül a térfogatokat a forrasztási felület X-, Y- és Z-mérete által nagyon pontosan lehet befolyásolni annak érdekében, hogy minden alkatrész pontosan a szükséges forraszpaszta-mennyiséget kapja meg. Döntő előnyt jelent az, hogy a stencil egyetlen kiindulási anyagból készül. Ez a tény lehetővé teszi a lépcsők (elrendezéstől függő) átvezetését a forrasztási felületeken keresztül is (amint ezt már sok esetben megvalósítottuk), továbbá azt, hogy az élettartamértékek a lehető legnagyobbak legyenek. Ezt az előnyt különösen azok a szolgáltatóvállalatok értékelik nagyra, amelyek nem tudják befolyásolni az elrendezés kialakítását. Ha egy nyomtatott huzalozású lemezre például egy 500-as kivezető számmal rendelkező alkatrészt ültetünk, akkor 150 µm-es stencilvastagságot választunk. Ha ugyanazon a szerelőlemezen 01005-ös alkatrészeket is alkalmazni kell, akkor 70 µm-es stencilt kell választani. Ezeket az alkalmazásokat csak lépcsős stencillel lehet megvalósítani. Nem szabad megfeledkeznünk arról a számos „pin-in-paste" alkalmazásról sem, amelyeket csak lépcsős stencillel lehet hatékonyan nyomtatni. Ez a technológia lehetővé teszi számunkra azt, hogy különböző szinteken a lehető legjobb minőségben nyomtassunk. Eközben a „nyomtatási síkok" darabszáma és alakja nincs behatárolva. Az elkészítendő stencilvastagság az általános stencilvastagságok bármely „közbenső méretét" felveheti. A lépcsőmagasságtól és a követelménytől függően itt — általában 200 µm-es különbségektől felfelé — a layouthoz hozzáillesztett, speciális nyomtatókéspengéket alkalmazunk. Ennek meghatározásához több tényezőnek — pl. az alapanyag vastagságának, a lépcső magasságának, a következő, szomszédos forrasztási felületig rendelkezésre álló helynek stb. — van döntő jelentősége. Ezek a tényezők nemlineáris összefüggésben állnak egymással. Ahhoz, hogy tökéletes stencilnyomtatást kapjunk, a stencilnek egyenletesen fel kell feküdnie a nyomtatandó felületen.

A nyomtatott huzalozású lemezeken sok esetben kiálló érintkezők, címkék, egyenetlen forrasztásgátló lakkfoltok vagy egyéb felületi egyenetlenségek találhatók. Ez mesterséges ugrások kialakulásához vezet, ami megakadályozza, hogy a nyomtatókés pengéje a nyomtatási folyamatban szorosan rányomja a stencilt a nyomtatott huzalozású lemezre és ezzel megfelelően illessze azt. A mesterséges ugrással megvalósított nyomtatás eredményeképpen olyan hibákkal kell számolni, mint a túl sok paszta felvitele és forraszgolyók megjelenése a nyomtatott huzalozású lemezen. A lépcsős stencilek további alkalmazása a kettős nyomtatás. Ennek során pl. az első lépésben forraszpasztát viszünk fel a nyomtatott huzalozású lemezre, a második lépésben pedig ragasztót nyomtatunk a lehúzható „blue-maszk" számára. A stencilt azokban a tartományokban, ahol a forraszpaszta nyomtatására sor került, könnyítjük azért, hogy a nyomtatott részeket a második lépésben ne tegyük tönkre. A klasszikus lépcsős stencil a vastagságillesztését a nyomtatókés oldaláról kapja meg. A lépcsőkészítés technológiája számunkra lehetővé teszi, hogy ezt a nyomtatott huzalozású lemez felől is alkalmazzuk azért, hogy a fent említett hibákat elkerüljük. A lépcsős stencilek használatával a nyomtatás hatékonysága különösen nő. A kitűnő nyomtatási eredmény okán a nyomtatott huzalozású lemezen végzendő utólagos megmunkálás költségei viszont nem merülnek fel. Vállalatunk számos kombinálható felületkezelési eljárása szintén hozzájárul a megfelelő nyomtatási tulajdonságokhoz, az egy forrasztási felületre eső optimális pasztatérfogat megvalósításához. Itt főleg annak van jelentősége, hogy a már egyébként is nagyon pontos lézervágás felületét még tovább optimalizáljuk. Meg kell említenünk a 90-es évek eleje óta egyre fejlettebb elektropolírozási eljárást (a vágási felületek elektrokémiai „simítását") és a stencilek plazmabevonását, amelyet először 2002-ben mutattunk be. A lépcsős stencilek alkalmazásával kitűnő nyomtatási eredményt érünk el. Nem merül fel az utólagos megmunkálás költsége, és így csökken a mikroáramkör szerelésének összköltsége is. A kitűnő személyi és műszaki feltételekkel rendelkező „Application Centerben", valamint a vevőkkel folytatott szoros együttműködés keretében minden rendelkezésre álló folyamatot részletesen feltérképezünk, és ezzel vevőink elégedettségéhez is hozzájárulunk.

A Christian Koenen Kft. honlapja