SMT šablona (tisková šablona) je tenká fólie z nerezové oceli s laserem vyřezanými nebo elektroformovanými otvory, přes kterou se na pájecí plošky desky plošných spojů (DPS) nanáší přesné množství pájecí pasty, než se na desku osadí součástky a proběhne pájení přetavením – špatně zvolená tloušťka, ztráta napětí nebo nesprávné skladování naplocho dokážou kvalitu potisku i životnost šablony zničit během několika týdnů.
Co je SMT šablona a k čemu slouží
SMT šablona se upíná do rámu na tiskárně pájecí pasty, kde přes ni gumová nebo kovová stěrka (“squeegee”) protáhne pájecí pastu. Pasta se protlačí otvory šablony přímo na měděné pájecí plošky DPS, zatímco zbytek kovové plochy pastu zadrží. Jde o první a zároveň nejkritičtější krok celého procesu SMT – pokud je otisk pasty nesprávný, žádné pozdější doladění pájení přetavením už výsledek nezachrání. Většina šablon se vyrábí z nerezové oceli o tloušťce 100–150 µm a produkuje se buď laserovým řezáním, nebo elektroformováním, které dává hladší stěny otvorů a lepší uvolňování pasty u velmi jemného roztečí vývodů (fine-pitch).
Tloušťka a otvory – area ratio v praxi
Tloušťka šablony určuje, kolik pájecí pasty se nanese na jednu plošku, a musí se volit podle nejmenší součástky na desce, ne podle průměru všech součástek. Příliš silná šablona dodá na jemné součástky zbytečně mnoho pasty a hrozí propojení sousedních plošek (“bridging”), zatímco příliš tenká šablona nedodá dostatek pasty pro větší SMD součástky a vznikají slabé pájené spoje.
Klíčovým pojmem je area ratio – poměr plochy dna otvoru k ploše jeho stěn. Jako základní pravidlo platí, že area ratio by mělo být vyšší než 0,66, aby se pasta při tisku čistě uvolnila z otvoru. Při nižší hodnotě prudce roste riziko ucpaných otvorů a nestabilního potisku.
| Typ součástky | Typická tloušťka šablony | Doporučené area ratio |
|---|---|---|
| Standardní pasivní součástky (0402/0603), SOIC | 120–150 µm | ≥ 0,66 |
| Fine-pitch QFP, 0201 | 100–120 µm | ≥ 0,66 |
| QFN, fine-pitch BGA | 75–100 µm | ≥ 0,60 (doporučena step-up technika) |
| Smíšená deska s oběma typy součástek | Stupňovitá šablona (“step stencil”) | Posuzuje se po zónách |
U smíšených desek, kde jsou vedle sebe velké i velmi malé součástky, se často používá stupňovitá šablona, jejíž tloušťka se lokálně mění podle zóny desky – tak dostane každá ploška správné množství pasty, aniž by se muselo dělat kompromis v area ratio.
Napětí, materiál a životnost
Nová šablona se obvykle upíná na 30–40 Newton, měřeno tenziometrem, a toto napětí musí zůstat konstantní po celou dobu její životnosti. Jakmile napětí klesne, fólie se při tisku prohýbá a otisk pasty je nepřesný, i když jsou tloušťka a otvory jinak v pořádku. Životnost ovlivňují tři faktory: kvalita materiálu (nerezová ocel vydrží výrazně déle než starší mosazné šablony), počet čisticích cyklů a to, jak opatrně se šablonou manipuluje mezi jednotlivými výrobními sériemi. Dobře udržovaná šablona vydrží klidně několik tisíc otisků, zatímco ohnutá nebo špatně skladovaná šablona může ztratit použitelné napětí během několika týdnů.
Správné skladování: vertikální uložení je klíčové
Nejčastější a zároveň nejvíce podceňovanou příčinou předčasného selhání šablony je nesprávné skladování. Pokud se šablony ukládají naplocho na sebe, spodní kusy jsou tlačeny vahou těch nahoře, což časem deformuje rám i jemné otvory – často bez viditelného poškození pouhým okem, dokud se na lince náhle neobjeví nestabilní otisk pasty.
Řešením je vertikální skladování v dedikovaném stojanu nebo skříni na šablony, kde každá šablona visí volně a nedotýká se sousedních kusů. Tím se zabrání ohýbání, sníží se riziko prachu a otisků prstů na citlivé kovové síťovině a zároveň se výrazně zrychlí vyhledání správné šablony při přezbrojení linky. Stejná logika platí i pro magazíny součástek: strukturované inteligentní skladování SMD komponentů s evidovanými pozicemi omezuje poškození při manipulaci a chybné výdeje stejně, jako stojan na šablony chrání samotný tiskový nástroj. Pro vyhrazené úložiště šablon, propojené s evidencí použití, nabízí Neotel řadu NEO LIGHT Stencil.
Čištění a údržba
Většina linek provádí automatické čištění spodní strany šablony po každém nebo po každém třetím otisku, aby se odstranily zbytky pasty, které by jinak znečistily další tisk. Při ručním čištění je třeba použít vhodné čisticí rozpouštědlo a bezprašné utěrky – nikdy tvrdé kartáče, protože jemné otvory u QFN a BGA se agresivním mechanickým čištěním snadno poškodí. Pevný harmonogram čištění, dokumentovaný společně s měřením napětí, umožňuje sledovat, kdy se šablona blíží ke konci své životnosti dřív, než se to projeví jako vada ve výrobě.
Souvislost s pájecí pastou a pájením přetavením
Ani nejlepší pájecí pasta a nejlépe nastavené pájení přetavením nedokážou vykompenzovat špatný otisk pasty. Nerovnoměrné množství pasty z poškozené nebo špatně skladované šablony patří mezi nejčastější kořenové příčiny “tombstoningu”, zkratů a studených pájených spojů po výstupu z pece. Investice do správné volby tloušťky, pravidelné kontroly napětí a vertikálního skladování výrazně snižuje počet oprav a stabilizuje průběžnou dobu celé SMT linky.
Neotel dodává inteligentní skladovací vybavení a řešení pro správu materiálu, která podporují celý proces SMT – od šablon a magazínů součástek až po hotové osazené desky. Podívejte se na celou nabídku produktů na stránce produkty, nebo si vyžádejte nabídku, pokud potřebujete poradit s výběrem skladovacího a manipulačního vybavení pro vaši výrobní linku.
