Comment régler la distance de détachement pour différents pochoirs ?

Si vous effectuez une opération d'impression de pâte à souder, vous savez déjà que même de petits ajustements de votre processus peuvent faire ou défaire le rendement, en particulier en ce qui concerne la distance de rupture. Pour ceux qui ne sont pas encore au courant, la distance de rupture est l'espace entre le pochoir et le circuit imprimé (PCB) au moment où la raclette à pâte à souder termine son passage. Trop serré, le pochoir traîne sur toute la planche, étalant de la pâte sur les tampons, provoquant des courts-circuits ou même soulevant des composants à pas fin. Trop lâche, la pâte ne se transfère pas correctement, ce qui entraîne des joints secs ou des circuits ouverts qui font perdre du temps et du matériel. Au cours de mes 12 années en tant que responsable technique chez un fournisseur d'imprimantes de pâte à souder, j'ai vu des équipes abandonner des séries entières de production parce qu'elles utilisaient un paramètre de rupture unique. La bonne nouvelle est que l'ajustement de cette distance pour différents pochoirs n'est pas aussi compliqué qu'il y paraît, une fois que vous avez compris comment la conception du pochoir, le matériau et votre imprimante spécifique changent l'équation.

Tout d’abord, soyons clairs sur ce avec quoi nous travaillons. Je mentionne cela parce que je parle tout le temps à de nouveaux clients qui mélangent les types de pochoirs, et cette confusion est la principale raison pour laquelle ils se trompent en matière de cassage. Les pochoirs se présentent sous trois formes principales pour le SMT : le nickel électroformé (parois minces de haute précision, courant pour les circuits intégrés à pas fin), l'acier inoxydable découpé au laser (durable, polyvalent, fonctionne pour la plupart des cartes standard) et les pochoirs gravés (moins chers, mais moins précis, principalement pour les prototypes à faible volume). Chacun d'entre eux a des épaisseurs, des géométries d'ouverture et une rigidité différentes, qui ont toutes un impact direct sur la distance de rupture dont vous avez besoin. Ajoutez des caractéristiques de pochoir variables telles que des incréments, des chanfreins ou des conceptions de rails, et tout à coup, votre réglage de cassure est tout sauf universel.

Commençons par le scénario le plus courant : les pochoirs standard en acier inoxydable découpés au laser, la bête de somme pour la plupart des séries SMT de volume moyen. Ces pochoirs ont généralement une épaisseur de 0,1 mm à 0,2 mm, avec des ouvertures rectangulaires ou carrées pour les résistances, les condensateurs et autres composants sans fil standard. Pour ceux-ci, le point idéal pour le cassage est généralement de 0,2 mm à 0,3 mm, mais ce n'est qu'une référence. Pourquoi? Parce que les pochoirs découpés au laser sont rigides, ils ne fléchissent donc pas beaucoup d'eux-mêmes. Lorsque la raclette passe, le pochoir a besoin d'un espace juste suffisant pour permettre à la pâte à souder de se transférer proprement sans traîner. Je me souviens d'un client, il y a quelques années, qui imprimait 10 000 cartes par semaine avec des pochoirs laser de 0,15 mm et restait coincé avec des éléments sécables de 0,2 mm pendant des mois, jusqu'à ce qu'il passe aux circuits intégrés à pas fin. Une fois qu'ils ont ajouté des QFI au pas de 0,4 mm à leur ligne, leur réglage de 0,2 mm a fait glisser le pochoir sur les minuscules tampons IC, laissant 15 % des joints ouverts. Nous avons ajusté leur rupture à 0,25 mm et ce taux de joint ouvert est tombé à moins de 1 %. La clé ici est la suivante : les pochoirs standard ont une rigidité constante, donc de petits ajustements (par incréments de 0,05 mm) suffisent pour la plupart des applications.

Ensuite : les pochoirs en nickel électroformés, la référence en matière d'applications de haute précision comme le boîtier de circuits intégrés ou les composants à pas fin. Ces pochoirs sont beaucoup plus fins (généralement de 0,05 mm à 0,1 mm) avec des ouvertures ultra-précises gravées sur les parois latérales qui correspondent exactement à la conception du pad IC. Voici le problème : les pochoirs électroformés sont beaucoup moins rigides que l'acier découpé au laser, donc une distance de séparation trop importante provoque une « déviation du pochoir ». Cela signifie que lorsque vous soulevez le pochoir de la carte, il se plie sur les bords, retirant la pâte à souder des minuscules ouvertures du tampon au lieu de la laisser intacte. Pour les pochoirs électroformés, la distance de séparation doit être plus petite, généralement entre 0,1 mm et 0,2 mm. Je recommande toujours de tester cela d'abord sur une carte factice si vous passez à l'électroformé. Le trimestre dernier, un client fabriquant des modules de radar automobile (qui utilisent des circuits intégrés au pas de 0,2 mm) m'a envoyé une note indiquant que leurs joints étaient incohérents. Ils avaient réglé leur cassable à 0,3 mm parce que cela fonctionnait pour leurs pochoirs laser, et le mince pochoir électroformé fléchissait tellement que 20 % des tampons IC n'avaient aucune pâte. Nous leur avons fait effectuer un test rapide : réglez le cassable à 0,1 mm, imprimez 10 planches de test, vérifiez le transfert de pâte, puis augmentez-le de 0,02 mm si nécessaire. Ils ont obtenu des résultats parfaits à 0,15 mm, et leur rendement est passé de 75 % à 99 % en une après-midi. C'est la différence entre comprendre le matériau du pochoir et deviner.

Il existe ensuite des pochoirs spécialisés : les pochoirs à étapes, les pochoirs chanfreinés et ceux dotés de fonctionnalités personnalisées pour les composants haute puissance. Les pochoirs à étapes, par exemple, ont des zones plus épaisses ou plus fines pour déposer plus de pâte sur les grandes plages de puissance et moins sur les petites plages de signal. Celles-ci sont désormais très courantes, car des produits tels que les smartphones et les véhicules électriques concentrent plus de puissance dans des espaces plus petits. Pour les pochoirs de marche, la distance de séparation dépend de la hauteur de la marche. Si vous disposez d'un pochoir de base de 0,1 mm avec un pas de 0,1 mm sur les blocs d'alimentation, vous aurez besoin d'un support plus grand (0,3 mm à 0,4 mm) car la zone de marche est plus haute que la planche. Si votre cassure est trop petite, le pochoir de base inférieur glissera sur la planche tandis que la marche restera au-dessus, étalant de la pâte sur les tampons de signal. Il y a un an, j'avais un client travaillant sur des systèmes de gestion de batteries de véhicules électriques qui utilisait des pochoirs par étapes pour ses PCB BMS. À l'origine, ils avaient réglé leur cassation à 0,2 mm et les joints de leurs blocs d'alimentation étaient court-circuités parce que la base inférieure du pochoir touchait la planche pendant le levage. Une fois que nous avons ajusté la rupture à 0,35 mm, la traînée a disparu et le taux court est tombé à près de zéro. Les pochoirs chanfreinés sont une autre bête : leurs ouvertures coniques nécessitent un retrait légèrement plus petit (0,15 mm à 0,25 mm) car le chanfrein aide la pâte à se libérer, donc un espace trop grand signifie que la pâte se détache avant d'être complètement déposée.

Maintenant, ce n'est pas seulement spécifique au pochoir : votre imprimante compte également. Je vois que beaucoup de gens négligent cela, en supposant que toutes les imprimantes peuvent gérer les mêmes paramètres de rupture, mais ce n'est pas vrai. Si vous utilisez unImprimante sérigraphique manuellepour les prototypes à faible volume, votre plage de rupture est limitée par la quantité de réglage des vis mécaniques, généralement de 0,1 mm à 0,5 mm. Pour la production en grand volume, un système automatiséMachine de fabrication de composants électroniques SMTdispose de réglages sécables motorisés qui peuvent régler les réglages à 0,01 mm près, ce qui est essentiel pour les travaux à pas fin. Même parmi les imprimantes automatisées, les modèles de haute précision comme laMachine PCB multicouche Machine SMT de haute précisionavoir des moteurs linéaires qui contrôlent le parallélisme de rupture sur l'ensemble du pochoir - de sorte qu'un côté du pochoir ne se soulève pas plus rapidement que l'autre, ce qui provoque un transfert de pâte inégal. Pour les travaux complexes commeLigne de production intelligente industrielle de fabrication de circuits intégréslignes, où les pochoirs changent quotidiennement en fonction des lots de composants, les paramètres de sélection programmables qui s'ajustent automatiquement en fonction du type de pochoir changent la donne.

Soyons pratiques : comment tester et ajuster cela, au lieu de simplement partir de chiffres ? Mon équipe et moi enseignons un test rapide en 5 étapes pour chaque nouveau pochoir ou travail, et nous l'avons utilisé pour réduire le temps de configuration de 30 % pour nos clients. Tout d'abord, préparez une carte de test avec une gamme de composants : un circuit intégré à pas fin, une résistance standard et un grand bloc d'alimentation. Deuxièmement, réglez votre cassable initial sur la ligne de base de votre pochoir (0,2 mm pour le laser, 0,15 mm pour l'électroformé). Troisièmement, effectuez un passage complet de la raclette, puis regardez le pochoir sur la planche avant de la soulever. Si vous voyez de la pâte à souder s'étaler à l'extérieur des ouvertures du pochoir, votre cassable est trop serré. Si vous constatez de petits espaces ou des manques de pâte dans les ouvertures lorsque vous soulevez, votre cassable est trop lâche. Quatrièmement, ajustez par 0,05 mm à la fois, en réimprimant la carte de test à chaque fois jusqu'à ce que vous obteniez un transfert de pâte propre et complet sur tous les types de tampons. Cinquièmement, effectuez une vérification de suivi : comptez le nombre de joints ouverts et de courts-circuits sur 50 planches consécutives. S'il est inférieur à votre objectif (nous recommandons moins de 0,5 % pour la plupart des emplois), tout va bien. Sinon, ajustez par incréments de 0,02 mm, car de petits changements font de grandes différences pour un travail à pas fin.

Je dois également mentionner les erreurs courantes que commettent même les équipes expérimentées. Un gros problème ne tient pas compte de l’usure du pochoir. Les pochoirs sont rayés, bosselés ou les ouvertures s'usent après plus de 10 000 impressions. Un pochoir légèrement usé transférera la pâte différemment d'un pochoir neuf, vous devrez donc peut-être augmenter la cassure de 0,05 mm à mesure que le pochoir vieillit. Une autre erreur consiste à ignorer la déformation des PCB. Les PCB haute densité, en particulier pour les véhicules électriques ou l'aérospatiale, peuvent se déformer légèrement lorsqu'ils sont chauffés pendant la refusion, donc si votre PCB est déformé, vous aurez besoin d'un plus grand cassable pour éviter que le pochoir ne traîne sur les bords surélevés. Un client du secteur aérospatial m'a dit l'année dernière que ses circuits imprimés déformés provoquaient 2 % de joints ouverts jusqu'à ce que nous ajoutions 0,1 mm à leur réglage de rupture : problème résolu en quelques minutes. N'oubliez pas non plus de vérifier le parallélisme de rupture, pas seulement la distance totale. Si le pochoir s'incline lors du levage, un côté aura trop d'espace et l'autre pas assez, ce qui entraînera des impressions inégales. La plupart des imprimantes modernes disposent d'un capteur de niveau pour régler ce niveau automatiquement, mais les imprimantes manuelles nécessitent que vous serrez les vis uniformément à la main à chaque fois.

Pourquoi est-ce important à long terme ? Ajuster correctement le cassable ne résout pas seulement les problèmes de rendement à court terme : il réduit le gaspillage de matériau, réduit le temps de retouche et prolonge la durée de vie de vos pochoirs. Si vous utilisez un réglage lâche qui fait glisser le pochoir, vous grattez les parois latérales du pochoir à chaque fois que vous imprimez, ce qui nécessitera de le remplacer plus tôt. Nous avions un client qui utilisait 50 000 cartes par mois sur des pochoirs laser et les remplaçait tous les 6 mois en raison de dommages causés par la traînée. Après avoir ajusté leur cassable au bon 0,25 mm, leurs pochoirs ont duré 18 mois, ce qui leur a permis d'économiser plus de 12 000 $ par an en coûts de pochoir. C'est le genre de retour sur investissement qui fait que les ajustements de processus en valent la peine.

En fin de compte, il n'existe pas de distance de séparation universelle : chaque pochoir, chaque imprimante et chaque travail a son propre point idéal. La clé est d'aller au-delà des suppositions et de lier vos paramètres au matériau du pochoir, à la conception et à votre équipement spécifique. Si vous utilisez toujours le même paramètre de cassage qu'il y a 5 ans, même si vos pochoirs ou composants ont changé, vous laissez le rendement et l'argent sur la table.

Si vous êtes prêt à affiner votre processus ou si vous avez des questions sur les paramètres de découpe pour un type de pochoir ou une ligne de production spécifique, notre équipe est là pour vous aider. Nous travaillons avec des clients allant des petits ateliers de prototypes aux grandes usines de fabrication automobile, les aidant à maîtriser chaque étape du processus d'impression par soudure pour un rendement et une efficacité maximaux. Contactez notre équipe pour discuter de vos besoins en matière de pochoirs, tester vos paramètres actuels ou découvrir comment notre équipement peut prendre en charge vos opérations.

Références

1. « Directives de conception de pochoirs pour l'impression de pâte à souder », IPC Association Connecting Electronics Industries, 2022.
2. "Paramètres du processus d'impression de la pâte à souder : distance de rupture et pression de raclette", Journal of Surface Mount Technology, Vol. 34, n° 2, 2021.
3. « Impression de pochoirs de haute précision pour les circuits intégrés à pas fin », International Journal of Manufacturing Research, Vol. 16, n° 4, 2020.