سفارش شابلون استنسیل (Stencil) یا شابلون خمیر قلع
سفارش شابلون استنسیل در پروسه خدمات PCBA، یک روال عادی می باشد. برای نصب قطعات SMD برد الکترونیکی شما نیاز دارید که یک شابلون استنسیل برای PCB خود سفارش بدهید تا بتوانید خمیر قطع را روی برد اعمال کنید. برای مونتاژ قطعات SMD با دستگاه Pick and Place و لحیم کاری با Oven های مخصوص، باید خمیر قلع قبل از قرارگیری قطعات روی برد اعمال شده باشد. خوب پس بهتر است از یک سوال کلیدی شروع کنیم، شابلون استنسیل PCB چیست ؟
شابلون استنسیل PCB چیست ؟
استنسیل PCB (PCB Stencil) با نام مش استیل (Steel Mesh) یا شابلون خمیر قلع نیز شناخته می شود. وظیفه اصلی آن اعمال خمیر قلع روی برد PCB است به نحوی که مقدار دقیقی از خمیر قلع در موقعیت درست خود روی برد مدار چاپی خام قرار گیرد. هر استنسیل خود دارای ویژگی هایی همچون ضخامت، اندازه و شکل است. استنسیل باید تا جایی امکان نرخ محصولاتی برگشتی خط را کاهش دهد.
استنسیل به طور عادی می تواند شامل فرم، توری استیل و صفحه یا ورق استیل باشد. روی استنسیل پر از حفره های کوچک است که موقعیت و شکل این سوراخ ها متناظر با پد قطعات است که روی PCB خام چاپ شده است. در هنگام استفاده، برد مدار چاپی خام زیر استنسیل قرار می گیرد و خمیر قلع روی استنسیل ریخته و توسط لیسه روی آن پخش می شود. خمیر لحیم کاری از طریق این حفره ها که به طور دقیق روی موقعیت هایی که روی PCB تعیین شده اند، می نشیند.
استنسیل نقش مهمی در خط تولید برد های الکترونیکی دارد. در صورت هرگونه نقص در لحیم کاری قطعات، اولین موردی که باید بررسی شود، شابلون استنسیل می باشد.
امروزه، طیف گسترده ای از مواد و تکنیک ها برای ساخت استنسیل وجود دارد. این شرایط باعث شده تولیدکنندگان و طراحان بتوانند از پس چالش هایی همچون مدیریت قطعات بسیار کوچک، بردهای تراکم بالا و شیب دهانه ها، بر بیایند.
سفارش ساخت شابلون استنسیل
در کنار رشد قابل توجه روش ها و متریال برای اجرا استنسیل هنوز نیاز است در سفارش شابلون استنسیل از افراد مجرب کمک بگیرید. زیرا موارد بسیاری مانند اندازه سوراخ ها، شکل سوراخ ها، تاثیر روش تولید بر شکل دهانه ها و غیره نیاز به تجربه و دانش کافی دارد. مجموعه مرصا تلاش کرده است تا با ترکیب دانش روز و تجربه بهترین نتیجه را به مشتریان خود ارائه دهد. پس برای ثبت سفارش شابلون استنسیل و خدمات مونتاژ برای PCB خود روی این لینک کلیک کنید. ما بهترین و بهینه ترین راه حل را به شما ارائه خواهیم کرد.
شابلون استنسیل از چه چیزی ساخته شده است؟
در بخش قبل به اجزا سازنده این شابلون های خمیر قلع شد، ولی در این بخش کمی بیشتر به جزییات آن می پردازیم:
1. فرم شابلون استنسیل (Stencil Frame)
یکی از موارد مهم در سفارش شابلون استنسیل، فرم یا قاب آن است که به دو دسته ثابت و متحرک تقسیم می شوند. در مدل متحرک ورق استیل مستقیم به فرم متصل می شود و برای استفاده به طور مکرر بر روی PCB گذاشته و برداشته می شود. ولی در قاب ثابت ورق استیل به واسطه توری استیل به فرم متصل می شود و به ورق استنسیل اجازه می دهد که در راستای عمودی جابجا شود.
با استفاده از فرم شابلون ثابت می توان کشش روی ورق استیل را یکنواخت نگه داشت. این کشش به طور معمول برای فرم های ثابت عددی بین 35 تا 42 نیوتون بر سانتی متر مربع (N/cm2) می باشد.
2. توری یا مش (Mesh)
همانطور که گفته شد، این توری در فرم های ثابت بکار می رود تا کشش روی ورق استیل استنسیل را ثابت نگه دارد. جنس متداول برای این توری استیل ضد زنگ (Stainless Steel) می باشد و از سیم های استیل ساخته شده است که می تواند کشش پایدار و کافی فراهم کند. اگر چه پس از استفاده طولانی از این توری، سیم های استیل تغییر شکل می دهند و به مرور زمان کشش خود را از دست می دهد. جنس دیگر این توری از پلی استر است که به ساده شکل خود رو از دست نمی دهد و طول عمر بیشتری دارد.
3. ورق (Sheet)
ورق استنسیل که نقشه بر روی آن کنده کاری شده می تواند از جنس مس، فولاد ضد زنگ، آلیاژ نیکل، پلی استر یا سایر جنس ها باشد. ولی به طور کلی از ورق استیل ضد زنگ 301 / 304 با کیفیت استفاده می کنند که هم ویژگی های مکانیکی عالی داشته باشد و هم طول عمر بیشتری داشته باشد.
4. چسب (Glue)
در متصل کردن ورق و فرم شابلون استنسیل به همدیگر، چسب نقش مهمی ایفا می کند. در فرآیند تمیز کردن شابلون نیازی نیست نگران این چسب باشید زیرا مواد تشکیل دهنده آن به گونه ای است که در مقابل انواع تمیز کننده ها مقاومت می کند و چسبندگی خود را از دست نمی دهد. با این شرایط می توانید بارها از یک استنسیل استفاده کنید.
روش های ساخت شابلون استنسیل
برای سفارش شابلون استنسیل PCB ، سه روش کلی وجود دارد، روش زدایش شیمیایی (Chemical Etching)، برش لیزر (Laser Cutting) و الکتروفرمینگ (Electroforming). تولید کنندگان استنسیل گزینه های زیادی برای تولید استنسیل دارند. برای درک بهتر از جزییات شابلون استنسیل اجازه بدهید کمی عمیق تر شویم.
زدایش شیمیایی
روش سنتی و کم هزینه برای تولید استنسیل زدایش شیمیایی می باشد. در این حالت با استفاده از روش های تصویر برداری مشابه با تولید PCB، دهانه های مورد نظر بر روی ورق استیل با مواد شیمیایی ایجاد می شود. عملیات زدایش همزمان از دو سمت ورق انجام می گردد. البته این فرآیند باعث پیدایش لبه چاقو مانندی در دیواره ی دهانه می شود. همین عامل خود می تواند سبب “خوردگی ناقص” یا “خوردگی بیش از حد” روی دهانه های استنسیل شود. بعد از زدایش شیمیایی می توان با بکار گیری فرآیند الکتروپولیشینگ (Electropolishing) لبه دهانه های ایجاد شده را نرم و صاف کرد. روش زدایش شیمیایی برای استنسیل هایی که دارای سوراخ های بزرگ هستند مناسب است، اما نمی تواند دقت و کیفیت لازم برای شابلون هایی با منافذ زیر 0.5 میلیمتر را حفظ کند.
برش لیزر
در حال حاضر روش برش لیزر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از این روش مزایای قابل توجهی همچون کاهش شیب در دیواره منافذ و افزایش تراکم قطعات الکترونیکی روی PCB را به همراه دارد. برای برش لیزر ورق استنسیل مستقیم از گربرفایل (GERBER File) استفاده می شود. کاهش مراحل تصویر برداری در این روش خود از احتمال وقوع خطا های موجود در آن جلوگیری می کند. با استفاده از انجام محاسبات دقیق روی داده های دریافتی از گربر فایل، سیستم CNC دستگاه، برش لیزر را به خوبی هدایت می کند و سوراخ های بسیار دقیق و ظریفی را روی ورق شابلون استنسیل ایجاد می نماید. در این تکنیک تلورانس دقت در ایجاد دهانه ها در حدود ±0.05 میلیمتر می باشد. این خطا وابسته با ابعاد شابلون نیست و برای استنسیل های بزرگ نیز همین مقدار می باشد.
ویژگی های استنسیل لیزری
در برش لیزر، روی دیواره ی سوراخ ها خط هایی ایجاد می شود که جزء مشخصه های ذاتی این نوع برش می باشد. از طرف دیگر این امکان وجود دارد که با تنظیم شدت لیزر، کنتراست و نتیجه مطلوب برای منافذ محقق شود. ماهیت ذاتی برش لیزر باعث ایجاد حالت ذوزنقه ای شکل روی دهانه سوراخ ها می شود. یعنی دهانه منافذ روی ورق استیل به صورت قیفی شکل می شود که بخش بزرگتر دهانه روی برد PCB قرار می گیرد و سبب می شود تا خمیر قلع راحتر از استنسیل جدا شود و کمتر به لبه های سوراخ ها بچسبد.
تنها نکته قابل تامل درباره روش برش لیزری به جا ماندن خط و رگه هایی در دیواره سوراخ ها است که اخیراً با استفاده از تکنیک های جدیدتر توانسته اند این مشکل را تا حد قابل توجهی کاهش دهند. اما اگر در برخی کاربرد ها که نیاز به سطوحی صاف و سیقلی می باشد، می توان از روش هایی همچین پولیش لیزری، پولیش شیمیایی ویا پولیش فیزیکی بهره برد تا به نتیجه مطلوب دست یافت.
شکل و اندازه صحیح سوراخ های برای ساخت استنسیل
شکل و اندازه سوراخ های روی شابلون استنسیل مشخص کننده حجم، یکنواختی و دقت در خمیر قلع اعمال شده روی PCB ها خواهد بود. از این رو، کنترل دقت در ایجاد دهانه ها، تعیین کننده موفقیت در ساخت استنسیل می باشد مخصوصاً در شرایطی که نیاز به اعمال مقدار کمی خمیر قلع با دقت بالا مورد نیاز باشد. برای تعیین اندازه تقریبی سایز سوراخ ها بر روی استنسیل از دو مشخصه نسبی استفاده می کنند. اندازه گیری نسبت مساحت ( نسبت مساحت دهانه سوراخ به مساحت دیواره های سوراخ) و نسبت ظاهری (نسبت عرض سوراخ به ضخامت استنسیل).
قانون رایج برای جداسازی شابلون استنسیل از خمیر قلع اعمال شده این است که مقدار نسبت مساحت باید بیشتر از 0.66 و نسبت ظاهری باید بیشتر از 1.5 باشد. در طراحی سوراخ ها برای شابلون باید این قوانین رعایت شود و به علاوه باید روش ساخت و تولید را نیز مد نظر داشته باشید. به عنوان مثال رسیدن به نسبت ظاهری کمتر از 1.5 در روش زدایش شیمیایی یک چالش بزرگ به حساب می آید در حالی که روش برش لیزری به راحتی می تواند عدد 1.1 برای نسبت ظاهری را فراهم آورد.
موارد با اهمیت در طراحی شابلون استنسیل
برای طراحان شابلون استنسیل PCB، نسبت مساحت بسیار مهم می باشد. زیرا ارتباط مستقیم با انتقال صحیح و جدا سازی خمیر قلع دارد. در زمان اعمال خمیر قلع بر روی برد مدار چاپی خام و جدا سازی شابلون استیل از سطح PCB، کشش سطحی مشخص می کند که خمیر قلع به پدهای پرینت شده روی PCB بچسبد یا به دیواره ی سوراخ های استنسیل. وقتی نسبت مساحت بیشتر از 66% باشد این عملیات با درصد موفقیت خوبی انجام می پذیرد. ولی زمانی که این نسبت به زیر 66% کاهش پیدا کند، انتقال موثر خمیر لحیم کاری کاهش می یابد و کیفیت چاپ خمیر و در نتیجه موفقیت در مونتاژ قطعات پایین می آید.
انجام پروسه الکتروپولیش روی سوراخ های ایجاد شده توسط لیزر، می تواند باعث بهبود عملکرد انتقال خمیر قلع شود. گام و فاصله بین پایه ها و قطعات و در کنار آن چگالی سوراخ ها تعیین کننده روش مناسب برای تولید استنسیل خواهد بود. برای کاربرد هایی با شیب دیواره ی کمتر از 0.5 میلیمتر، فقط روش برش لیزری و الکتروفرمینگ قابل استفاده خواهند بود. هر دوی این روش ها دقت خوبی دارند و کیفیت خمیر قلع اعمالی روی PCB را بهبود می بخشند. علاوه بر این، هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.
چالش های طراحی شابلون استیل SMD
تحقیق و توسعه در زمینه طراحی و ساخت استنسیل ادامه دارد چه که با رشد روز افزون تجهیزات الکترونیکی شاهد چالش های بیشماری هستیم. یکی از این موضوعات جدید، وجود ترکیبی پیچیده انواع مختلف قطعه برای یک برد الکترونیکی می باشد که صنعت و خدمات PCBA را به چالش کشیده است. این تنوع باعث می شود در یک PCB، برای یک قطعه مقدار زیاد و برای قطعه دیگر مقدار کمی خمیر قلع نیاز باشد. از این رو تولیدکنندگان مجبور هستند همواره به دنبال روش های جدید برای رویارویی با این چالش ها باشند.
چگونه از شابلون استنسیل PCB استفاده کنیم؟
برای استفاده از شابلون استنسیل PCB بهتر است موارد زیر را رعایت کنید تا کیفیت مونتاژ قطعات SMD خود را بهبود و طول عمر شابلون استیل خود را افزایش دهید.
- با احتیاط استفاده کنید.
- استنسیل باید قبل از استفاده تمیز شود تا گرد و خاکی که در طول حمل و نقل بر روی آن نشسته پاک شود.
- خمیر قلع باید به طور یکنواخت پخش و اعمال شود تا سوراخ های استنسیل مسدود نشوند.
- فشار چاپ را به بهترین نحو تنظیم کنید: زمانی که لیسه بتواند خمیر قلع را به خوبی روی استنسیل جابجا کند، فشار اعمال کافی و مناسب است.
- پس از اتمام حرکت لیسه، در صورت امکان، بهتر است 2 تا 3 ثانیه قبل از برداشتن استنسیل صبر نمایید. برداشتن شابلون را خیلی سریع انجام ندهید تا شکل و کیفیت خمیر لحیم کاری قرار گرفته روی پدها با مشکل مواجه نشود.
- مراقب باشید تا اجسام سنگین و نوک تیز با سطح استنسیل PCB برخورد نکنند.
- پس از اتمام کار، شابلون استیل را به موقع تمیز کنید و در بسته بندی و جای مناسب قرار دهید.
با ما تماس بگیرید
شرکت مرصا، ارائه دهنده خدمات PCBA (طراحی، تولید و مونتاژ بردهای الکترونیکی) می باشد. بدون تامل با ما تماس بگیرید، تیم جوان و متخصص ما آماده ارائه هر گونه خدمات و مشاوره به شما صنعتگران عزیز است.
منابع:
https://www.elecrow.com/blog/what-is-a-pcb-stencil-and-how-to-use-it.html
https://www.raypcb.com/the-role-and-introduction-of-smt-stencil
