SMT Print

• El Reto• The Challenge

Temas• Stencils• Pasta• Tablilla• Pad• Maquina• Squeegee• Tooling• Ambiente• Geometria• Topografia

• La intencion es dar una breve explicacion de los temas/retos con estos elementos dentro del proceso de SMT Print.

Stencils

• Stainless, SS (PHD y FG)• Nickel, Ni• ElectroFormado, EF• Nano• Cobra

• SS Pros– Flexible,

• Contra topografias agresivas, tablillas muy densas.

– Apertura de Laser• Bien definida la superfici que

hace el sello mecanico contra el PAD.

• SS Contras– Paredes de aperturas

• Muy rugosas, causan insuficiencias, en componentes de Fine Pitch.

Stencils

• Ni Pros– Paredes de Aperturas

• Menos rugosas vs las de SS.

• Cortado con laser

• Ni Contras– Materiales Duros

• Limitan el sello mecanico, menos flexible.

• Usas mas presion de Squeegee para apoyar el sello mecanico, por la topografia de la tablilla.

• EF Pros– Paredes, Extra Lisas

• EF Contras– Duresa de material– Sello mecanico

• Chamfer vs el Corte Laser

– Fabricacion• Hechos FUERA de Mexico• Deliveries• Revisiones• Retrabajos, no se permiten

Stencils

• Nano Pros– Mejora el desempeno

del “Apect Ratio”– Super liberacion de

Pasta– Trata de ayudar con

reduccion de consumibles

• Nano Contras– Los “Pros” tienen corta

vida/efecto….6-8 semanas.– Suseptible al proceso del

cliente.• Necesita proceso especial

para limpieza• Se desgasta el “Nano”

coating• Es impredecible sus fallas

– Proceso de Aplicacion Nano• No es un proceso limpio, la

fabricacion.

Stencil

• COBRA 3.0 y TX Pros– Permanente

• NO requiere procesos especial de manejo.

– Garantia• El COBRA es garantizado no

degradarce mientras el estencil es util, bajo normas de SMT.

– 3.0• Imprime mejor que el EF o

Nano.

– TX• Imprime mejor que el SS o Ni.

• COBRA 3.0 y TX Contras– Fabricacion

• Solo en GDL• CJZ prox 2016.

– Entregas• En GDL 48 hrs AAD• En CJZ 120 hrs AAD• En TIJ 163 hrs AAD

Pasta

• Pasta,– Basicamente es una

mescla de un elemento corrosivo (Flux) y metales.

• Flux– Esta en forma de gel. – Flux es un material, que

cuando se eleva a cierta temperatura se activa.

– Esto ocurre en el Horno de reflujo.

– Su tarea es hacer que las superfices en contacto sean lo mas limpio para soldar los elementos, creando una union de buena calidad. Mecanica como electrica.

Pasta

• Metales– Basicamente hay Lead y Lead

free, esto se define por los metales, las que forman las esferas.

– Pasta de Lead, siempre va tener “Sn” como un elemento de “Alloy”, componente.

– Pasta lead free, tendencia nunca tiene “Sn” y contiene un elemento de plata. Hay muchos mas pero hay demasiados para identificarlos en esta presentacion.

• Pasta,– Los metales vienen en

diferentes tamaños esferas, esto define que tipo de pasta. Los mas comun es Tipo 3, pero se usa Tipo 4 con aperturas muy retosas.

Pasta• LEAD

– Esta es una tecnologia de historia.

– Por sus propiedades de flux, tienda apoyar mas el proceso SMT vs “Lead Free”.

– Su “Paste release”, no causa mayor temas.

– Muchas plantas, proyectos ya NO quieren el material en sus productos.• Esto lo define el cliente final

del EMS. • Por esta razon se formulo

“Lead Free”

• Temas Print– Esta soldadura se ajusta, durante la

operacion de “reflujo”, y tienda fluir hacia la region de mayor calor.• Por esta propiedad se notan

componentes movidos despues de Reflujo.

– Asiste en ajustes de ubicacion de componentes.• Volumen de Pasta sobre los pads

pueden influir a este ajuste.• En ciertos casos hacen buen

ajuste y tambien influyen malos resultados.

– Volumen de pasta, sobre el pad, es critico.• Esto para mantener un balance

de posicion del componente.

Pasta

• Lead free– Esta pasta requiere un

proceso mas fuerte que el de “Lead”.

– Usa un Flux muy fuerte, requiere una temperatura muy elevada para activarlo.

– Requiere un “Paste Release” muy bueno, ya que el flux es muy fuerte.

– Cada ves se convierten mas plantas/proyectos a Lead Free.

• Temas Print– Es super importante que

este exacto el aliniamiento de la pasta sobre el Pad.

– Esta pasta, su tendencia, es no moverse y mantener la soldadura donde se imprimio. Diferente a la de “LEAD”.

Tablilla

• Calidad de tablillas• Espesor• Solder Mask• Silk screen• Densidad• “Single” Proceso• “Doble” Proceso

• OSP y FR4, son comun en esta industria.

• OSP mas susepto a efectos de pandamiento por ser una tablilla con menos soporte y afectado no solo por calor pero tambien por humedad.

• FR4, tienda ser una tablilla mas rigida, pero tambien puede presentar pandiamento por razones de diseno del circuito interno de la tablilla. – Esto se presenta cuando hay areas

mayores de metal sobre secciones de la tablilla…Ground planes. Es que la calor se centraliza en estas areas y causan mayor pandiamiento en estas zonas.

Tablilla

• Espesor• Solder Mask• Silk screen• Densidad• “Single” Proceso• “Doble” Proceso

• La printer quiere ver todo parejo, “Flat”.

• Una tablilla de <1mm, requiere tipo Tooling de vacio.

• Un tablilla de 1.6mm es comun…tipicamente se puede usar tipo pines magneticos, por el lado inferior.

• Una Tablilla de 1mm, espesor, con pasivos no debe de presentar problemas mientras que el pasivo es de 0603…ya uno con 0402 ya puede presentar problemas de soporte.

Tablilla

• Espesor• Solder Mask• Silk screen• Densidad• “Single” Proceso• “Doble” Proceso

• Tablilla de </=1mm espesor – Con pasivos no debe de

presentar problemas mientras que el pasivo es de 0603…ya uno con 0402 ya puede presentar problemas de soporte.

– Con componentes criticos de QFN, QFP (18mils), BGA, LGA or conectores especiales son candidatos de soporte “Custom” con vacio.

Tablilla

• Espesor• Solder Mask• Silk screen• Densidad• “Single” Proceso• “Doble” Proceso

• Tablilla de >/=1mm espesor, Tipicamente >/=1.6mm– Tendencia es tener buen

propiedad de “Flatness”– Pasivos hasta 0201 bien

apoyados– Con ciertas carecteristicas,

Cualquier Componente BGA o Fine Pitch puede presentar problemas de impresion.

– Con componentes criticos de QFN, QFP (18mils), BGA <.5mm, LGA or conectores especiales son candidatos de soporte “Custom” con y sin vacio.

Tablilla

• Solder Mask• Silk screen• Densidad• “Single” Proceso• “Doble” Proceso

• Solder Mask– El terminado (Coating) al rededor de

los pads.– Es critico que no sea mas alto que el

nivel de los Pads– Con ciertas carecteristicas, Cualquier

Componente BGA o Fine Pitch puede presentar problemas de impresion, con el solder mask fuera de spec.

– Esta situacion interfiere con el sello mecanico de la apertura vs el pad durante la impresion de pasta.

– El estencil no puede eliminar este problema pero, con diseno de apertura se puede minimizar, ya que esto es un error de fabricacion de la tablilla.

Tablilla

• Silk screen• Densidad• “Single” Proceso• “Doble” Proceso

• Silk Screen– Letra sobre la superfici del solder

mask (Coating) al rededor de los Componentes.

– Es critico que no sea mas alto que el nivel de los Pads

– Con ciertas carecteristicas, Cualquier Componente BGA o Fine Pitch puede presentar problemas de impresion, con el Silk Screen fuera de spec.

– Esta situacion interfiere con el sello mecanico de la apertura vs el pad durante la impresion de pasta.

– El estencil no puede eliminar este problema pero, con diseno de apertura se puede minimizar, ya que esto es un error de fabricacion de la tablilla.

Pad

• Acabados, Pad finish– HASL– Silver Gold– Flatness

• Gerber vs Tablilla– Different pads design vs

board

• Scanning

• Acabados– HASL, PRE-estanado, es

un superfici muy retosa para el sello mecanico.

– Superfici del Pad• Esta muy impareja y reta

el sello mecanico.

– Hay de Pad de plata y oro• Esto ayuda el sello

mecanico ya que es un acabado parejo.

Pad

• Gerber vs Tablilla actual• Sera necesario

contemplar hacer una comparacion entre el gerber y la tablilla actual ya que hay instancias donde existe diferencias por diseno.

• Scanning• Utilizando el “ScanCAD”

para hacer investigaciones a nivels pequenos.

• Esat verificacion tienda tomar buen tiempo.

Maquina

• Capacidad• Proceso• Squeegee• Tooling• Board Clamps

Maquina Capacidad

• Esta maquia requiere que tenga:

• Para Vacuum tooling• Underside screen cleaner

– Wet, Vac y Dry– Cyclone es mejor

• Tooling dedicado• Squeegees specificamente

del tamano de la tablilla, 60 grados.

• Una maquina tiene que tener la capacidad de procesar un proceso con alta confiabilidad.– Si la tablilla tiene/es

• Fine Pitch• BGA/uBGA• 0402-0201• DFN/QFN• Alta densidad• Es </= 1.0 mm espesor

Maquina Proceso

• Programa• Ambiente interna a la

maquina impresora

• Print speed, tipico 45-90mm/segundo (Front como Rear)

• Squeegee pressure, mide el squeegee en pulgadas: Squeegee length”/2= Squeegee

Pressure en Kg.Minimo 4Kg de Squeegee Pressure

Maquina Proceso

• Seperation Speed, se recomienda

1-2mm/segundo

• Separation Distance2-3 mm

• Clean Cycle W, D, V??• Temp/Rh de la maquina

Recomendado 20-25deg C/40-50% Rh

• Temp Ambiente de la fabrica. <25 Deg C

• Cero (0) print gap.

• Estas recommendaciones son tipicas de un proceso para SMT de 0201, pitch de 15-25mils.

• Variaciones ocurren cuando el cliente prefiere correr con condiciones extremas y requieren que se evaluen las condiciones reales para ver el impacto al proceso.

• Un exceso de “Print Speed” requiere incrementar squeegee pressure, pero OJO!!! Exceso de squeegee pressure rompe el sello mecanico y causa puentes/shorts (Cortos) en la impresion, hay un “Balance” en estos parametros.

• OJO!!! Mas presion de squeegee NO te deposita mas volumen de pasta.

• Tipicamente es preferrible que el estencil toca la tablilla para hacer el mejor sello contra el pad y la apertura.

Maquina Squeegee

• Longitude• Angulo• Squeegee soporte,

Tooling.

• Longitude– Los squeegees se hacen mas

deilcados dependiendo de lo complejo de la tablilla….mas fino los componentes mas importante esta parte.

– NO debe de ser mas largo que la tablilla, cuando posible, pero tampoco ser mas que una pulgada fuera de la longitud de la tablilla.

– Squeegees largos, sin “Squeegee support tooling” se conviertan en arcos y descontrolan el proceso de impresion. Resulta que la presion no esta pareja.

Maquina Squeegee

• Angulo– Tipico y mejor practica es

con squeegee de 60 grados.

– Exiten de 45 grados, para procesos especiales.• Estos requieren que no se

corren con un print speed de mas que 50mm/seg.

• Es mas delicado el proceso….no comun.

• Squeegee Support, Tooling– Cuando el squeegee

excede la longitud de la tablilla, se necesita usar un tooling con “squeegee support”, esto es una torre con plato especial para apoyar el squeegee durante la impresion para evitar que se convierte en un arco el squeegee.

Maquina Tooling• Tipos de tooling

– Pines magneticos– GridLok– Platos dedicados Staticos– Platos dedicados Vacio

• Soporte de la tablilla– Apoyan la tablilla por el lado inferior de la tablilla

durante la impresion.NUNCA choca con la tablilla…esto dice que el soporte NO esta bien…..No necesariamente el tooling….ok?

• Se nota visualmente charcos de pasta por el lado superior de el estencil, durante la impresion, cuando el sistema de soporte esta influyendo en un error de impresion.

• Soporte puede incluir – Mesa– Rails/Conveyor– Tooling– Tablillas

• Pines magneticos– Pines individaulesHay de un grosor de 2 mm-1.5cm (approx.). El de 2mm se usa donde la tablilla esta populada con componentes y no cabe el pin de 1.5cm.

Este es el sistema base para toda la printers en el mercado.

Tambien hay laminas y camas de pines ajustables en el mercado pero todos tienen las bases de operaciones iguales a los pines.

OJO!!! El tooling tipicamente NO toca la tablilla por el lado inferior.

Hay como unos 3 mils de espacio entre el tooling y la tablilla.

Maquina Tooling• GridLok

– Un sistema automatico de tooling se conforma a la topografia del lado inferior de la tablilla con o sin componentes.

– Viene con hileras de pines, a quitar una ilera se cambia la presion y causa problemas de soporte.

– Muy bueno para NPI.– Pero no tanto para produccion ya que es

muy suceptible a la presion de aire comprimido, esto tienda causar problemas esporaticas y dificil para detectar.

– Si la falla es utilizando GridLok quita el gridlok y trata con pines….si esto ya queda bien el problema es el Gridlok.

– Este sistema tiene un manifold para controlar la presion de aire compremido….se necesita ajustar.

• Platos con y sin Vacio (Requiere Vac Tooling Option)– Estos platos con torres SIN

vacio y CON vacio, son “Custom Built” para cada tablilla

– Para usar un top plate de vacio, la maquina necesita tener la opcion de vacio, para utilizar el tooling

– El top plate de Vacio primariamente es para apoyar en mantenr una tablilla plana con respecto al el estencil.

– Esto apoya al sello mecanico

Maquina Board Clamps

• Over Edge Bd Clamps– Normal

• Estas “Clamps”, sujetan la tablilla por la superfici superior y con una fuerza de aire comprimido hacia abajo.

• Hay una specificacion de que dice que no se permite componentes mas cercanos por 5mm.

Esto es para liberar las clamps.

• Snuggers– No comun.– Estas clamps solo sujetan

la oria de la tablilla horizontalmente.

– Mayor falla es que causa que una tablilla de <1mm se forma en una arco, mal para impresion.

– Vacuum tooling es recomendado.

Maquina Board Clamps

• OTS– Similar a Snuggers pero

con vacuum tooling como parte del sistema de clamp.

• Cualquier de los clamps ofrecen buen retencion de posicion.

• Recuerda que la printer necesita que este plano la tablilla.

• Hay solucion para la mayoria de estas opciones.

Ambiente

• Temperatura– Entre 20-25 degC.– Esto para evitar que se

descompone la pasta y promover buen comportamiento de llenar la apertura y la separacion entre el estencil y la tablilla….evitando picos sobre la pasta.

• Humedad relativa (Rh)– Entre 40-50%– Esto es para el buen

manejo de la pasta y evitar oxidacion de la pasta.

Geometria

• Fine Pitch• Angle of approach• Fill time NS vs EW• Mixed Technologies• Step ups– Squeegee side for

COBRA (NOT Recommened, chem etch)

Geometria

Fine Pitch– El espacio entre centro

de un pin al siguiente centro de pin.

– La Concentracion de estos componentes pueden influir en la agresividad de la topografia de la tablilla.

– Tendencia, afecta el sello mecanico entre estencil, apertura y tablilla, pad.

Angulo de approach, (Squeegeee)

– El angulo del squeegee, tipico 45-60 deg.

– El mas comun, 60 deg.– Este angulo maneja el rollo

de pasta y su capacidad de controlar el relleno de la apertura.

– Squeegees mal formados influyen ruido a el proceso, donde exceso de “Squeegee Pressure” es un problema. Causando puentes.

Geometria

Filltime NS vs EW– Solo aplica a

componentes con aperturas elongadas. (QFP)

– Cuando el cliente corre Print Speed in exceso de velociad, se nota diferencias en el deposito de pasta con estas aperturas en estas orientaciones. Se requiere SPI.

Mixed Technologies– La mayoria de los

estenciles pueden correr con una velocidad pareja.

– Lo que es critico son las condiciones de tooling y squeegee.

– De nuevo la condicion de manejar el rollo de pasta es critico.

Geometria

Step ups– Por necesidades de manejar

diferente tecnologias, se emplean diferentes niveles sobre el mismo estencil, se llaman “Steps”.

– El step por lado de squeegee, con chem etch, no se recomienda para COBRA.

– Este proceso de crear el step hace un superfici muy rugosa y afecta el rollo de pasta, durante la corrida del squeegee.

– Para COBRA hay un proceso especial para los Step(s).

Topografia

• Mechanical seal• Board surface• Stencil conforming• Paste Release

TopografiaMechanical Seal

– La topografia, prinicipalmente, esta afectada por la densidad de componentes sobre un solo lado de el circuito.

– Esto resulta en afectando el sello mecanico entre la apertura y el pad.

– Aun con un paste release bien organizado, la topografia pudiera causar que el sello falle y que se resulta con puentes entre pins.

– Aqui se recomienda que se organize el sistema de “USC” para optimizar el proceso de SMT print para lograr lo maximo bajo las condiciones de la tablilla.

Board Surface– Esta condicion puede afectar y

causar muchas variaciones , afectando el sello mecanico.

– 2 elementos son los mayores problematicos, “Silkscreen” y el “Solder Mask”

– Silk screen es el texto, tipicamente blanco sobre la tablilla.

– Solder Mask es para aislar cada pad y tipicamente no debe de pasar el nivel del pad….

Topografia

Stencil Conforming– Esta propiedad es donde la lamina

del estencil es suficiente flexible para apoyar condiciones donde el sello mecanico sea mas flexible y seguro, maximizando la propiedad del “Paste release”.

– El Acero inoxidable tiene la mayor flexiblilidad vs cualquier Nickel y/o Efab.

– El corte Laser tiene mayor sello mecanico.

– El corte laser mantiene un corte de apertura, con buena definicion.

Paste Release– Bajo las perfectas condiciones

de topografia, sello mecanico, y corte de laser el “Paste Release” se puede optimizar para mejorar los yields de la produccion.

– COBRA, con sus IDTECH, ayuda maximizar esta propiedad y mantiene un proceso de impresion de SMT con minimo ruido.

– COBRA 100% garantizado por la vida util del estencil.