Wat bepalen scooping, slump en paste release bij stencil printing?

Bij stencil printing moet de juiste hoeveelheid soldeerpasta op de juiste plaats terechtkomen. Dat resultaat wordt niet alleen bepaald door de printerinstellingen. Ook de geometrie van het stencil en het gedrag van de soldeerpasta spelen een rol.

Vier begrippen helpen om dat proces beter te begrijpen: scooping, print gap, paste release en slump. Ze hebben elk betrekking op een ander moment tijdens of na het printen.

Wat is scooping?

Tijdens het printen beweegt de rakel de soldeerpasta over het stencil en worden de apertures gevuld.

De rakel moet voldoende druk uitoefenen om de openingen te vullen en tegelijk het stenciloppervlak schoon achterlaten. Ook de rakelhoek speelt daarbij een rol. In de besproken testen wordt een hoek van ongeveer 60° gebruikt als compromis tussen het vullen van de apertures en het schoon achterlaten van het stencil.

Bij scooping wordt tijdens de rakelbeweging een deel van de pasta uit de gevulde aperture meegenomen. Daardoor blijft de pasta niet volledig vlak in de opening achter.

De juiste rakelinstelling moet daarom vooral zorgen voor een voldoende en reproduceerbare vulling van de apertures.

Wat betekent print gap?

De print gap is de afstand tussen PCB en stencil tijdens het printen.

In de meeste toepassingen wordt met een print gap van 0 gewerkt: de PCB wordt tegen het stencil gebracht. Ook een beperkte negatieve gap kan worden gebruikt om een goede afdichting te verkrijgen.

Wanneer stencil en PCB onvoldoende aansluiten, kan soldeerpasta tussen beide terechtkomen. Daardoor kan pasta naast de gewenste pads worden afgezet, met mogelijke problemen zoals solder balls, bridging en smering.

Te veel druk is evenmin wenselijk, omdat dit de slijtage en mechanische belasting kan verhogen.

Het doel is dus een goede en reproduceerbare afdichting tussen PCB en stencil.

Wat is paste release?

Na de printbeweging moeten PCB en stencil opnieuw van elkaar worden gescheiden. De soldeerpasta moet daarbij uit de apertures vrijkomen en op de pads achterblijven.

Dat is de paste release.

Hoe goed dit gebeurt, hangt onder andere samen met het stencil. In het webinar wordt daarbij ook gesproken over transfer efficiency: de mate waarin het bedoelde pastavolume daadwerkelijk vanuit de stencilopening naar de PCB wordt overgedragen.

Vooral bij kleine apertures wordt dit kritischer.

Welke rol speelt de area ratio?

De area ratio helpt om de printbaarheid van een aperture te beoordelen. Hierbij wordt rekening gehouden met de afmetingen van de aperture en de dikte van het stencil.

In het webinar wordt ongeveer 0,6 als typische minimale area ratio voor stencil printing genoemd. Bij een lagere verhouding wordt een goede print moeilijker. In de getoonde testen neemt de printdefinitie af bij een area ratio van 0,52 en nog duidelijker bij 0,44.

Dat is vooral relevant bij kleinere componenten en apertures. Naarmate de geometrie kleiner wordt, wordt een goede paste release moeilijker.

Separation speed beïnvloedt de release

Ook de snelheid waarmee PCB en stencil van elkaar worden gescheiden, heeft invloed op de pastaoverdracht.

Daarom wordt de separation speed meegenomen bij het testen van soldeerpasta’s. Voor een van de geteste pasta’s werd bijvoorbeeld het beste resultaat bij 3 mm/s gemeten. Dit is geen algemene richtwaarde, maar een resultaat voor die specifieke pasta.

De separation speed moet dus passen binnen het procesvenster van de gebruikte soldeerpasta en toepassing.

Wat is slump?

Na het printen moet de soldeerpasta voldoende haar vorm behouden. Slump geeft aan in welke mate een geprint deposit na het printen uitvloeit.

Dit wordt getest met deposits die dicht bij elkaar worden geprint. Vervolgens wordt gecontroleerd in welke mate de pasta haar vorm behoudt.

Daarbij wordt onderscheid gemaakt tussen:

• Cold slump: de vormstabiliteit bij kamertemperatuur.
• Hot slump: de vormstabiliteit na blootstelling aan een hogere temperatuur. In de besproken test wordt hiervoor 150 °C gebruikt.

Een goede vormstabiliteit is belangrijk omdat uitvloeiende deposits dichter bij elkaar kunnen komen.

Conclusie: kijk naar het moment waarop de afwijking ontstaat

Scooping, print gap, paste release en slump beschrijven verschillende delen van hetzelfde printproces.

Scooping heeft betrekking op wat tijdens de rakelbeweging gebeurt. Print gap bepaalt mee hoe PCB en stencil tijdens het printen op elkaar aansluiten. Paste release gaat over de overdracht van pasta wanneer PCB en stencil worden gescheiden. Slump beschrijft hoe de geprinte pasta daarna haar vorm behoudt.

Dat onderscheid is belangrijk bij het beoordelen van printproblemen. Bepaal eerst in welke fase de afwijking ontstaat en kijk daarna naar de relevante parameter.

Een stabiele soldeerpastaprint is uiteindelijk het resultaat van de juiste combinatie van printerinstellingen, stencilgeometrie en soldeerpasta.