다양한 스텐실에 맞춰 스냅오프 거리를 어떻게 조절하나요?

솔더 페이스트 인쇄 작업을 실행하는 경우 프로세스를 조금만 조정해도 특히 스냅오프 거리와 관련하여 수율을 높이거나 낮출 수 있다는 것을 이미 알고 있습니다. 아직 잡초가 없는 사람들을 위해 스냅오프 거리는 솔더 페이스트 스퀴지가 통과를 완료하는 순간의 스텐실과 인쇄 회로 기판(PCB) 사이의 간격입니다. 너무 빡빡하면 스텐실이 보드를 가로질러 끌리며 패드에 페이스트가 번지고 단락이 발생하거나 심지어 미세한 피치 구성 요소가 들어올려질 수도 있습니다. 너무 느슨하면 페이스트가 제대로 전달되지 않아 조인트가 건조해지거나 회로가 개방되어 시간과 재료가 낭비됩니다. 솔더 페이스트 프린터 공급업체에서 기술 책임자로 12년 동안 근무하면서 저는 단일 크기의 스냅오프 설정을 사용했기 때문에 팀이 전체 생산 실행을 폐기하는 것을 보았습니다. 좋은 소식은 스텐실 디자인, 재료 및 특정 프린터가 방정식을 어떻게 변경하는지 이해하고 나면 다양한 스텐실에 대해 이 거리를 조정하는 것이 생각만큼 복잡하지 않다는 것입니다.

먼저, 우리가 무엇을 하고 있는지 명확히 합시다. 나는 스텐실 유형을 혼동하는 신규 고객과 항상 이야기하기 때문에 이것을 언급하는데, 그 혼란이 그들이 스냅오프를 잘못하는 가장 큰 이유입니다. 스텐실은 SMT의 세 가지 핵심 형태로 제공됩니다. 전기 성형 니켈(고정밀, 얇은 벽, 미세 피치 IC에 일반적임), 레이저 절단 스테인레스 스틸(내구성이 있고 다용도이며 대부분의 표준 보드에 사용 가능), 에칭 스텐실(저렴하지만 정확도가 떨어지며 주로 소량 프로토타입에 사용됨)입니다. 이들 각각은 서로 다른 두께, 개구부 형상 및 강성을 갖고 있어 필요한 스냅오프 거리에 직접적인 영향을 미칩니다. 스텝업, 모따기 또는 레일 디자인과 같은 가변 스텐실 기능을 추가하면 갑자기 스냅오프 설정이 전혀 보편적이지 않게 됩니다.

가장 일반적인 시나리오부터 시작해 보겠습니다. 표준 레이저 절단 스테인리스강 스텐실은 대부분의 중간 규모 SMT 실행에 사용됩니다. 이러한 스텐실은 일반적으로 두께가 0.1mm ~ 0.2mm이며 저항기, 커패시터 및 기타 표준 무연 부품을 위한 직사각형 또는 정사각형 개구부가 있습니다. 이러한 경우 스냅오프의 최적 지점은 일반적으로 0.2mm~0.3mm이지만 이는 기준일 뿐입니다. 왜? 레이저 절단 스텐실은 단단하기 때문에 자체적으로 많이 구부러지지 않습니다. 스퀴지가 당길 때 스텐실에는 솔더 페이스트가 끌림 없이 깨끗하게 전달될 수 있도록 충분한 간격이 필요합니다. 나는 몇 년 전에 0.15mm 레이저 스텐실로 매주 10,000개의 보드를 인쇄하고 미세 피치 IC로 전환할 때까지 몇 달 동안 0.2mm 스냅오프를 고수했던 고객을 기억합니다. 0.4mm 피치 QFI를 라인에 추가한 후 0.2mm 설정으로 인해 스텐실이 작은 IC 패드에 끌려 조인트의 15%가 열린 상태가 되었습니다. 우리는 스냅오프를 0.25mm로 조정했고 개방형 조인트 비율은 1% 미만으로 떨어졌습니다. 여기서 핵심은: 표준 스텐실은 일관된 강성을 가지므로 대부분의 응용 프로그램에 약간의 조정(0.05mm 증분)만 있으면 됩니다.

다음은 IC 패키징이나 미세 피치 부품과 같은 고정밀 응용 분야의 표준인 전기 주조 니켈 스텐실입니다. 이러한 스텐실은 훨씬 더 얇으며(보통 0.05mm ~ 0.1mm) IC 패드 디자인과 정확히 일치하는 초정밀 측벽 에칭 개구부가 있습니다. 문제는 다음과 같습니다. 전기 주조 스텐실은 레이저 절단 강철보다 훨씬 덜 단단하므로 스냅오프 거리가 너무 길면 "스텐실 휘어짐"이 발생합니다. 이것이 의미하는 바는 스텐실을 보드에서 들어 올리면 가장자리가 구부러져 솔더 페이스트가 손상되지 않은 채 작은 패드 개구부에서 떨어져 나가게 된다는 것입니다. 전기주조 스텐실의 경우 스냅오프 거리가 더 작아야 합니다(보통 0.1mm~0.2mm). 전기 주조로 전환하는 경우 항상 더미 보드에서 먼저 테스트하는 것이 좋습니다. 지난 분기에 자동차 레이더 모듈(0.2mm 피치 IC 사용)을 만드는 고객이 접합부가 일관되지 않다는 메모를 나에게 보냈습니다. 스냅오프를 0.3mm로 설정한 이유는 그것이 레이저 스텐실에 효과가 있었고 얇은 전기성형 스텐실이 너무 많이 휘어서 IC 패드의 20%에 페이스트가 전혀 없었기 때문입니다. 우리는 빠른 테스트를 진행했습니다. 스냅오프를 0.1mm로 설정하고, 10개의 테스트 보드를 인쇄하고, 페이스트 전송을 확인한 다음, 필요한 경우 0.02mm씩 올립니다. 0.15mm에서 완벽한 결과를 얻었고 하루 만에 수율이 75%에서 99%로 증가했습니다. 이것이 스텐실 자료를 이해하는 것과 추측하는 것의 차이입니다.

그런 다음 특수 스텐실(스텝 스텐실, 모따기 스텐실, 고전력 부품용 맞춤형 기능이 있는 스텐실)이 있습니다. 예를 들어, 스텝 스텐실에는 더 두껍거나 얇은 영역이 있어 대형 전원 패드에는 더 많은 페이스트를 증착하고 작은 신호 패드에는 더 적은 양의 페이스트를 증착합니다. 스마트폰이나 EV와 같은 제품이 더 작은 공간에 더 많은 전력을 집어넣기 때문에 이러한 현상은 이제 매우 일반적입니다. 스텝 스텐실의 경우 스냅오프 거리는 스텝 높이에 따라 달라집니다. 파워 패드에 0.1mm 스텝이 있는 0.1mm 기본 스텐실이 있는 경우 스텝 영역이 보드에서 더 높게 위치하므로 더 큰 스냅오프(0.3mm~0.4mm)가 필요합니다. 스냅오프가 너무 작으면 하단 베이스 스텐실이 보드를 가로질러 끌리게 되고 스텝은 위에 유지되어 신호 패드에 페이스트가 번지게 됩니다. 1년 전 BMS PCB에 스텝 스텐실을 사용하여 EV 배터리 관리 시스템을 작업하는 고객이 있었습니다. 그들은 원래 스냅오프를 0.2mm로 설정했고, 들어 올리는 동안 스텐실의 하단 베이스가 보드에 닿았기 때문에 파워 패드 조인트가 단락되었습니다. 스냅오프를 0.35mm로 조정하자 드래그가 사라지고 짧은 속도가 거의 0으로 떨어졌습니다. 챔퍼 처리된 스텐실은 또 다른 괴물입니다. 챔퍼 처리된 스텐실의 테이퍼 개구부에는 약간 더 작은 스냅오프(0.15mm ~ 0.25mm)가 필요합니다. 챔퍼가 페이스트 분리에 도움이 되기 때문입니다. 따라서 간격이 너무 많으면 페이스트가 완전히 도포되기 전에 떨어져 나가게 됩니다.

이제 이는 스텐실에만 국한된 것이 아니라 프린터도 중요합니다. 많은 사람들이 모든 프린터가 동일한 스냅오프 설정을 처리할 수 있다고 가정하여 이를 간과하지만 이는 사실이 아닙니다. 당신이 사용하는 경우수동 스크린 프린터소량 프로토타입 실행의 경우 스냅오프 범위는 기계식 나사를 조정할 수 있는 정도(보통 0.1mm ~ 0.5mm)에 따라 제한됩니다. 대량 생산을 위해 자동화된SMT 전자 부품 제조 기계0.01mm 이내로 설정을 조정할 수 있는 전동식 스냅오프 조정 기능이 있으며 이는 미세 피치 작업에 매우 중요합니다. 자동화된 프린터 중에서도다층 PCB 기계 고정밀 SMT 기계전체 스텐실에 걸쳐 스냅오프 병렬성을 제어하는 ​​선형 모터가 있으므로 스텐실의 한 쪽이 다른 쪽보다 더 빠르게 들어 올려 고르지 못한 페이스트 전달이 발생하는 일이 없습니다. 다음과 같은 복잡한 작업의 경우IC 제조 산업 지능형 생산 라인스텐실이 구성 요소 배치에 따라 매일 변경되는 라인, 스텐실 유형별로 자동 조정되는 프로그래밍 가능한 스냅오프 설정은 판도를 바꾸는 요소입니다.

실제적으로 살펴보겠습니다. 단순히 수치를 벗어나는 대신 이를 어떻게 테스트하고 조정합니까? 우리 팀과 나는 모든 새로운 스텐실이나 작업에 대해 빠른 5단계 테스트를 가르치고 이를 사용하여 고객의 설정 시간을 30% 단축했습니다. 먼저, 미세 피치 IC, 표준 저항기, 대형 전력 패드 등 다양한 구성 요소가 포함된 테스트 보드를 준비합니다. 둘째, 초기 스냅오프를 스텐실의 기준선으로 설정합니다(레이저의 경우 0.2mm, 전기주조의 경우 0.15mm). 셋째, 전체 스퀴지 패스를 실행한 다음 보드를 들어 올리기 전에 보드의 스텐실을 살펴보세요. 스텐실의 개구부 외부에 솔더 페이스트가 번지는 것이 보이면 스냅오프가 너무 빡빡한 것입니다. 들어 올릴 때 구멍에 작은 틈이 있거나 페이스트가 누락된 경우 스냅오프가 너무 느슨한 것입니다. 넷째, 모든 패드 유형에 걸쳐 깨끗하고 완전한 페이스트 전사가 이루어질 때까지 매번 테스트 보드를 다시 인쇄하면서 한 번에 0.05mm씩 조정합니다. 다섯째, 후속 점검을 수행합니다. 연속된 50개의 보드에서 열린 조인트와 단락의 수를 셉니다. 목표보다 낮으면(대부분의 작업에서 0.5% 미만을 권장함) 괜찮습니다. 그렇지 않은 경우에는 0.02mm 단위로 조정하십시오. 작은 변화가 미세 피치 작업에 큰 차이를 가져오기 때문입니다.

경험이 풍부한 팀이라도 흔히 저지르는 실수에 대해서도 언급하고 싶습니다. 한 가지 큰 문제는 스텐실 마모를 설명하지 않습니다. 10,000번 이상 인쇄한 후 스텐실이 긁히거나 찌그러지거나 개구부가 마모됩니다. 약간 마모된 스텐실은 새 것과 다르게 페이스트를 전달하므로 스텐실이 오래됨에 따라 스냅오프를 0.05mm 늘려야 할 수도 있습니다. 또 다른 실수는 PCB 변형을 무시하는 것입니다. 특히 EV 또는 항공우주용 고밀도 PCB는 리플로우 중에 가열되면 약간 휘어질 수 있으므로 PCB가 휘어진 경우 돌출된 가장자리에서 스텐실이 끌리는 것을 방지하기 위해 더 큰 스냅오프가 필요합니다. 항공우주 부문의 한 고객은 작년에 우리가 스냅오프 설정에 0.1mm를 추가할 때까지 뒤틀린 PCB로 인해 2%의 오픈 조인트가 발생했다고 말했습니다. 문제는 몇 분 만에 해결되었습니다. 또한 총 거리뿐만 아니라 스냅오프 평행도를 확인하는 것을 잊지 마십시오. 들어올릴 때 스텐실이 기울어지면 한쪽에는 간격이 너무 많고 다른 쪽에는 너무 작아서 인쇄가 고르지 않게 됩니다. 대부분의 최신 프린터에는 이를 자동으로 조정하는 레벨 센서가 있지만 수동 프린터의 경우 매번 나사를 균일하게 손으로 조여야 합니다.

장기적으로 이것이 왜 중요한가요? 스냅오프를 올바르게 조정하면 단기 수율 문제만 해결되는 것이 아니라 재료 낭비가 줄어들고 재작업 시간이 단축되며 스텐실 수명이 연장됩니다. 스텐실을 끌어당기는 느슨한 설정을 사용하는 경우 인쇄할 때마다 스텐실의 측벽이 긁히게 되어 더 빨리 교체해야 합니다. 레이저 스텐실로 한 달에 50,000개의 보드를 실행하고 드래그 손상으로 인해 6개월마다 보드를 교체하는 고객이 있었습니다. 스냅오프를 정확한 0.25mm로 조정한 후 스텐실은 18개월 동안 지속되어 스텐실 비용을 연간 12,000달러 이상 절약했습니다. 이것이 바로 프로세스 조정에 시간을 투자할 가치가 있는 ROI입니다.

결국 보편적인 스냅오프 거리는 없습니다. 모든 스텐실, 모든 프린터, 모든 작업에는 고유한 최적의 지점이 있습니다. 핵심은 추측을 넘어 설정을 스텐실 재료, 디자인 및 특정 장비에 연결하는 것입니다. 5년 전에 사용한 것과 동일한 스냅오프 설정을 여전히 사용하고 있다면 스텐실이나 구성 요소가 변경되더라도 수율과 비용은 문제가 되지 않습니다.

공정을 개선할 준비가 되었거나 특정 스텐실 유형이나 생산 라인의 스냅오프 설정에 대해 질문이 있는 경우 당사 팀이 도와드리겠습니다. 우리는 소규모 프로토타입 공장부터 대규모 자동차 제조 시설에 이르는 고객과 협력하여 최대 수율과 효율성을 위해 솔더 프린팅 프로세스의 모든 부분을 조정하도록 돕습니다. 스텐실 요구 사항에 대해 논의하고, 현재 설정을 테스트하거나, 장비가 귀하의 작업을 어떻게 지원할 수 있는지 알아보려면 당사 팀에 문의하세요.

참고자료

1. "솔더 페이스트 인쇄를 위한 스텐실 설계 지침", 전자산업을 연결하는 IPC 협회, 2022.
2. "솔더 페이스트 인쇄 공정 매개변수: 스냅오프 거리 및 스퀴지 압력," Journal of Surface Mount Technology, Vol. 2021년 2월 34일.
3. "파인 피치 IC용 고정밀 스텐실 프린팅", 국제 제조 연구 저널, Vol. 2020년 4월 16일.