المحتويات

• السياق: ما الذي يجعل أساسيات سمك الاستنسل صعبة
• التقنيات الأساسية (ما الذي يجعلها تعمل بالفعل)
• نظرة عامة على النظام البيئي: اللوحات / الواجهات / خطوات التصنيع ذات الصلة
• مقارنة: الخيارات الشائعة وما تكسبه / تخسره
• ركائز الموثوقية والأداء (الإشارة / الطاقة / الحرارة / التحكم في العملية)
• المستقبل: إلى أين يتجه هذا (المواد، التكامل، الذكاء الاصطناعي/الأتمتة)
• طلب عرض أسعار / مراجعة DFM لأساسيات سمك الاستنسل (ما يجب إرساله)
• الخاتمة في عالم تقنية التركيب السطحي (SMT)، تشير أساسيات سمك الاستنسل إلى المعايير الأساسية التي تحدد كمية معجون اللحام التي يتم ترسيبها على وسادة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). لا يتعلق الأمر بمجرد اختيار لوح معدني؛ بل يتعلق بحساب الحجم الدقيق للمعجون المطلوب لتشكيل وصلة ميكانيكية وكهربائية موثوقة دون التسبب في دوائر قصيرة. يوازن تصميم الاستنسل "الجيد" بين الاحتياجات المتضاربة لمكونات الطاقة الكبيرة (التي تتطلب حجمًا) والمكونات السلبية المجهرية (التي تتطلب دقة)، مما يضمن إنتاجية عالية وموثوقية طويلة الأمد.

النقاط الرئيسية

• التحكم في الحجم: السمك هو الرافعة الأساسية لتحديد الحجم النظري لمعجون اللحام ($الحجم = المساحة \times السمك$).
• قاعدة نسبة المساحة: لكي يتحرر المعجون من الفتحة، يجب أن تتجاوز نسبة المساحة (مساحة فتحة الفتحة مقابل مساحة جدار الفتحة) بشكل عام 0.66.
• صراع "جولدي لوكس": تتطلب الأجزاء ذات الخطوة الدقيقة استنسلات أرق لمنع التجسير؛ بينما تتطلب الموصلات الكبيرة استنسلات أكثر سمكًا للقوة الميكانيكية.
• تأثير المواد: الفولاذ المقاوم للصدأ هو المعيار، ولكن التشكيل الكهربائي بالنيكل أو الطلاءات النانوية يمكن أن يغير خصائص التحرير الفعالة.
• الاستنسلات المتدرجة: يسمح التصنيع المتقدم بسمك متغير على رقاقة واحدة لاستيعاب لوحات التكنولوجيا المختلطة.

السياق: ما الذي يجعل أساسيات سمك الاستنسل صعبة

يكمن التحدي الأساسي في اختيار سمك الاستنسل الصحيح في تنوع الإلكترونيات الحديثة. قبل عقد من الزمان، ربما كانت لوحة الدوائر مأهولة بالكامل بمكونات سلبية من نوع 0805 وحزم SOIC، مما سمح باستخدام استنسل سميك وموحد (مثل 0.15 ملم أو 6 ميل). اليوم، غالبًا ما تدمج لوحة دوائر مطبوعة واحدة محث طاقة ضخم يتطلب حجمًا كبيرًا من اللحام جنبًا إلى جنب مع BGA بمسافة 0.4 مم أو مكثفات 01005 التي تتطلب رواسب مجهرية.

هذا يخلق تناقضًا ماديًا. إذا اخترت استنسلًا سميكًا (0.15 مم) لتلبية متطلبات محث الطاقة، فإن الفتحات الخاصة بـ BGA ذات الخطوة الدقيقة تصبح آبارًا عميقة وضيقة. يميل معجون اللحام، وهو معلق لزج من الكرات المعدنية والتدفق، إلى الالتصاق بجدران هذه الفتحات العميقة بدلاً من التحرر على الوسادة. يؤدي هذا إلى "لحام غير كافٍ" أو فتحات مسدودة. على العكس من ذلك، إذا اخترت استنسلًا رفيعًا (0.10 مم أو 4 ميل) لضمان تحرر ممتاز لـ BGA، فإن محث الطاقة يتلقى كمية قليلة جدًا من المعجون، مما يؤدي إلى وصلات ضعيفة قد تتشقق تحت تأثير الدورات الحرارية أو الإجهاد الميكانيكي. في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، غالبًا ما نرى تصميمات يكون فيها التخطيط مثاليًا، لكن إنتاجية التجميع تعاني لأن استراتيجية الاستنسل كانت فكرة لاحقة. تتفاقم الصعوبة بسبب ضغوط المهلة الزمنية؛ يتطلب تغيير الاستنسل طلب رقاقة جديدة مقطوعة بالليزر، مما يوقف الإنتاج. لذلك، فإن فهم أساسيات السماكة وتصميم الفتحة خلال مرحلة DFM (التصميم من أجل قابلية التصنيع) أمر بالغ الأهمية لتجنب حالات توقف الخط المكلفة.

التقنيات الأساسية (ما الذي يجعلها تعمل بالفعل)

لإتقان أساسيات سمك الاستنسل، يجب على المرء أن ينظر إلى ما هو أبعد من الرقاقة المعدنية نفسها وأن يفهم فيزياء نقل المعجون. تتحكم العديد من التقنيات الأساسية والمبادئ الرياضية فيما إذا كان المعجون سيُطبع بنجاح.

1. نسب الأبعاد والمساحة

تحكم فيزياء الطباعة الصراع بين التوتر السطحي للمعجون على وسادة لوحة الدوائر المطبوعة واحتكاك المعجون بجدران الاستنسل.

• نسبة الأبعاد (Aspect Ratio): عرض الفتحة مقسومًا على سمك الاستنسل ($W / T$). يجب أن يكون هذا بشكل عام أكبر من 1.5.
• نسبة المساحة (القاعدة الذهبية): مساحة فتحة الفتحة مقسومة على مساحة الجدران الجانبية للفتحة.
  • الصيغة: $Area Ratio = (L \times W) / (2 \times (L + W) \times T)$
• العتبة: بالنسبة للاستنسلات القياسية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، يجب أن تكون نسبة المساحة > 0.66. إذا انخفضت عن هذا، فمن المحتمل أن تلتصق المعجونة داخل فتحة الاستنسل بدلاً من أن تترسب على اللوحة.

2. القطع بالليزر مقابل التشكيل الكهربائي

تؤثر طريقة صنع الاستنسل على نعومة جدران الفتحة، مما يؤثر بدوره على اختيار السماكة الفعالة.

• الفولاذ المقاوم للصدأ المقطوع بالليزر: المعيار الصناعي. يقوم الليزر بقطع الفتحات من صفيحة فولاذية. غالبًا ما تُستخدم المعالجة اللاحقة (التلميع الكهربائي) لتنعيم النتوءات الدقيقة التي يتركها الليزر، مما يحسن إطلاق المعجون.
• المشكل كهربائياً (E-Fab): بدلاً من القطع، يتم نمو النيكل ذرة بذرة حول مغزل. يؤدي ذلك إلى إنشاء جدران ناعمة تمامًا ومخروطية تطلق المعجون بشكل أفضل بكثير من الفولاذ المقطوع بالليزر. تتيح هذه التقنية للمهندسين استخدام استنسلات أكثر سمكًا قليلاً للمكونات ذات الخطوة الدقيقة لأن كفاءة الإطلاق أعلى.

3. تقنية الاستنسل المتدرج

عندما لا تستطيع سماكة واحدة تلبية جميع المكونات، فإن "الاستنسلات المتدرجة" هي الحل التكنولوجي.

• تخفيض متدرج (Step-Down): تكون الرقاقة الأساسية سميكة (على سبيل المثال، 0.15 مم) لمعظم اللوحة، ولكن يتم طحن مناطق محددة حول المكونات ذات الخطوة الدقيقة إلى مقياس أرق (على سبيل المثال، 0.12 مم أو 0.10 مم).
• زيادة متدرجة (Step-Up): تكون الرقاقة الأساسية رقيقة، ويتم إضافة مواد إضافية (أو تكون الرقاقة أكثر سمكًا ويتم طحن معظمها) لتوفير حجم إضافي لموصلات محددة للخدمة الشاقة. للتصاميم المعقدة التي تتضمن تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI PCB)، غالبًا ما تكون الاستنسلات المتدرجة هي المسار الوحيد القابل للتطبيق للتصنيع الخالي من العيوب.

نظرة عامة على النظام البيئي: اللوحات / الواجهات / خطوات التصنيع ذات الصلة

لا يوجد سمك الاستنسل في فراغ. بل يتفاعل مباشرة مع التشطيب السطحي للوحة الدوائر المطبوعة، وكيمياء معجون اللحام، ومعدات التنسيب.

تفاعل التشطيب السطحي

تؤثر استواء وسادات لوحة الدوائر المطبوعة بشكل كبير على كيفية استقرار الاستنسل على اللوحة ("تأثير الحشية").

• HASL (Hot Air Solder Leveling): يترك هذا التشطيب سطحًا مقببًا وغير منتظم. لا يمكن للاستنسل أن يغلق تمامًا ضد وسادة HASL، مما يؤدي إلى تسرب المعجون من تحت الاستنسل (تكوين الجسور). عند استخدام HASL، غالبًا ما يقلل المهندسون من سمك الاستنسل أو حجم الفتحة لتعويض هذا النقص في الإغلاق.
• ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) & OSP: هذه التشطيبات مسطحة تمامًا. يمكن للاستنسل أن يستقر بشكل متساوٍ على الوسادات، مما يخلق إغلاقًا محكمًا. يتيح ذلك تحكمًا أكثر دقة في الحجم ويدعم عادةً استخدام حسابات السماكة القياسية دون تعويضات قوية.

حجم جسيمات معجون اللحام

يشير "نوع" معجون اللحام إلى حجم الكرات المعدنية المعلقة في التدفق.

• النوع 3: قياسي لمعظم التجميعات.
• النوع 4 و 5: يستخدم للمكونات ذات الخطوة الدقيقة. إذا اضطررت لاستخدام استنسل رفيع جدًا (مثل 0.08 مم) بفتحات صغيرة جدًا، فيجب عليك استخدام معجون من النوع 4 أو النوع 5. يمكن للكرات الكبيرة (النوع 3) أن تسد الفتحات الصغيرة، مما يغير السماكة "الفعالة" إلى صفر لأن لا شيء يُطبع.

حلقة التغذية الراجعة: SPI

تقوم آلات فحص معجون اللحام (SPI) بقياس الحجم الفعلي للمعجون المترسب. إنها الحكم النهائي لتحديد ما إذا كان اختيارك لسمك الاستنسل صحيحًا. إذا أبلغت SPI باستمرار عن "حجم غير كافٍ" على وسادة مركزية QFN، فقد لا يكون الحل هو استنسل أكثر سمكًا، بل تصميم فتحة مجزأة لمنع "التقاط" المعجون (حيث تغوص شفرة الممسحة في فتحة كبيرة وتلتقط المعجون).

مقارنة: الخيارات الشائعة وما تكسبه / تخسره

عند تحديد استنسل للوحة ذات تقنية مختلطة قياسية، يختار المهندسون عادةً بين ثلاثة سماكات قياسية: 0.10 مم (4 ميل)، 0.12 مم (5 ميل)، و 0.15 مم (6 ميل). يمثل كل منها مفاضلة بين الدقة والتعامل مع الطاقة.

ركائز الموثوقية والأداء (الإشارة / الطاقة / الحرارة / التحكم في العملية)

يؤثر سمك الاستنسل بشكل مباشر على موثوقية PCBA النهائية. لا يتعلق الأمر فقط باجتياز الفحص البصري؛ بل يتعلق بطول عمر المفصل.

الموثوقية الحرارية وحجم اللحام

بالنسبة لمكونات الطاقة مثل MOSFETs أو وسادات QFN الحرارية، ينقل مفصل اللحام الحرارة إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). إذا كان الاستنسل رقيقًا جدًا، فلن تكون طبقة اللحام كافية للتعامل مع عدم تطابق التمدد الحراري بين المكون واللوحة. يؤدي هذا إلى تشققات إجهاد مبكرة. على العكس من ذلك، يمكن أن يتسبب السمك الزائد على الوسادة الحرارية في "طفو" المكون أو ميله، مما يؤدي إلى فصل دبابيس الإشارة. تتمثل القاعدة الشائعة في تقليل مساحة الفتحة على الوسادات الحرارية الكبيرة بنسبة 20-50% (تصميم النافذة) للتحكم في ذلك، بدلاً من الاعتماد فقط على السمك.

سلامة الإشارة وبقايا التدفق

في تطبيقات التردد العالي، يمكن أن يكون معجون اللحام الزائد ضارًا. يمكن أن تعمل الفواصل الكبيرة كجذوع سعوية. علاوة على ذلك، إذا كان الاستنسل سميكًا جدًا وتسبب في حدوث جسر تحت مكون (مثل BGA)، فإنه ينشئ دائرة قصر غير مرئية للفحص البصري وتتطلب الأشعة السينية للكشف عنها. حتى لو لم يحدث قصر، فإن بقايا التدفق الزائدة المحاصرة تحت المكونات ذات الارتفاع المنخفض يمكن أن تسبب تيارات تسرب في البيئات الرطبة.

التحكم في العملية: كفاءة النقل

تتعلق الموثوقية أيضًا بالتكرارية. قد تطبع فتحة الاستنسل ذات نسبة المساحة الحدية (مثل 0.60) بشكل مثالي 80% من الوقت وتفشل 20% من الوقت اعتمادًا على الرطوبة ولزوجة المعجون. هذا التباين غير مقبول في الإنتاج الضخم. من خلال الالتزام بقواعد سمك/فتحة صارمة، تضمن APTPCB أن "كفاءة النقل" تظل قريبة من 100% — مما يعني أن حجم المعجون على اللوحة يطابق حجم الفتحة.

المقياس	معايير القبول
حجم اللحام	±50% من الحجم النظري للفتحة (وفقًا لـ IPC-7527).
المحاذاة	يجب أن يكون المعجون على الأقل 70% على الوسادة.
الارتفاع	يجب أن يكون ارتفاع المعجون موحدًا؛ تشير النتوءات إلى ضعف التحرير.
التجسير	لا يُسمح بأي تجسير بين الوسادات.

المستقبل: إلى أين يتجه هذا (المواد، التكامل، الذكاء الاصطناعي/الأتمتة)

مع تقلص المكونات إلى أحجام 008004 وارتفاع كثافات الطاقة، أصبح نهج "سمك واحد يناسب الجميع" قديمًا. تتجه الصناعة نحو حلول استنسل تكيفية وهندسية للغاية.

طلب عرض أسعار / مراجعة DFM لأساسيات سمك الاستنسل (ما يجب إرساله)

عندما تكون مستعدًا للانتقال من التصميم إلى التجميع، تحدد جودة بياناتك جودة الاستنسل. في APTPCB، يمكننا تحسين تصميم الاستنسل لك، ولكن توفير نية واضحة يساعدنا على التحرك بشكل أسرع.

• ملفات Gerber: تحديداً طبقات معجون اللحام العلوية (GTP) والسفلية (GBP).
• التجميع في لوحة: إذا كنت تطلب الاستنسل للوحة، فأرسل البيانات المجمعة في لوحة، وليس فقط الوحدة الفردية.
• قائمة المكونات: أبرز أي أجزاء حرجة ذات مسافة بينية دقيقة (BGA 0.4 مم، 0201s) أو موصلات طاقة ثقيلة.
• تفضيل السماكة: اذكر ما إذا كان لديك معيار (على سبيل المثال، "استخدم 5 ميل ما لم تقترح مراجعة DFM خلاف ذلك").
• علامات مرجعية (Fiducials): تأكد من أن العلامات المرجعية واضحة على طبقة المعجون (عادةً ما تكون محفورة جزئيًا) لمحاذاة الجهاز.
• حجم الإطار: حدد ما إذا كنت بحاجة إلى إطار قياسي بحجم 29"x29" أو رقاقة بدون إطار لنظام شد.
• نوع قناع اللحام: اذكر ما إذا كنت تستخدم وسادات محددة (SMD) أو غير محددة بقناع اللحام (NSMD)، حيث يؤثر ذلك على قياس الفتحة.

الخلاصة

أساسيات سمك الاستنسل هي أساس إنتاجية SMT. إنه متغير يبدو ثابتًا ولكنه يتفاعل ديناميكيًا مع كل جزء آخر من عملية التجميع – من تشطيب سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى الملف الحراري لفرن إعادة التدفق. قد يتسبب اختيار "جيد بما فيه الكفاية" لنموذج أولي في حدوث 5% من الفشل في الإنتاج الضخم إذا تم تجاهل نسب المساحة.

من خلال فهم المفاضلات بين كفاءة التحرير وحجم اللحام، ومن خلال الاستفادة من تقنيات مثل الاستنسلات المتدرجة والطلاءات النانوية، يمكنك ضمان وصلات لحام قوية وموثوقة. سواء كنت تقوم ببناء إلكترونيات استهلاكية عالية الكثافة أو لوحات طاقة صناعية متينة، فإن APTPCB مجهزة لإرشادك خلال عملية DFM، مما يضمن تحسين سمك الاستنسل الخاص بك لتحقيق النجاح من أول مرة.

Related links

• لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI PCB)
• PCBA