마일라(PET) 솔더 마스크 스텐실 피코초 레이저 적용 기술

마일라(PET) 솔더 마스크 스텐실 피코초 레이저 적용 기술

 

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Pico second Laser processing 

초고속 피코 초 레이저 가공은 유리, 고분자, 플라스틱, 사파이어 및 기타 결정 및 투명 전도성 산화물 (TCO)과 같은 투명 재료의 마킹, 스크라이빙, 구조화 또는 패터닝을 가능하게 한다. 펄스 폭이 짧은 프로세스는 열적 절삭을 일으키고 미세 균열, 용융 또는 재 피삭 재와 같은 가열 영향을 일으키지 않는다.

Ultrafast picoseconds laser processing enables marking, scribing, structuring, or patterning of transparent materials such as glass, polymers, plastics, sapphire and other crystals, and transparent conducting oxides (TCOs). Processes with short pulse widths result in a thermal ablation and cause no heating affects like micro cracking, melting, or recast material.

 

초고속, 피코 초 레이저를 사용하여 선명하고 깨끗한 에지를 생성한다.

1) Picoseconds 레이저는 200KHz에서 1064nm 또는 532nm 파장을 생성 할 수 있다.

2) 펄스 레이저는 50ps ~ 400ps의 구성 가능한 펄스 폭과 50KHz ~ 10MHz의 사용자 선택 가능 반복률을 허용한다.

ultrafast, picoseconds lasers to produce sharp, clean edges.

1) The picoseconds laser is capable of generating 1064nm or 532nm wavelengths at 200KHz.

2) The ipulsed fiber laser allows for configurable pulse widths from 50ps to 400ps and a user selectable repetition rate from 50KHz to 10MHz.

 

투명한 재료 - 유리, 고분자, 플라스틱, 산화물 (Transparent Materials - glass, polymers, plastics, oxides)

피코초 레이저 공정은 에칭된 마킹, 광학, 마이크로 유체 및 웨이퍼 스크라이빙과 같은 응용 분야의 패턴을 에칭하기 위해 투명한 물질의 표면에 피코초 펄스를 초점으로 하는 다중 광자 흡수로 비선형 흡수를 가능하게 한다. IR 또는 녹색 파장이 유리 기판과 같은 물질에 투명하면 유리를 통한 레이저 가공으로 상단에서 후면 처리가 가능하다.

Picoseconds laser processes enable nonlinear absorption with multi-photon absorption that focuses picoseconds pulses onto the surface of transparent materials to etch patterns for applications like etched markings, optics, microfluidics, and wafer scribing. With IR or green wavelengths being transparent to the materials like glass substrates, laser processing through glass allows for backside processing from the topside.

PET (Mylar) Stencil

 

낮은 비용 또는 일회용 스텐실은 간단한 마스킹 또는 PCB 재 작업에 사용되는 Mylar (PET), Kapton (폴리이미드) 및 기타 비금속 재료로 만들 수 있다. 이러한 유연한 스텐실은 스텐실을 수동으로 정렬하고 제거 할 수 있는 접착 테이프로 백킹하여 레이저로 절단 할 수 있다.

Low cost or disposable stencils can be made from Mylar (PET), Kapton (polyimide), and other nonmetal materials that are used for simple masking or other PCB rework applications. These flexible stencils can be laser cut with an adhesive backing that allows for manual alignment and removal of the stencil.

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참고로, 일반적인 Nano Second UV 또는 CO2 레이저 패턴 커팅 기술 소개

레이저로 마일라 재질의 두께 2mil에서 5mil까지 커팅하여, 회로 기판에 솔더 페이스트를 인쇄하기 위한 스텐실을 만들기 위해 노력하고 있다. CO2레이저로 절단 할 때, 매우 작은 Aperture의 가장자리가 모두 녹았다. 여기에서 부족한 것은 분명히 특별한 방법이 있을 것이다. 따라서, CO2레이저의 단점을 넘어서는 UV레이저 커팅의 장점을 소개한다.

표면 실장의 어려움에 대해 생각할 때, 부품 구성 요소가 종종 먼저 떠오르는 것은 그 작은 부품을 납땜해야 하기 때문이다. 손으로 그 부분을 납땜하는 대신, PCB 회로기판의 패드에 솔더 페이스트를 스텐실로 인쇄하여, 한 번에 모든 구성 부품을 배치할 수 있다. 그런 다음, 모든 부품이 실장된 전체 보드가 Reflow를 통과함으로써 납땜이 완성된다.

 

즉, 표면 실장에서 유일한 문제는 솔더 스텐실이 필요하다. 

어떻든, PET 재질의 얇은 시트를 통해 솔더 패드에 맞는 완벽한 크기의 모든 Aperture 를 얻을 수 있다. 그것은, 손으로 정확하게 자르는 사소한 일이 아니다. 최근에 덜 고통스러운 과정으로, 솔더 스텐실의 Pattern을 Cutting하기 위해 새로운 방법을 소개한다. 즉, 스텐실 마일라 시트를 절단하기 위하여 레이저 커터를 사용한다.

 

마일러 솔더 마스크 스텐실 UV vs. CO2 레이저 커팅 비교 

프로세스의 1 단계는 CAD 소프트웨어에서 상/하 면의 솔더 크림 층을 내 보낼 수 있다. 2단계는 솔더 패드 크기를 약간 축소 할 것이다. 이것은 CO2 레이저의 열에 의해 발생되는 불가피한 용융을 보상하는 것이다. 이 단계가 없으면, 패드보다 Aperture가 커져서 더 이상 진행할 필요 없이 바로 종결된다. 반면에, UV레이저는 Ablation(광화학반응) 커팅으로 2단계가 필요 없다.

 

CO2레이저 커팅 방법은 실제로 7mil(178um)의 Mylar재질의 2조각을 겹쳐서 동시에 자르는 것이다.

레이저는 바닥 시트를 향해 표면 시트를 통과 하지만, 일부는 통로를 잘라 교정해야 한다. 레이저는 약간 작은 잘라진 사각형의 가장자리에서 용융이 끝난다. 이후 바닥 마일라 시트에 박히면서 모든 절단이 완료되면, 바닥의 스크랩 시트로부터 쉽게 떨어지는 표면 시트를 끌어와 완벽한 솔더 스텐실을 제작할 수 있다. UV레이저 커팅 방법은 바닥 면에 있는 Jig(Fixture)를 통하여 Suction으로 재질의 부스러기를 효율적으로 제거하여 Aperture내부의 Slug를 깨끗하게 제거 할 수 있다.

 

레이저 컷 마일라 SMT스텐실

SMT 스텐실 서비스는 저렴한 비용으로, 금속 스텐실 또는 표면 실장 부품과 프로토 타입 PCB의 소량 생산 실행을 위한 손 납땜에 대한 경제적인 대안으로 플라스틱 스텐실을 제공한다. 수십~수천 개 이상의 연결점을 납땜해야 하는 경우, 이 스텐실은 그것을 대체 할 수 있는 좋은 방법이다.

 

 

마일러 스텐실로 인쇄한 솔더 페이스트와 회로 기판

 

프로토 타입의 저렴한 스텐실

인쇄 회로 기판에 솔더 페이스트를 인쇄하기 위한 저가의 플라스틱 스텐실을 제공한다. 표면 실장 부품은 그 솔더 페이스트의 상부에 배치 될 수 있고, 전체 어셈블리는 부품을 납땜하기 위해 가열된다. 모든 부품이 제자리에 있고, 그 때문에 물리적으로 액세스 할 수 있는 납땜 패드가 수 없이 많기 때문에 납땜 인두로 하는 것보다 리플로우 납땜 방법은 특성이 우수하다. 또한, 납땜보다 솔더 페이스트 및 스텐실로 보드를 조립하는 것이 빠르다. 이미 유수의 전자제품 회사들은 스텐실 표면 실장 납땜에 활용하고 있어 좋은 본보기가 되고 있다.

스텐실은 낮은 파워의 CO2 레이저로 3mil(76.2um) 또는 4mil(101.6mm)에서 만들어진다. 처리 할 수 있는 최고의 피치는 약 0.5mm로, 초정밀 미세 피치 스텐실이 3mil에서 절단하는 것이 좋다. 스텐실은 수 많은 Cutting Hole이 있는 얇은 플라스틱이다. 여기에는 프레임, 스퀴지, 또는 솔더 페이스트가 연관되어 있다. 스텐실은 회로 면적보다 크게 할 필요가 있으므로 처리 할 수 있는 표준 크기는 약 24"×12"(610x305mm)이다.

 

플라스틱 스텐실 가격: 기본 4제곱인치(100x100mm)는 $25, 각각의 추가 1제곱인치 당 $1

스텐실의 최소 가격은 Aperture가 회로 상에 있는 부분의 최소인 4제곱인치에 대하여 $25이다. 그래서 2.1"x2.1" 회로 디자인은 전체 크기 9제곱인치를 고려하면 $30의 비용이 된다. 다음 정수까지의 각 차원을 반올림하여 Aperture를 측정하므로 공판 크기는 아마 PCB 크기보다 클 것이다. 스텐실의 재질은 회로보다 적어도 2"(50.8mm) 크게 하여 외부 테두리를 가위로 잘라내는 것이다. 예를 들어, 사용자 정의 프레임에 대하여, Aperture 주위의 정확한 경계 또는 더 큰 마진을 필요로 하는 경우가 있다. 스텐실의 표준 회전 시간은 5일이며, 스텐실의 제작은 신속하더라도 하루가 걸리며, 표준 회전 가격의 20% 저렴하다.

 

CO2 레이저 커팅으로 인하여, 제공하지 못하는 것은 무엇인가:

금속 재질의 스텐실을 절단할 수 없으며, 따라서, 프레임 금속 스텐실을 제공하지 않는다. 매우 미세한 피치 부품 또는 대량 생산을 위한 정밀 스텐실이 필요하다면, 스테인레스 스틸 스텐실을 사용해야 한다. $25 스텐실을 기대하지 말것.

또한 일반적인 Engraver(조각기) 장비는 서로 원 또는 사각형에 대하여 평행한 Aperture을 절단하며, 제한 사항은 복잡하거나 또는 비정상적인 각도의 Aperture가 있는 디자인은 절단 할 수 없다.

 

UV 레이저 커팅은 금속 스텐실 metal mask에도 적용되며, 스캔헤드로 레이저 빔을 자유롭게 움직이기 때문에, 어떤 모양도 아주 작은 미세 Aperture 직경까지 커팅되며 제한요소가 없다. 산업계에서, UV 레이저 355nm 파장은 마이크로 머시닝에 사용하는 대표적인 표준 레이저이다

 

 

CO2 레이저 커팅 마일라 솔더 페이스트 스텐실, 

CO2 레이저로 커팅한 스텐실은 평평하지 않으며, Aperture가 왜곡되어 있다.

 

재료 특성:

Mylar® 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 높은 내구성 및 높은 인장 강도 특성을 갖는 기능성 폴리에스테르 필름이다.

두께가 190um 이상의 마일라 (Mylar) 시트는 일반적 공판 제작에 사용된다.

 

레이저 절단:

레이저 절단 마일라 폴리에스테르는 매우 정확하고 깨끗하다.

 

바닥 면:

일반적으로 마일라 폴리에스테르 필름은 아주 약간 표시 될 수 있다. Honeycomb table 위에서 절단한다. 레이저의 열은 때때로 Honeycomb table로부터 다시 반사되어 재질에 잔류하는 원인이 될 수 있다.

 

절단 폭과 Kerf:

PET의 두께는 100~250um 사용되므로, 최소 절단 폭을 위하여 얇은 것이 좋다. 레이저 커팅에서 패드간 거리가 좁거나, 작은 패드는 Kerf의 영향으로 성공적이지 않을 수 있다.

 

절단 가장자리:

아주 미묘한 컷 면을 가지며, 가장자리를 CO2 레이저로 커팅 할 때, 마일라의 가장자리가 약간 녹아 부풀어 오른다.

 

벡터 조각과 마킹:

마일라가 스텐실 제작에 주로 사용되기 때문에, 조각은 거의 필요하지 않다. 필요한 경우, 마일라는 식별 목적으로 마킹 문자가 새겨질 수 있다.

 

PET 스텐실 재질의 두께별 특성

 

75 Micron Polyester Film (Mylar)
이 두께의 마일라 (Mylar) 레이저 컷 스텐실은 무게가 가벼워, 유연 재질로 매우 이상적이다. 재사용 가능한 폴리 에스테르 필름은 바디 아트 문신과 훌륭한 그래픽 스텐실로 높은 정교함을 얻을 수 있다. 이 재질은 깨끗하지만, 내구성이 약해 찢어지기 쉽다.

 

125 Micron Polyester Film (Mylar)
내구성, 유연한 재사용 가능한 폴리 에스테르 필름. 이 두께의 마일라에서 Body Art, 장식 및 그래픽 스텐실 레이저 컷 스텐실에 높은 정교함을 얻을 수 있다. 이 재질은 공예 칼이나 뜨거운 칼로 절단하기 쉬운, 그것은 장식 벽 스텐실을 위한 이상적인 선택이다. 대부분의 용도에 적합하다. 

 

190 Micron Polyester Film (Mylar)
이 필름은 125 미크론과 같은 특성을 공유하지만, 긴 수명을 위하여 60 % 두껍다. 이 필름은 긴 수명과 큰 문자 또는 그래픽이 요구되는 대형 레이저 컷 스텐실 작업에 대한 매체로 좋다. 또한 카드 스텐실 또는 비계 기둥 같은 곡면을 위한 산업 분야에 이용 될 수 있다. 

 

250 Micron Polyester Film (Mylar)
이 필름은 견고하지만 여전히 유연성을 유지한다. 중공업 산업용의 경우, 이 두께의 마일러가 사용된다. 청소하거나 페인트를 긁어야 내거나, 하얗게 할 목적으로 용매를 사용할 수 있다. 그것뿐만 아니라 카드 제작을 위해 사용될 수 있지만, 그 상세 너무 작지 않아야 한다. 이 필름은 복잡하고 정교함을 가진 작은 모양의 레이저 컷 스텐실을 위하여는 일반적으로 적합하지 않다.