SMT dizgideki lehim hatalarının önemli bir kısmı, krem lehimin karta basıldığı baskı aşamasında ortaya çıkar. Köprülenen bacaklar, lehimsiz kalan pad'ler, ayağa kalkan (tombstone) pasifler ve QFN altındaki boşluklar çoğunlukla stencil tasarımından kaynaklanır. Bu rehberde SMT stencil'in ne olduğunu, sipariş verirken hangi seçeneği neden seçmeniz gerektiğini ve stencil için Gerber hazırlarken dikkat edilmesi gerekenleri ayrıntılı anlatıyoruz.
PCB ile Birlikte Stencil Sipariş Et
SMT stencil nedir?
SMT stencil (lehim şablonu, çelik elek), üzerinde kartınızdaki SMD pad'lerin konumunda lazerle kesilmiş açıklıklar bulunan ince bir paslanmaz çelik levhadır. Stencil kartın üzerine hizalanır, üzerine krem lehim (solder paste) konur ve bir rakle (squeegee) ile sıyrılır. Lehim yalnızca açıklıklardan geçerek pad'lere eşit miktarda basılır. Ardından komponentler dizilir ve kart reflow fırınından geçirilir.
Elle şırıngayla lehim sürmekle karşılaştırıldığında stencil; her pad'e aynı ve doğru miktarda lehim bırakır, ince bacaklı entegrelerde köprülenmeyi önler ve 5-10 kartlık bir prototip serisinde bile saatler kazandırır.
Stencil hangi dosyadan üretilir?
Stencil, Gerber paketinizdeki paste (krem lehim) katmanından kesilir:
- Üst yüz:
.GTP(KiCad'de F.Paste, Altium'da Top Paste, EasyEDA'da TopPasteMaskLayer, Eagle'da 31 tCream, Proteus'ta Top Paste) - Alt yüz:
.GBP(B.Paste, Bottom Paste, 32 bCream)
Paste katmanı PCB üretiminde kullanılmadığı için birçok kullanıcı Gerber çıktısında bu katmanı seçmeyi unutur. Stencil siparişi verecekseniz paste katmanını mutlaka pakete ekleyin. Programınıza göre nasıl ekleneceğini KiCad, Altium, EasyEDA, Eagle ve Proteus rehberlerimizde anlattık.
Sipariş seçenekleri ve ne zaman hangisi?
Stencil katmanı
| Seçenek | Ne zaman? |
|---|---|
| Sadece Üst | SMD komponentler yalnızca üst yüzdeyse (en yaygın durum) |
| Sadece Alt | SMD komponentler yalnızca alt yüzdeyse |
| Üst + Alt (Tek Stencilde) | İki yüzde de SMD var ve maliyeti düşürmek istiyorsunuz. Üst ve alt açıklıklar aynı levhanın farklı bölgelerine kesilir. Küçük kartlar ve prototipler için ekonomiktir. |
| Üst + Alt (Ayrı Stencilde) | İki yüzde de SMD var ve seri üretim yapacaksınız. Her yüz için ayrı levha hizalamayı ve kullanımı kolaylaştırır. |
Çerçeveli mi, çerçevesiz mi?
- Çerçevesiz (frameless): Yalnızca çelik levha. Ucuzdur, az yer kaplar, kargosu kolaydır. Elle baskı yapılan prototip ve küçük seriler için idealdir. Kartı sabitlemek için aynı kalınlıkta birkaç hurda PCB ile basit bir fikstür yapabilirsiniz.
- Çerçeveli (framed): Levha, alüminyum bir çerçeveye gergin şekilde yapıştırılır. Yarı otomatik veya otomatik baskı makinelerinde kullanılır. Levha gergin olduğu için baskı daha tutarlıdır. Seri üretim ve dizgi hattı için doğru seçimdir.
Çerçevesiz seçtiğinizde stencil boyutunu özel olarak belirleyebilirsiniz. Levhanın kartın her kenarından en az 30-50 mm taşması, raklenin rahat çalışması için önerilir.
Parlatma (polishing) türü
- Sanding: Lazer kesim sonrası çapakları mekanik olarak alır. Standart ve ekonomik seçenektir; çoğu prototip için yeterlidir.
- Etching: Kimyasal işlemle açıklık duvarlarını düzgünleştirir.
- Electropolishing: Açıklık duvarlarını elektrokimyasal olarak parlatır. Lehimin açıklıktan daha temiz ayrılmasını (paste release) sağlar. 0.5 mm ve altı pitch'li QFP/QFN, BGA ve 0402/0201 pasifler için önerilir.
Fiducial işaretleri
Fiducial'lar, otomatik baskı ve dizgi makinelerinin kartı kamerayla hizalamak için kullandığı referans noktalarıdır.
- İşaret olmasın: Elle baskı yapacaksanız fiducial'a ihtiyacınız yoktur.
- Yarım aşındırma (half-etched): Fiducial, levhanın bir yüzünde yarı derinliğe kadar aşındırılır. Makine kamerası görür ama lehim geçmez. Otomatik hatlarda en yaygın seçimdir.
- Tam aşındırma (through): Fiducial delik olarak kesilir. Işıkla görülmesi kolaydır ancak içinden lehim geçebilir.
Fiducial işaretinin stencil'de oluşabilmesi için kartınızda da karşılık gelen fiducial pad'leri (genellikle 1 mm çaplı yuvarlak bakır, 2-3 mm maske açıklığı) bulunmalıdır. Kartın çapraz iki köşesine en az iki, tercihen üç fiducial koyun.
Stencil kalınlığı ve açıklık tasarımı
Kalınlık
Kalınlık, basılan lehim hacmini doğrudan belirler. Yaygın değerler:
| Kalınlık | Uygun olduğu kartlar |
|---|---|
| 0.10 mm | 0.4-0.5 mm pitch entegreler, 0201/0402 pasifler, yoğun kartlar |
| 0.12 mm | Genel amaçlı, 0.5-0.65 mm pitch ve 0603 pasifler (en yaygın) |
| 0.15 mm | Büyük pad'ler, güç komponentleri, 0805 ve üzeri pasifler, konnektörler |
Kartınızda hem çok ince hem çok büyük komponentler varsa genel amaçlı 0.12 mm iyi bir uzlaşmadır. Özel kalınlık ihtiyacınızı sipariş notunda belirtebilirsiniz.
Alan oranı (area ratio) kuralı
Lehimin açıklıktan temiz ayrılabilmesi için açıklık alanının, açıklık duvarlarının alanına oranı en az 0.66 olmalıdır. Pratikte bu, stencil kalınlığı arttıkça çok küçük açıklıkların lehim bırakmakta zorlandığı anlamına gelir. Dikdörtgen bir açıklık için:
Alan oranı = (L × W) / (2 × (L + W) × T) — L: uzunluk, W: genişlik, T: stencil kalınlığı
Örnek: 0.25 × 0.25 mm açıklık, 0.12 mm stencil → 0.0625 / (2 × 0.5 × 0.12) = 0.52. Oran 0.66'nın altında olduğu için bu pad'e lehim düzgün basılmaz. Ya daha ince stencil (0.10 mm) seçilmeli ya da açıklık büyütülmelidir.
Açıklık küçültme (aperture reduction)
Paste katmanı çoğu programda pad ile birebir aynı boyutta çıkar. Pek çok durumda bu iyi sonuç verir, ancak bazı komponentler için ayar gerekir:
- İnce pitch QFP/QFN bacakları: Açıklığı pad'den %5-10 küçük tutmak köprülenmeyi azaltır.
- QFN/DFN termal (orta) pad: Büyük tek bir açıklık, çok fazla lehim basar ve komponenti "yüzdürür". Termal pad açıklığını 4-9 küçük kareye bölerek toplam alanın %50-80'i kadar lehim basın. Bu, hem boşlukları (voiding) hem de yan bacaklarda lehimsiz kalmayı önler.
- 0402 ve daha küçük pasifler: Tombstone (komponentin ayağa kalkması) sorunu yaşıyorsanız, açıklıkları içe doğru hafif küçültmek veya "home plate" (beşgen) biçimi kullanmak işe yarar.
Bu ayarlar tasarım programınızda paste katmanına uygulanır: KiCad'de footprint veya kart genelindeki "solder paste margin" değeriyle, Altium'da Paste Mask Expansion kuralıyla yapılır.
Stencil siparişinde sık yapılan hatalar
| Hata | Sonuç | Çözüm |
|---|---|---|
| Paste katmanı Gerber'de yok | Stencil kesilemez | GTP/GBP'yi pakete ekleyin |
| THT (delikli) pad'ler paste'te açık | Stencil'de gereksiz delikler, deliklere lehim basılır | Paste katmanında yalnızca SMD pad'ler olmalı |
| Termal pad'e tam açıklık | QFN yüzer, yan bacaklar lehimsiz kalır | Açıklığı böl, alanı %50-80'e indir |
| Fiducial seçildi ama kartta fiducial yok | Makine hizalayamaz | Karta fiducial pad'leri ekleyin |
| Çerçeveli stencil elle baskıda | Gereksiz maliyet ve kargo hacmi | Elle baskıda çerçevesiz seçin |
| Stencil PCB'den sonra ayrıca sipariş | Revizyon uyuşmazlığı riski | Aynı Gerber ile aynı siparişte verin |
Elle stencil baskısı için pratik ipuçları
- Kartı düz bir zemine, aynı kalınlıkta hurda kartlarla çevreleyerek sabitleyin; stencil düz yatmalıdır.
- Stencil'i açıklıklar pad'lerle birebir örtüşecek şekilde hizalayın ve bantla sabitleyin.
- Krem lehimi oda sıcaklığına getirin (buzdolabından en az 2-4 saat önce çıkarın) ve iyice karıştırın.
- Raklayı 45-60 derece açıyla, sabit ve orta baskıyla tek geçişte çekin.
- Stencil'i dikey olarak, kaydırmadan kaldırın.
- Her 5-10 baskıda bir stencil'in alt yüzünü izopropil alkolle silin.
PCB, stencil ve dizgi birlikte
Elektromall'da stencil'i PCB siparişinizle aynı formda ekleyebilirsiniz: Gerber'inizi yükledikten sonra "Stencil ekle" seçeneğini açmanız yeterli. Kartınızın dizgisini (PCBA) de yaptırmayı düşünüyorsanız PCB ve PCBA farkı ile BOM listesi rehberlerimize göz atın.
İlgili: Stencil siparişi · Gerber dosyası hazırlama · Tüm rehberler
