Hommer Zhaoคำตอบสั้น ๆ: เลือกความหนา Stencil โดยเริ่มจากชิ้นส่วนที่มี pitch ถี่ที่สุดและช่องเปิดที่เล็กที่สุดบนบอร์ด แล้วตรวจว่าปริมาณ Solder Paste เพียงพอสำหรับชิ้นส่วนใหญ่ด้วยหรือไม่ ใช้เป้าหมายตามแนวทาง IPC-7525 คือ Area Ratio ≥ 0.66 และ Aspect Ratio ≥ 1.5 เพื่อช่วยให้เนื้อครีมหลุดจากช่องเปิดได้ดีและสม่ำเสมอ สำหรับงาน SMT ทั่วไป Laser-cut Stencil เป็นตัวเลือกเริ่มต้นที่เหมาะสมทั้งด้านความละเอียดและต้นทุน หากชิ้นเล็กกับชิ้นใหญ่ต้องการปริมาณครีมต่างกันมาก ให้พิจารณา Step Stencil หรือปรับ aperture แทนการเพิ่มความหนาทั้งแผ่น เพราะปัญหาในงาน SMT ส่วนใหญ่มักมีต้นทางจากขั้นตอนพิมพ์ จึงควรคุมทั้งตัว Stencil และพารามิเตอร์การพิมพ์ควบคู่กัน
---
Solder Paste Stencil คืออะไร? ทำไมถึงสำคัญกับ SMT Assembly
ในกระบวนการประกอบ PCB แบบ Surface Mount Technology (SMT) ขั้นตอนการพิมพ์ Solder Paste ถือเป็น จุดเริ่มต้นที่สำคัญที่สุด เพราะข้อมูลจาก IPC (Association Connecting Electronics Industries) ระบุว่า 60-70% ของข้อบกพร่องทั้งหมดในกระบวนการ SMT มีสาเหตุมาจากการพิมพ์ Solder Paste ที่ไม่ถูกต้อง
Solder Paste Stencil คือแผ่นโลหะบาง (โดยทั่วไปเป็น Stainless Steel) ที่มีรูเปิด (Aperture) ตรงตำแหน่งแพดบน PCB ทำหน้าที่เป็น "แม่พิมพ์" สำหรับวาง Solder Paste ลงบนแพดอย่างแม่นยำ เมื่อใช้ร่วมกับเครื่อง Stencil Printer สเตนซิลจะช่วยให้ Solder Paste ถูกวางในปริมาณที่ถูกต้องและตำแหน่งที่แม่นยำ
---
ประเภทของ Solder Paste Stencil — เลือกแบบไหนให้เหมาะกับงาน
การเลือกประเภทสเตนซิลที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิต ขนาดชิ้นส่วน และงบประมาณ มี 5 ประเภทหลักที่ใช้ในอุตสาหกรรม:
1. Laser Cut Stencil — มาตรฐานอุตสาหกรรม
เป็นสเตนซิลที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ผลิตโดยใช้เลเซอร์ตัดรูเปิดบนแผ่น Stainless Steel ให้ความแม่นยำสูง ±0.001 นิ้ว (25 µm) เหมาะกับงานทุกระดับตั้งแต่ Prototype จนถึง Mass Production
2. Electroformed Stencil — สำหรับ Fine Pitch
ผลิตด้วยกระบวนการ Electroforming (การชุบนิกเกิลทีละชั้น) ให้ผนัง Aperture ที่เรียบมาก ลดการติดค้างของ Solder Paste เหมาะสำหรับชิ้นส่วน Fine Pitch เช่น 0.3mm CSP หรือ 01005 ขนาดเล็กมาก
3. Chemical Etch Stencil — ต้นทุนต่ำ
ใช้กระบวนการกัดด้วยสารเคมี (Chemical Etching) ต้นทุนต่ำที่สุด แต่ความแม่นยำและคุณภาพผนัง Aperture ด้อยกว่า Laser Cut เหมาะกับงาน Through-Hole หรือชิ้นส่วนขนาดใหญ่
4. Step Stencil — สำหรับ Mixed Component
สเตนซิลที่มีความหนาหลายระดับ (Step-Up และ Step-Down) ในแผ่นเดียวกัน ออกแบบมาเพื่อรองรับ PCB ที่มีทั้งชิ้นส่วน Fine Pitch (ต้องการ Paste น้อย) และชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (ต้องการ Paste มาก) บนบอร์ดเดียวกัน
5. Frameless (Foil) Stencil — สำหรับ Prototype
สเตนซิลแบบไม่มีเฟรม น้ำหนักเบา ราคาถูก ใช้กับ Manual Printing ได้ง่าย เหมาะสำหรับงาน Prototype หรือการผลิตจำนวนน้อย
| ประเภทสเตนซิล | ความแม่นยำ | ต้นทุน | Fine Pitch | ปริมาณการผลิต | อายุการใช้งาน |
|---|---|---|---|---|---|
| Laser Cut | ±25 µm | ปานกลาง | ดี | Prototype-Mass | 50,000+ พิมพ์ |
| Electroformed | ±10 µm | สูง | ดีเยี่ยม | Mass Production | 100,000+ พิมพ์ |
| Chemical Etch | ±50 µm | ต่ำ | ไม่เหมาะ | Low Volume | 10,000+ พิมพ์ |
| Step Stencil | ±25 µm | สูง | ดี (Step-Down) | Mass Production | 50,000+ พิมพ์ |
| Frameless | ±25 µm | ต่ำมาก | ดี | Prototype | 1,000-5,000 พิมพ์ |
---
วิธีเลือกความหนาสเตนซิล — ปัจจัยสำคัญที่วิศวกรต้องรู้
ความหนาของสเตนซิลเป็นตัวกำหนดปริมาณ Solder Paste ที่จะถูกวางลงบนแพด หากเลือกผิดจะเกิดปัญหาร้ายแรง:
- หนาเกินไป → Solder Paste มากเกินไป → Solder Bridging, Tombstoning
- บางเกินไป → Solder Paste ไม่เพียงพอ → Cold Joint, Open Circuit
ตารางเลือกความหนาสเตนซิลตามชิ้นส่วน
| ชิ้นส่วน SMD | Pitch (mm) | ความหนาที่แนะนำ (mm) | ความหนาที่แนะนำ (mil) |
|---|---|---|---|
| 01005, 0201 | 0.2-0.3 | 0.060-0.080 | 2.4-3.0 |
| 0402 | 0.4-0.5 | 0.080-0.100 | 3.0-4.0 |
| 0603 | 0.5-0.8 | 0.100-0.120 | 4.0-5.0 |
| 0805, QFP Fine Pitch | 0.4-0.65 | 0.100-0.125 | 4.0-5.0 |
| 1206, SOT23 | 0.8-1.27 | 0.125-0.150 | 5.0-6.0 |
| QFP Standard | 0.65-1.0 | 0.125-0.150 | 5.0-6.0 |
| BGA 0.5mm | 0.5 | 0.100-0.120 | 4.0-5.0 |
| BGA 0.8mm | 0.8 | 0.120-0.150 | 5.0-6.0 |
| Connector, Large Component | >1.27 | 0.150-0.200 | 6.0-8.0 |
กฎทั่วไปสำหรับการเลือกความหนา
- ชิ้นส่วนเล็กที่สุดเป็นตัวกำหนด — ถ้าบอร์ดมีทั้ง 0402 และ 1206 ต้องเลือกความหนาตามชิ้นส่วนเล็กที่สุด (0.08-0.10mm)
- ใช้ Step Stencil หากมี Component Size ต่างกันมาก — เมื่อมีทั้ง 01005 และ Connector บนบอร์ดเดียวกัน Step Stencil จะช่วยให้แต่ละพื้นที่ได้ Paste ในปริมาณที่เหมาะสม
- ปรึกษาผู้ผลิตเสมอ — ผู้ผลิตสเตนซิลและ Solder Paste มีข้อมูล Recommendation เฉพาะสำหรับวัสดุแต่ละรุ่น
---
สูตรคำนวณ Aspect Ratio และ Area Ratio ตามมาตรฐาน IPC-7525
มาตรฐาน IPC-7525 (Stencil Design Guidelines) กำหนดอัตราส่วนสำคัญ 2 ตัวที่ต้องตรวจสอบเพื่อให้ Solder Paste หลุดจาก Aperture ได้สมบูรณ์:
Aspect Ratio (อัตราส่วนด้าน)
สูตร: Aspect Ratio = W / T
- W = ความกว้างของ Aperture (ด้านที่เล็กที่สุด)
- T = ความหนาของสเตนซิล
- ค่าขั้นต่ำที่แนะนำ: ≥ 1.5
ตัวอย่าง: สเตนซิลหนา 0.12mm กับ Aperture กว้าง 0.20mm → Aspect Ratio = 0.20/0.12 = 1.67 ✓ ผ่าน
Area Ratio (อัตราส่วนพื้นที่)
สูตร: Area Ratio = (L × W) / [2 × (L + W) × T]
- L = ความยาวของ Aperture
- W = ความกว้างของ Aperture
- T = ความหนาของสเตนซิล
- ค่าขั้นต่ำที่แนะนำ: ≥ 0.66
สำหรับ Aperture ทรงกลม (BGA): Area Ratio = D / (4 × T) โดย D คือเส้นผ่านศูนย์กลาง
| ขนาด Aperture (mm) | ความหนาสเตนซิล (mm) | Aspect Ratio | Area Ratio | สถานะ |
|---|---|---|---|---|
| 0.25 × 0.50 | 0.10 | 2.50 | 0.83 | ✓ ผ่านทั้งคู่ |
| 0.20 × 0.60 | 0.12 | 1.67 | 0.63 | ✗ Area Ratio ต่ำ |
| 0.30 × 0.80 | 0.15 | 2.00 | 0.73 | ✓ ผ่านทั้งคู่ |
| 0.15 × 0.40 | 0.12 | 1.25 | 0.45 | ✗ ทั้งคู่ไม่ผ่าน |
| ⌀0.30 (BGA) | 0.10 | 3.00 | 0.75 | ✓ ผ่านทั้งคู่ |
| ⌀0.25 (BGA) | 0.12 | 2.08 | 0.52 | ✗ Area Ratio ต่ำ |
---
เทคนิค Aperture Design — ปรับแต่งรูเปิดเพื่อคุณภาพสูงสุด
นอกจากขนาดมาตรฐานตาม Pad Size แล้ว มีเทคนิคการปรับแต่ง Aperture หลายวิธีที่ช่วยปรับปรุงคุณภาพการพิมพ์:
Aperture Reduction (ลดขนาดรูเปิด)
ลดขนาด Aperture ให้เล็กกว่า Pad ประมาณ 10-15% เพื่อลดปริมาณ Solder Paste สำหรับชิ้นส่วน Fine Pitch ที่มีแนวโน้มเกิด Bridging
Home Plate Design
ปรับรูปทรง Aperture จากสี่เหลี่ยมเป็นรูปห้าเหลี่ยมคล้ายโฮมเพลต (Home Plate ในเบสบอล) ช่วยลด Solder Bridging สำหรับ QFP Fine Pitch โดยลดปริมาณ Paste บริเวณที่ใกล้กับแพดข้างเคียง
Anti-Bridging (D-Shape / Inverted Home Plate)
ตัดมุม Aperture ด้านที่หันเข้าหากัน เพื่อลดโอกาสเกิด Bridge ระหว่างแพดที่อยู่ใกล้กัน เหมาะสำหรับ QFP ที่มี Pitch ≤ 0.5mm
Corner Relief
ตัดมุมทั้ง 4 ของ Aperture สี่เหลี่ยมเพื่อช่วยให้ Paste หลุดจากผนังได้ง่ายขึ้น เหมาะสำหรับ Aperture ที่มี Area Ratio ใกล้เคียง 0.66
Overprint (ขยายรูเปิด)
ขยาย Aperture ให้ใหญ่กว่า Pad ประมาณ 5-10% เพื่อเพิ่มปริมาณ Solder Paste สำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่ต้องการ Solder มากเช่น Connector หรือ Shield Can
---
การจัดตำแหน่งสเตนซิล (Stencil Alignment) — ปัจจัยสำคัญที่มองข้ามไม่ได้
จากข้อมูลของ Surface Mount Process การจัดตำแหน่งที่คลาดเคลื่อนเพียง 0.1mm สามารถทำให้เกิดข้อบกพร่อง บนชิ้นส่วน Fine Pitch ที่มี Pad Spacing แค่ 0.4mm
Fiducial Mark — จุดอ้างอิงสำหรับ Alignment
- วาง Fiducial Mark อย่างน้อย 3 จุด บนขอบบอร์ด PCB
- ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-3mm มีระยะห่างจากจุดอื่นอย่างน้อย 3mm
- ใช้ Local Fiducial ใกล้ชิ้นส่วน Fine Pitch เพิ่มเติมสำหรับบอร์ดซับซ้อน
- ต้องมี Fiducial ทั้งบน PCB และบนสเตนซิลที่ตำแหน่งตรงกัน
ระบบ Vision Alignment
เครื่อง Stencil Printer รุ่นใหม่มีระบบกล้อง Vision ที่ตรวจจับ Fiducial Mark โดยอัตโนมัติและปรับตำแหน่งสเตนซิลให้ตรงกับ PCB ความแม่นยำสูงถึง ±10 µm
เทคนิคสำหรับ Manual Printing (Prototype)
สำหรับงาน Prototype ที่ใช้ Frameless Stencil กับ Manual Printing:
- วาง PCB ชิดมุม L-Bracket ที่มีความหนาเท่ากับบอร์ด
- ล้อมด้านที่เหลือด้วยแผ่น PCB เศษที่มีความหนาเท่ากัน ป้องกันสเตนซิลโค้งงอ
- จัดตำแหน่งโดยส่องดูรูเปิดให้ตรงกับแพดบน PCB
- ยึดสเตนซิลด้วยเทปกาว
- ใช้ Squeegee ปาดในมุม 45-60 องศา ความดันสม่ำเสมอ
---
ปัญหาที่พบบ่อยและวิธีแก้ไข — Troubleshooting Solder Paste Printing
1. Solder Bridging (การเชื่อมข้ามระหว่างแพด)
| สาเหตุ | วิธีแก้ไข |
|---|---|
| Solder Paste มากเกินไป | ลดความหนาสเตนซิลหรือ Aperture Reduction 10-15% |
| Aperture ใหญ่เกินไป | ปรับลดขนาด Aperture ตาม Pad Size |
| แรงกด Squeegee มากเกินไป | ลดแรงกด หรือปรับความเร็ว Squeegee |
| Solder Paste เหลวเกินไป | ตรวจสอบอุณหภูมิและอายุ Paste |
| Stencil Alignment ผิดพลาด | ตรวจสอบ Fiducial Mark และ Re-calibrate |
2. Insufficient Solder (Solder ไม่เพียงพอ)
| สาเหตุ | วิธีแก้ไข |
|---|---|
| สเตนซิลบางเกินไป | เพิ่มความหนาหรือใช้ Overprint |
| Paste ติดค้างใน Aperture | ตรวจสอบ Area Ratio (ต้อง ≥ 0.66) |
| ผนัง Aperture หยาบ | ใช้ Electroformed หรือ Nano-Coated Stencil |
| Paste แห้ง | ลดเวลา Exposure, ตรวจสอบอุณหภูมิห้อง |
3. Tombstoning (ชิ้นส่วนตั้งขึ้น)
| สาเหตุ | วิธีแก้ไข |
|---|---|
| Paste ไม่สมมาตรบนแพดทั้ง 2 ด้าน | ตรวจสอบ Alignment และ Aperture Size ทั้งสองแพด |
| Reflow Profile ไม่เหมาะสม | ปรับ Preheat Zone ให้สม่ำเสมอ |
| Pad Design ไม่สมมาตร | แก้ไข Footprint ใน PCB Layout |
4. Solder Ball (ลูกบอลตะกั่วหลุด)
| สาเหตุ | วิธีแก้ไข |
|---|---|
| Paste ล้นออกนอก Pad | Aperture Reduction หรือปรับ Squeegee Speed |
| ความชื้นใน Paste | เก็บ Paste ตาม Specification ของผู้ผลิต |
| Stencil สกปรก | ทำความสะอาดด้านล่างทุก 5-10 พิมพ์ |
---
ตัวเลขสำคัญที่ต้องจำ — Quick Reference
| พารามิเตอร์ | ค่ามาตรฐาน |
|---|---|
| Aspect Ratio ขั้นต่ำ | ≥ 1.5 (แนะนำ ≥ 1.7) |
| Area Ratio ขั้นต่ำ | ≥ 0.66 (แนะนำ ≥ 0.70) |
| ความหนาสเตนซิลทั่วไป | 0.100-0.150 mm (4-6 mil) |
| ความแม่นยำ Laser Cut | ±25 µm |
| ความแม่นยำ Electroformed | ±10 µm |
| Squeegee Angle | 45-60 องศา |
| Squeegee Speed | 20-80 mm/s |
| Squeegee Pressure | 0.3-0.7 kg/cm |
| Snap-Off Distance | 0-2 mm |
| ทำความสะอาดสเตนซิล | ทุก 5-10 พิมพ์ (Under-Wipe) |
---
การดูแลรักษาสเตนซิล — ยืดอายุการใช้งาน
การดูแลรักษาสเตนซิลอย่างถูกต้องช่วยยืดอายุการใช้งานและรักษาคุณภาพการพิมพ์:
การทำความสะอาดระหว่างการผลิต
- Under-Wipe ด้วยผ้าเปียก IPA ทุก 5-10 พิมพ์
- Dry Wipe ตามด้วย Wet Wipe (IPA) แล้ว Vacuum Wipe สำหรับ Fine Pitch
- ตรวจสอบด้านล่างสเตนซิลหลังทำความสะอาดทุกครั้ง
การเก็บรักษา
- เก็บในแนวตั้งบนชั้นเก็บเฉพาะ หลีกเลี่ยงการวางซ้อน
- ทำความสะอาดให้หมดจด Solder Paste ก่อนเก็บ
- ใช้ IPA หรือน้ำยาเฉพาะทาง ห้ามใช้สารที่กัดกร่อนโลหะ
- เก็บในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีฝุ่นและความชื้นต่ำ
---
Solder Paste Stencil สำหรับเทคโนโลยีสมัยใหม่
Ultra Fine Pitch (≤ 0.3mm) และ 01005/0201
ชิ้นส่วนขนาดจิ๋วต้องการสเตนซิลพิเศษ:
- ใช้ Electroformed Stencil เพื่อผนัง Aperture ที่เรียบสุด
- ความหนา 0.06-0.08mm (2.4-3.0 mil)
- ใช้ Type 4 หรือ Type 5 Solder Paste (ผง Solder ขนาดเล็กกว่า)
- ต้องตรวจสอบ Area Ratio อย่างเข้มงวด (เป้าหมาย ≥ 0.75)
BGA และ CSP (Chip Scale Package)
- Aperture ทรงกลมตรงตำแหน่ง Ball Pad
- สำหรับ BGA 0.5mm Pitch ใช้สเตนซิล 0.10mm กับ Aperture เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.25-0.28mm
- สำหรับ BGA 0.4mm Pitch ใช้สเตนซิล 0.08mm กับ Aperture เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.20-0.22mm
QFN (Quad Flat No-Lead) Thermal Pad
- Thermal Pad ขนาดใหญ่ต้องการการออกแบบพิเศษ
- แบ่ง Aperture ออกเป็น Grid Pattern (เช่น 4×4 หรือ 5×5) แทนรูเปิดเดียว
- ลดปริมาณ Paste ลง 50-70% เมื่อเทียบกับพื้นที่ Pad ทั้งหมด เพื่อป้องกัน Voiding
---
พารามิเตอร์การพิมพ์และการตรวจ SPI — เงื่อนไขที่ต้องคุมในไลน์
Stencil ที่ออกแบบถูกต้องยังพิมพ์ได้ไม่สม่ำเสมอ หากแรงกดใบปาด การรองรับบอร์ด หรือสภาพ Solder Paste เปลี่ยนไประหว่างผลิต ในไลน์ที่ควบคุมกระบวนการจึงต้องกำหนดช่วงการทำงานไว้ใน print recipe และใช้ผล SPI ตรวจยืนยันก่อนปล่อยบอร์ดไปขั้นตอนถัดไป ค่าด้านล่างเป็นช่วงทั่วไป (typical) สำหรับเริ่มปรับกระบวนการ ไม่ใช่ผลวัดของลูกค้ารายใดหรือเกณฑ์ตายตัวที่ใช้ได้กับทุกบอร์ด ค่าที่ใช้ผลิตจริงต้องสอดคล้องกับข้อมูลของผู้ผลิต Solder Paste รูปแบบ aperture และผลทดลองพิมพ์ของงานนั้น
| พารามิเตอร์ | ช่วงทั่วไป / แนวทางตั้งต้น | ทำไมสำคัญ |
|---|---|---|
| วัสดุและมุม squeegee | Metal blade มุมประมาณ 45–60° เทียบกับผิว Stencil | มุมและสภาพคมใบปาดมีผลต่อการกลิ้งตัวของครีมและการเติมครีมลงช่องเปิด |
| แรงกด squeegee | ประมาณ 0.2–0.5 kgf/cm ต่อความยาวใบมีด หรือที่หน้างานมักเรียก kg/cm | ใช้แรงต่ำสุดที่ปาดผิว Stencil ได้สะอาด แรงมากเกินไปอาจทำให้ใบปาดโก่งและตักครีมออกจากช่องเปิดขนาดใหญ่ |
| ความเร็วพิมพ์ | ประมาณ 20–100 mm/s | ต้องให้ครีมเติม aperture ได้ทันและกลิ้งตัวต่อเนื่อง เลือกตามชนิดครีมและขนาดช่องเปิด |
| Print gap | On-contact หรือ 0 mm สำหรับงานทั่วไป | ผิวบอร์ดต้องแนบใต้ Stencil พร้อมมี support รองรับ เพื่อลดครีมซึมใต้แผ่นและการป้ายเลอะ |
| Separation / snap-off speed | งาน fine pitch มักเริ่มด้วยความเร็วแยกบอร์ดต่ำลง แล้วปรับจากผล SPI | ช่วงที่บอร์ดเริ่มแยกจาก Stencil มีผลต่อ paste release และรูปทรงกองครีม ไม่มีค่าความเร็วเดียวที่เหมาะกับทุกงาน |
| สภาพแวดล้อมขณะพิมพ์ | อุณหภูมิห้องประมาณ 22–26°C และความชื้นสัมพัทธ์ประมาณ 40–60% RH | ช่วยให้ความหนืดและการแห้งของครีมคงที่ โดยต้องอยู่ในช่วงที่ผู้ผลิตครีมอนุญาต |
| Stencil under-wipe | งาน fine pitch อาจเริ่มที่ทุก 5–10 แผ่น แล้วปรับตามคราบใต้ Stencil และแนวโน้ม SPI | เช็ดช้าเกินไปเสี่ยง bridging แต่เช็ดถี่เกินจำเป็นเพิ่มเวลารอบและการใช้วัสดุสิ้นเปลือง |
การเตรียมครีมและการหยุดไลน์ต้องมีเงื่อนไขชัดเจน หากเก็บ Solder Paste ในตู้เย็น ให้คืนสู่อุณหภูมิห้องทั้งที่ภาชนะยังปิดตามเวลาที่ผู้ผลิตกำหนดก่อนเปิดใช้ เพื่อลดการควบแน่น จากนั้นกวนหรือทำ knead ตามวิธีที่แนะนำ และใช้ knead cycle บนเครื่องเท่าที่จำเป็นให้ครีมพร้อมพิมพ์ ควรกำหนดทั้งเวลาที่ครีมอยู่บน Stencil และ idle time สูงสุดไว้ใน recipe; หลังหยุดไลน์นาน ให้ตรวจสภาพครีม ทำ knead หรือเปลี่ยนครีมตามเงื่อนไข แล้วตรวจ SPI ของแผ่นแรกก่อนเดินงานต่อ ไม่ควรเพิ่มเวลากวนไปเรื่อย ๆ เพื่อชดเชยครีมที่แห้งหรือหมดอายุใช้งาน
Under-wipe ต้องเลือกทั้งความถี่และลำดับการเช็ด โหมด dry ใช้เก็บคราบเล็กน้อย ส่วน wet ใช้น้ำยาที่เข้ากันได้กับครีมและ Stencil เพื่อช่วยละลายคราบ และ vacuum ช่วยดูดครีมตกค้างบริเวณช่องเปิด ลำดับ wet/vacuum/dry ให้ตั้งตามระบบของเครื่องและสภาพคราบจริง โดยต้องไม่เหลือน้ำยาบนผิวก่อนเริ่มพิมพ์แผ่นถัดไป หากเริ่มพบคราบต่อเนื่องหรือค่า offset และ volume แกว่ง ควรตรวจการแนบผิว การรองรับบอร์ด และ alignment ร่วมด้วย
SPI ตรวจอะไร และตั้งเกณฑ์ยอมรับอย่างไร
SPI (Solder Paste Inspection) เป็นจุดตรวจหลังพิมพ์และก่อนวางชิ้นส่วน ช่วยจับปัญหาก่อนเข้า reflow โดยวัด volume, height, area และ offset ของกองครีมเทียบกับค่าที่กำหนดในโปรแกรม เกณฑ์ต้องแยกตามชนิดแพดและความเสี่ยงของชิ้นส่วน ไม่ควรใช้ tolerance เดียวครอบทั้งบอร์ด
| รายการตรวจ | ตัวอย่างช่วงยอมรับทั่วไป / แนวทาง | เงื่อนไขการตัดสิน |
|---|---|---|
| Volume | ประมาณ 50–150% ของค่า nominal เป็นตัวอย่างช่วงตั้งต้นที่ค่อนข้างกว้าง | งาน fine pitch ต้องปรับช่วงให้แคบลงตามผลทดลองและความสามารถของกระบวนการ ไม่ใช่ผ่านช่วงนี้แล้วถือว่าดีทุกกรณี |
| Height | ตัวอย่างช่วงตั้งต้นประมาณ ±30% ของความสูงเป้าหมาย | ยืนยันความสูงเป้าหมายจากงานพิมพ์ที่ผ่านการรับรอง และดูร่วมกับ volume กับ area |
| Area | กำหนดช่วงเทียบกับพื้นที่กองครีมเป้าหมายของแต่ละ aperture | ต้องแยกพื้นที่ที่ลดไว้โดยตั้งใจใน paste layer ออกจากกรณีพิมพ์ไม่เต็ม |
| Offset | กำหนดระยะคลาดเคลื่อน X/Y ตามขนาดแพดและระยะห่างถึงแพดข้างเคียง | งาน pitch ถี่ต้องคุมแคบขึ้น และต้องไม่มีกองครีมล้ำจนเสี่ยงเชื่อมถึงกัน |
| Bridging / insufficient | Reject เมื่อพบครีมเชื่อมข้ามแพด หรือปริมาณต่ำกว่าเกณฑ์ของแพดนั้น | กักบอร์ดและแก้สาเหตุก่อนเดินงานต่อ แม้ค่ารวมบางรายการยังอยู่ในช่วงยอมรับ |
เพื่อให้ผล SPI เปรียบเทียบกันได้ ต้องใช้ PCB revision, Stencil revision และโปรแกรมตรวจที่ตรงกัน ระบุให้ชัดว่า nominal volume อ้างอิงปริมาตรช่องเปิดหรือค่าเป้าหมายที่ผ่านการยืนยันแล้ว และตรวจการสอบเทียบกับระนาบอ้างอิงความสูงของเครื่อง บันทึกชนิดและล็อตครีม อายุครีมหลังเปิดใช้ print recipe สภาพแวดล้อม และจำนวนแผ่นนับจาก under-wipe ล่าสุด พร้อมตรวจแผ่นแรกหลังตั้งงาน หลังหยุดไลน์ และหลังปรับพารามิเตอร์ เงื่อนไขเหล่านี้ทำให้ SPI ใช้ควบคุมกระบวนการได้จริง ส่วน void ใต้ QFN ต้องยืนยันหลัง reflow ด้วย X-ray เพราะ SPI มองไม่เห็นโพรงในรอยบัดกรี
---
คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
Q1: ควรเลือก Framed หรือ Frameless Stencil?
Framed Stencil เหมาะกับ Production Line ที่ใช้เครื่อง Stencil Printer อัตโนมัติ เพราะยึดกับเครื่องได้มั่นคง ส่วน Frameless Stencil เหมาะกับงาน Prototype หรือ Low Volume ที่ใช้ Manual Printing เพราะราคาถูกกว่า 50-70% และเก็บรักษาง่ายกว่า
Q2: Nano-Coating บนสเตนซิลช่วยอะไร?
Nano-Coating เป็นชั้นเคลือบผิวสเตนซิลที่ลดแรงยึดเกาะระหว่าง Solder Paste กับผนัง Aperture ช่วยให้ Paste หลุดออกได้สมบูรณ์ขึ้น โดยเฉพาะ Aperture ที่มี Area Ratio ใกล้เคียงค่าขั้นต่ำ ลดความถี่ในการทำความสะอาดสเตนซิลได้ถึง 50%
Q3: สเตนซิล 1 แผ่น ใช้ได้กี่ครั้ง?
ขึ้นอยู่กับประเภท: Laser Cut ใช้ได้ 50,000+ พิมพ์, Electroformed ใช้ได้ 100,000+ พิมพ์, Chemical Etch ใช้ได้ 10,000+ พิมพ์ ทั้งนี้ต้องดูแลรักษาอย่างเหมาะสม ถ้าเห็นว่าคุณภาพการพิมพ์เริ่มลดลง (Paste ติดค้าง, Volume ไม่สม่ำเสมอ) ควรตรวจสอบและพิจารณาเปลี่ยนแม้ยังไม่ถึงจำนวนพิมพ์ที่กำหนด
Q4: ใช้ Solder Paste Type ไหนกับสเตนซิลหนาเท่าไหร่?
Type 3 (25-45 µm) เหมาะกับสเตนซิล 0.12-0.20mm สำหรับชิ้นส่วนทั่วไป, Type 4 (20-38 µm) เหมาะกับสเตนซิล 0.08-0.12mm สำหรับ Fine Pitch, Type 5 (15-25 µm) เหมาะกับสเตนซิล 0.06-0.10mm สำหรับ Ultra Fine Pitch
Q5: Step Stencil ต้องเพิ่มต้นทุนเท่าไหร่?
Step Stencil มีราคาสูงกว่า Flat Stencil ทั่วไปประมาณ 30-80% ขึ้นอยู่กับจำนวน Step และความซับซ้อน แต่สำหรับบอร์ดที่มี Mixed Component ขนาดต่างกันมาก การลงทุน Step Stencil มักคุ้มค่ากว่าการ Compromise ใช้ความหนาเดียว เพราะลด Defect Rate ได้อย่างมีนัยสำคัญ
---
Q6: บอร์ดผสมที่มีทั้ง 0402/0201 กับ connector หรือ QFN thermal pad ควรเลือกความหนา Stencil อย่างไร?
เริ่มจากชิ้นส่วนที่มี pitch ถี่ที่สุดและ aperture เล็กที่สุด โดยตรวจ Area Ratio ให้ได้อย่างน้อย 0.66 ตามแนวทางทั่วไป แล้วจึงดูว่าชิ้นส่วนใหญ่ได้ปริมาณ Solder Paste เพียงพอหรือไม่ หากปริมาณครีมที่ต้องการต่างกันมาก ให้ใช้ Step Stencil เพื่อเพิ่มหรือลดความหนาเฉพาะจุด หรือใช้ความหนาที่เหมาะกับชิ้นเล็กแล้วชดเชยด้วย aperture design ภายในพื้นที่ที่ไม่เสี่ยง bridging สำหรับ QFN thermal pad แม้แพดจะใหญ่ก็ไม่ควรเพิ่มครีมตามขนาดแพดอย่างเดียว ต้องคุม coverage และ standoff ร่วมด้วย
Q7: สั่งทำ Stencil ต้องส่งไฟล์อะไรให้โรงงาน?
ส่ง Gerber ของ Top Paste และ/หรือ Bottom Paste ให้ตรงกับด้านที่จะประกอบ พร้อม copper pad, solder mask, board outline และตำแหน่ง fiducial เพื่อให้โรงงานตรวจความสัมพันธ์ของช่องเปิดกับแพดได้ ระบุความหนาบอร์ด ขนาดและรูปแบบ panel รวมถึงขอบจับงาน ทิศทางเข้าเครื่อง และขนาดกรอบที่ใช้ พร้อมแจ้งความหนา Stencil และ finish ที่ต้องการ เช่น electropolish หรือ nano-coating แนบ assembly drawing หรือรายการชิ้นส่วนสำคัญเพื่อให้ตรวจ fine pitch และ thermal pad ได้ครบ และระบุ revision ให้ตรงกันทุกไฟล์ รวมถึงแจ้งว่า paste layer ปรับ aperture มาแล้วหรือให้โรงงานเสนอปรับก่อนผลิต
Q8: QFN thermal pad มี solder ล้นหรือ void ควรปรับ aperture อย่างไร?
ใช้ window-pane หรือ segmented aperture แบ่งช่องเปิดบน thermal pad เป็นช่องย่อย โดยช่วงเริ่มต้นทั่วไปคือพื้นที่ช่องเปิดรวมประมาณ 50–80% ของพื้นที่ thermal pad ทั้งหมด ไม่ใช่ลดลง 50–80% การแบ่งช่องช่วยคุมปริมาณครีมและเปิดทางให้สารระเหยออกระหว่าง reflow ลดความเสี่ยง solder ล้นและตัวชิ้นส่วนลอยสูงจนขารอบนอกสัมผัสไม่ดี แต่ต้องตรวจ Area Ratio ของช่องย่อยด้วย ค่า coverage ที่เหมาะสมต้องอ้างอิงคำแนะนำของผู้ผลิตชิ้นส่วน แล้วปรับร่วมกับชนิดครีม thermal via และ reflow profile โดยยืนยัน void ด้วย X-ray และตรวจ standoff หลังบัดกรี ไม่สามารถรับประกันว่าเปลี่ยน aperture อย่างเดียวแล้ว void จะหาย
แหล่งอ้างอิง (References)
- IPC-7525B: Stencil Design Guidelines — มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการออกแบบสเตนซิล
- A Guide to Effective Stencil Design — Surface Mount Process — คู่มือการออกแบบสเตนซิลที่ครอบคลุม
- The Design Principles of Stencil Apertures — Bittele Electronics — หลักการออกแบบ Aperture
- Common Solder Paste Stencil Defects — ScanCAD — ข้อบกพร่องที่พบบ่อยของสเตนซิล
---
บทความที่เกี่ยวข้อง
- SMT vs THT Assembly — เปรียบเทียบฉบับสมบูรณ์
- BGA vs QFP vs QFN — เปรียบเทียบ IC Package
- คู่มือ SMT Defects Troubleshooting
- PCB Testing Methods: คู่มือฉบับสมบูรณ์
- Turnkey PCB Assembly คู่มือฉบับสมบูรณ์
- DFM Checklist: Design for Manufacturing
---
ต้องการคำปรึกษาเรื่องการเลือก Solder Paste Stencil สำหรับโปรเจกต์ของคุณ? ติดต่อทีมวิศวกรของเรา ที่มีประสบการณ์มากกว่า 15 ปีในการ ประกอบ SMT พร้อมให้คำแนะนำเฉพาะทางสำหรับทุกอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็น ยานยนต์, อุปกรณ์การแพทย์ หรือ โทรคมนาคม 5G — ขอใบเสนอราคา
