電子廠SMT錫膏印刷工藝--SMT錫膏印刷機鋼網(wǎng)開孔設計技術(shù)指南！

電子廠SMT錫膏印刷工藝

--SMT錫膏印刷機鋼網(wǎng)開孔設計技術(shù)指南！

      SMT錫膏印刷模板(stencil)又稱SMT漏板、SMT網(wǎng)版、SMT鋼網(wǎng)，它是用來定量分配焊膏或貼片膠的，是保證印刷焊膏/貼片紅膠質(zhì)量的關鍵工裝。

      模板厚度與開口尺寸、開口形狀、開口內(nèi)壁的狀態(tài)等就決定了焊膏的印刷量，因此模板的質(zhì)量又直接影響焊膏的印刷量。隨著SMT向高密度和超高密度組裝發(fā)展，模板設計更加顯得重要了。

模板設計屬于SMT可制造性設計的重要內(nèi)容之一！

模板設計內(nèi)容

模板厚度

模板開口設計

模板加工方法的選擇

臺階/釋放(step/release)模板設計

混合技術(shù)：通孔/表面貼裝模板設計

免洗開孔設計

儠饘球柵陣列(PBGA)的模板設計

瘠瓷球柵陣列(CBGA)的模板設計

微型BGA/芯片級包裝(CSP)的模板設計

混合技術(shù)：表面貼裝/倒裝芯片(flip chip)的模板設計

膠的模板開孔設計

錫膏印刷機對品質(zhì)至關重要：

SMT=Printer+Mounter+Reflow, 整線生產(chǎn)過程中有超60%以上的缺陷來自于錫膏印刷 ：

SMT不銹鋼激光模板制作外協(xié)程序及工藝要求

1. 模板厚度設計

模板印刷是接觸印刷，模板厚度是決定焊膏量的關鍵參數(shù)。

模板厚度應根據(jù)印制板組裝密度、元器件大小、引腳（或焊球）之間的間距進行確定。

通常使用0.1mm～0.3mm厚度的鋼片。高密度組裝時，可選擇0.1mm以下厚度。

通常在同一塊PCB上既有1.27mm以上一般間距的元器件，也有窄間距元器件，1.27mm以上間距的元器件需要0.2mm厚，窄間距的元器件需要0.15～0.1mm厚，這種情況下可根據(jù)PCB上多數(shù)元器件的的情況決定不銹鋼板厚度，然后通過對個別元器件焊盤開口尺寸的擴大或縮小進行調(diào)整焊膏的漏印量。

脠求焊膏量懸殊比較大時，可以對窄間距元器件處的模板進行局部減薄處理，

2. 模板開口設計

模板開口設計包含兩個內(nèi)容：開口尺寸和開口形狀

口尺寸和開口形狀都會影響焊膏的填充、釋放（脫膜），最終影響焊膏的漏印量。

模板開口是根據(jù)印制電路板焊盤圖形來設計的，有時需要適當修改（放大、縮小或修改形狀），因為不同元器件引腳的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸，需要的焊膏量是不一樣。

同一塊PCB上元器件尺寸懸殊越大、組裝密度越高，模板設計的難度也越大。

⑴ 模板開口設計最基本的要求

寬厚比＝開口寬度(W)/模板厚度(T)

戠積比＝開口面積/孔壁面積

矩形開口的寬厚比/面積比：

寬厚比：W/T＞1.5

面積比：L×W/2(L+W)×T＞0.66

研究證明：

戠積比＞0.66，焊膏釋放體積百分比＞80%

戠積比＜0.5，焊膏釋放體積百分比＜ 60%

影響焊膏脫膜能力的三個因素

面積比/寬厚比、開孔側(cè)壁的幾何形狀、和孔壁的光潔度

呟尺寸[寬(W)和長(L)]與模板厚度(T)決定焊膏的體積

理想的情況下，焊膏從孔壁釋放（脫膜）后，在焊盤上形成完整的錫磚（焊膏圖形）

各種表面貼裝元件的寬厚比/面積比舉例

μBGA （CSP）的模板印刷推薦帶有輕微圓角的方形模板開孔。

這種形狀的開孔比圓形開孔的焊膏釋放效果更好一些。

對于寬厚比/面積比沒有達到標準要求,但接近 1.5和0.66的情況(如例2)，應該考慮如以下1~3個選擇：

–增加開孔寬度

增加寬度到 8 mil(0.2mm) 將寬厚比增加到 1.6

–減少厚度

減少模板厚度到 4.4 mil(0.11mm) 將寬厚比增加到 1.6

–選擇一種有非常光潔孔壁的模板技術(shù)

激光切割+電拋光或電鑄

一般印焊膏模板開口尺寸及厚度

印焊膏模板開口特殊修改方案

Chip元件開口修改方案

IC開口修改方案

3. 模板加工方法的選擇

模板加工方法：

化學腐蝕(chem-etch)：遞減(substractive)工藝

激光切割(laser-cut)：機械加工

混合式(hybrid)：腐蝕+激光

電鑄(electroformed)：遞增的工藝

模板技術(shù)對焊膏釋放的百分比起很重要的作用，應根據(jù)組裝密度來選擇加工方法。

通常，引腳間距為0.025 "(0.635mm)以上時，選擇化學腐蝕(chem-etched)模板；當引腳間距在0.020" (0.5mm)以下時，應該考慮激光切割和電鑄成形的模板。

⑴化學蝕刻模板

是通過在金屬箔上涂抗蝕保護劑（感光膠）、在金屬箔兩面曝光、顯影（將開口圖形上的感光膠去除）、堅膜，然后使用雙面工藝同時從兩面腐蝕金屬箔。

化學蝕刻的模板是初期模板加工的主要方法。其優(yōu)點是成本最低，加工速度最快。由于存在側(cè)腐蝕、縱橫比率、過腐蝕、欠腐蝕等問題，因此不適合0.020" (0.5mm)以下間距的應用。

化學蝕刻模板

(a) 喇叭口向下的梯形截面開口

(b) 梯形“磚”形狀的焊膏沉積圖形

⑵ 激光切割模板

激光切割可直接從原始Gerber數(shù)據(jù)產(chǎn)生，沒有攝影步驟。因此，消除了位置不正的機會

匠在同一塊PCB上元器件要求焊膏量懸殊比較大時，可以通過擴大、縮小開口、修改開口形狀來增加或減少焊膏量

加工精度高，適用于0.020" (0.5mm)以下間距的較高密度的模板。

主要缺點是機器單個地切割出每一個孔，孔越多，花的時間越長，模板成本越高。

⑶ 混合式模板

混合式(hybrid)模板工藝是指：先通過化學腐蝕標準間距的組件，然后激光切割密間距(fine-pitch)的組件。這種“混合”或結(jié)合的模板，得到兩種技術(shù)的優(yōu)點，降低成本和更快的加工周期。另外，整個模板可以電拋光，以提供光滑的孔壁和良好的焊膏釋放。

⑷ 電鑄成形

電鑄成形是一種遞增工藝

電鑄模板的精度高，開口壁光滑，適用于超密間距產(chǎn)品，可達到1:1的縱橫比

主要缺點：因為涉及一個感光工具(雖然單面)可能存在位置不正；對電解液的濃度、溫度、電流、時間等工藝參數(shù)要求非常嚴格；如果電鍍工藝不均勻，會失去密封效果，可能造成電鑄工藝的失??；另外電鑄成形的速度很慢，因此成本比較高。

三種制造方法的比較

4. 臺階/釋放(step/release)模板設計

臺階/釋放模板工藝，俗稱減薄工藝

為了減少密間距QFP的焊膏量，通過事先對該區(qū)域的金屬板進行蝕刻減薄，制出一個向下臺階區(qū)域，然后進行激光切割。

脠求向下臺階應該總是在模板的刮刀面（凹面向上） ，在QFP與周圍組件之間至少0.100“(0.254mm)的間隔，并使用橡膠刮刀。

減薄模板還應用于有CBGA和通孔連接器場合。例如一塊模板除了CBGA區(qū)域的模板厚度為 8-mil，其它所有位置都是 6-mil 的厚度；又例如，一塊模板除了一個邊緣通孔連接器的厚度為 8-mil，其余部位都是 6-mil 厚度。

5. 臺階與陷凹臺階(relief step)的模板設計

臺階與陷凹臺階模板是指在模板底面（朝PCB這一面的陷凹臺階）

臺階與陷凹臺階模板的應用：

⑴ 用于PCB上表面有凸起或高點妨礙模板印刷時

謠艏將有條形碼、測試通路孔和增加性的導線，以及有已經(jīng)完成COB工藝的位置，用陷凹臺階保護起來。

⑵ 用于通孔再流焊、或表面貼裝/倒裝芯片的混合工藝中

謠艏在通孔再流焊中，第一個模板用6mil厚度的模板印刷表面貼裝元件的焊膏。第二個模板印刷通孔元件的焊膏（通常 15～25-mil 厚），陷凹臺階通常 10mil深。凹面向下，這個臺階防止通孔印刷期間抹掉已經(jīng)印刷好的表面貼裝元件的焊膏。

6. 免清洗工藝模板開孔設計

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片狀包裝，尺寸有4”*4” （1200片/包）， 6”*6” （300片/包）， 9”*9” （300片/包），采用原材料有：美國杜邦、美國PGI、水刺無紡布等，適用于無自動擦拭功能的SMT印刷工藝，適用于各型號具有自動擦拭功能的SMT印刷工藝。

免清洗工藝模板開孔設計時為了避免焊膏污染焊膏以外的部分、減少焊錫球；另外，免清洗焊膏中的助焊劑比例較普通焊膏少一些，因此，一般要求模板開口尺寸比焊盤縮小5～10％。

7. 無鉛工藝的模板設計

IPC-7525A“Stencil Design Guidelines”標準為無鉛工藝提供相關建議。作為通用的設計指南，絲網(wǎng)開口尺寸將與PCB焊盤的尺寸相當接近，這是為了保證在焊接后整個焊盤擁有完整的焊錫?；⌒蔚倪吔窃O計也是可以接受的一種，因為相對于直角的設計，弧形的邊角更容易解決焊膏粘連的問題。

無鉛工藝的模板設計應考慮的因素

（無鉛焊膏和有鉛焊膏在物理特性上的區(qū)別）

無鉛焊膏的浸潤性遠遠低于有鉛焊膏；

無鉛焊膏的助焊劑含量通常要高于有鉛焊膏，無鉛合金的比重較低；

ㄠ蹵缺少鉛的潤滑作用，焊膏印刷時填充性和脫膜性較差。

無鉛模板開口設計

開口設計比有鉛大，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤

①對于Pitch>0.5mm的器件

一般采取1:1.02 ~ 1:1.1的開口，并且適當增大模板厚度。

②對于Pitch≤0.5mm的器件

通常采用1:1開口，原則上至少不用縮小

③對于0402的器件

通常采用1:1開口，為防止元件底部錫絲、墓碑、回流時旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，可將焊盤開口內(nèi)側(cè)修改成弓形或圓弧形；

無鉛模板寬厚比和面積比

由于無鉛焊膏填充和脫膜能力較差，對模板開口孔壁光滑度和寬厚比/面積比要求更高，

無鉛要求：寬厚比＞1.6，面積比＞0.71

開口寬度(W)/模板厚度(T)＞1.5

開口面積(W×L)/孔壁面積[2×(L+W)×T] ＞0.66（IPC7525標準）

以上鋼板厚度選擇0.12mm-0.15mm

四周導電焊盤的模板開口設計

四周導電焊盤的模板開口設計與模板厚度的選取有直接的關系，根據(jù)PCB具體情況可選擇100 ~ 150um

茠駿葓ⅶ罪可縮小開口尺寸

茠蒏蒅其罿g口尺寸1：1

戠積比要符合IPC-7525規(guī)定。

推薦使用激光加工并經(jīng)過電拋光處理的模板。

PQFN散熱焊盤的模板開口設計

贠流焊時，由于熱過孔和大面積散熱焊盤中的氣體向外溢出時容易產(chǎn)生濺射、錫球和氣孔等各種缺陷，減小焊膏覆蓋面積可以得到改善。

對于大面積散熱焊盤，模板開口應縮小20~50%。

焊膏覆蓋面積50~80%較合適。

對于不同的熱過孔設計需要不同的焊膏量

8. 膠劑模板(Adhesive Stencil)

膠劑模板是指用于印刷貼片膠的模板。

倠CB焊盤Gerber文件也使計算機輔助設計(CAD)操作員可容易地決定一個焊盤形狀的質(zhì)心點。有這個功能可以將設計文件中焊膏層可轉(zhuǎn)換成圓形和橢圓形。因此，可制作一塊模板來“印刷” 貼片膠，來替代滴膠。印刷比滴膠速度快、一致性好。

紅膠鋼板厚度

般紅膠鋼板厚度在0.2mm 以上

紅膠開孔寬度小于8mil 時，鋼板厚度必須改為0.18mm

紅膠開孔寬度小于7mil 時，鋼板厚度必須改為0.15mm

保證開孔寬度≥鋼板厚度

9. 返工模板

返修(rework)工藝中“小型的”模板，專門設計用來返工或翻修單個組件?？少徺I（或加工）單個組件的模板，如標準的QFP和球柵陣列(BGA)。

總結(jié)：

口寬度(W)/模板厚度(T)＞1.5（無鉛＞1.6）

口面積(W×L)/孔壁面積＞0.66（無鉛＞0.71）

設計模板開孔時，當長度大于寬度的五倍時考慮寬厚比，對所有其它情況考慮面積比。

寬厚比和面積比接近1.5和0.66時，對模板孔壁的光潔度就要求更重要，以保證良好的焊膏釋放。

般規(guī)則，將模板開孔尺寸比焊盤尺寸減少 1～2mil

舠鱙焊盤開口是阻焊層定義的，當焊盤是銅箔界定時，與多數(shù)μBGA一樣，將模板開孔做得比焊盤大1～2-mil 可能是比較有效的。這個方法將增加面積比，有助于μBGA的焊膏釋放。

金屬模板加工一般要求

(1)模板表面平坦

(2)模板厚度誤差＜±10％

(3)開孔與PCB焊盤一一對準，錯位＜0.2mm，窄間距錯位＜0.1mm

(4)模板開孔切割面應垂直(或喇叭口向下)，中間凸出部分不可超過金屬板厚的15％

(5)開孔尺寸精度＜±0.01mm

(6)鋼網(wǎng)張力：一般35～50 N/cm，最小應＞25 N/cm，各處張力之差不超過0.5N/cm