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：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：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構、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

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”或結合的模板，得到兩種技術的優(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?。涣硗怆婅T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、回流時旋轉等現(xiàn)象，可將焊盤開口內(nèi)側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心點。有這個功能可以將設計文件中焊膏層可轉換成圓形和橢圓形。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：

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