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SMT如何選擇制作合適的鋼網



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          SMT如何選擇制作合適的鋼網在SMT過程中,焊膏的印刷質量將直接影響表面貼裝的加工質量,而在焊膏印刷印刷質量與鋼網模板的質量直接相關,因此正確設計及理解SMT鋼網模板的制作要求,選擇恰當的模板厚度和設計開口尺寸等參數,將是確保焊膏的印刷質量的關鍵。 網孔與模板的設計注意事項:

    a. 若PCB板上有各種不同間距的貼片元器件,此時需要根據實際的情況決定模板的厚度;模板的厚度應首先滿足占多數的貼片元器件要求,再折中選擇;然后通過調整網孔尺寸的大小(擴大或縮小)來滿足其它貼片元器件對錫膏量的要求。例如,同一塊PCB上有的元器件要求0.2mm厚,另一些元器件要求0.15-0.12mm厚,此時可選擇不銹鋼板厚度為0.18mm;那么,一般間距元器件的網孔可以設計為1:1,而對要求焊膏量多的大Chip元件以及PLCC,網孔的面積應擴大5-10%,反之,對于引腳間距為0.65和0.5mm的QFP等器件,其網孔面積應縮小5-10%;

    b. 如果調整網孔尺寸的大小無法實現 (如擴大會導致相鄰PAD橋接,縮小導致吃錫量不夠)時,則可以對窄間距元器件所在的模板區域進行局部減薄處理;但這會造成錫膏在模板上的殘留量增加,而導致模板的清洗頻率增加;

    c. 高密度、窄間距情況下網孔的長寬或面積一般要比焊盤的面積小5-10%左右,以減少焊盤上錫膏的面積,同時改善因焊盤的定位不準而引起的鋼網與焊盤之間的框架的密封不良而導致的錫膏在鋼網和PCB 之間的“炸開”情況,從而降低鋼網底面的清潔頻率;

    高密度、窄間距情況下網孔的尺寸計算:

                網孔的周長*鋼網模板的厚度=0.66*網孔的面積,

                網孔的寬度³1.5*鋼網模板的厚度;

    d. 不同的是,CBGA及TinyBGA封裝的元器件、通孔直插式元件(PTH, PICC, DIP)及PCB板上的貫孔,需要適當增加網孔的面積以保證它們可以充分吃錫;

    e. 當使用免清洗焊膏,采用免清洗工藝時,為了提高印刷質量,模板的開口尺寸應縮小5%;

    f. 網孔的設計應當為喇叭口型(沉孔設計)或梯形,其緊貼PCB板的一側孔徑應比刮刀(Squeegee)使用的另一側略大,以保證脫模(Snap-off)時印刷的焊膏圖形完整,邊緣清晰,從而提高印刷質量;

    g. 當引腳間距為0.5mm以下時,需要采用電拋光工藝去除網壁的毛刺,以保證印刷質量;

    h. 錫膏印刷與貼片膠印刷,模板的加工略有不同;

    i. 模板需要標記適用的機種名稱,PCB板的料號、版本,模板厚度、加工日期等信息,且不可擦除,不易磨損;

    j. 網框尺寸需根據印刷機的框架結構尺寸來確定,一般與印刷機網框尺寸相同;特殊情況下,可以配合SMT設備配備的網框適配器設計小尺寸網框;

    k. 鋼網模板尺寸應比網孔區域大30mm以上,以滿足刮刀放置及方便焊膏流動為原則; 

    l. PCB Mark的圖形不能刻透;若刻透,則必須封黑膠處理。另外,對半自動印刷,模板上不需要制作Mark圖形。

  

    4. 一般的網孔的加工方式有:

    * 電化學腐蝕(Etching): 網孔成形精度比較差,但成本較低且易加工;適合引腳寬度0.65mm以上的貼片元器件(如QFP封裝器件);

    * 激光切割(Laser cut): 網孔成形精度比較好,但成本稍高,有時因孔壁毛刺需二次加工;適合引腳寬度0.5mm以上的貼片元器件(如OFP封裝器件);

    * 電鑄法(Electroformed): 網孔一次成形精度很高,但成本較高且制作周期長;適合引腳寬度0.3mm以上的貼片元器件(如QFP封裝器件);

 

    SMT鋼網(Stencil) 模板的設計 對鋼網模板質量產生影響的關鍵因素有:模板材料與厚度、開孔的類型與尺寸及、模板與孔壁的平整度(加工方式)等,因此在鋼網模板設計、加工、檢驗及生產過程中必須對它們重點關注。

 

鋼網模板設計

 

    1.資料準備,鋼網模板設計前,必須要準備的一些資料:

    - 如果有PCB Layout,則需根據貼裝計劃提供:

     (1)含Mark的貼片元器件(SMD)所在的焊盤層(PADS);

     (2)與貼片器元件的焊盤相對應的絲印層(SILK);

     (3)含PCB邊框的頂層(TOP);

     (4)如果是拼板,需給出拼板圖。

    - 若沒有PCB Layout,則需要有PCB樣板或與PCB樣板1:1的菲林膠片或掃描圖片,具體包含:

     (1)Mark的設置,PCB外形數據及貼片元件的焊盤位置等信息,如果是拼板,需給出拼板樣式;

     (2)必須注明印刷面。

 

    2.鋼網模板材料的選擇

    鋼網模板材料的選擇,必須要考慮材料本身的剛度,耐腐蝕性、延展性及熱膨脹系數等因素,它們將直接影響到模板的使用壽命(模板的銹蝕,扭曲及網孔的變形)。常見的鋼網模板材料有錫磷青銅、不銹鋼及鎳鉻合金等,其中不銹鋼最為常見。

 

    3.厚度的選擇與網孔(Aperture)的設計

    SMT印刷過程中錫膏量的控制,是SMT制程品質控制的重要關鍵因素之一。錫膏量與鋼網模板的厚度、網孔形狀尺寸有直接關系(刮刀的速度及其施加的壓力也有一定的影響);其中模板的厚度決定了錫膏圖形的厚度(兩者基本相同),因此選擇模板厚度后,就可以通過適當修改開口尺寸來彌補不同元器件對焊膏量的不同需求。

    模板厚度的選擇,應根據印制板組裝密度、元器件大小、引腳(或焊球)之間的間距進行確定。—般來說,焊盤及其間距較大的元器件要求焊膏量多一些,對應的模板應厚一點;反之,焊盤較小及其間距較窄的元器件(如窄間距的QFP和CSP)要求焊膏量少一些,則對應的模板應薄一點。

    根據經驗,一般的SMT元器件焊盤上錫膏量應保證在0.8mg/mm2左右,對窄間距元器件則在0.5mg/mm2左右。太多則容易造成過度吃錫、連錫(Solder Bridge)等問題,太少則容易造成吃錫不夠、焊接強度不夠等問題。下面的表格針對不同的元器件提出了相應的網孔及鋼網模板設計方案,可以作為設計參考:

 

 

    一般常用的網孔的形狀有正方形、長方形、橢圓形及圓形等(如下圖所示)。網孔的形狀設計根據PCB Layout中的焊盤(PAD)形狀來決定,并根據焊盤的間距作適當調整。


       5. 鋼網模板的檢查

    (1)檢查網框尺寸是否符合要求,繃網質量如何,繃網越緊印刷質量越好;

    (2)檢查模板網孔的外觀質量,有無明顯的缺陷,如網孔的形狀、高密度或窄間距的引腳相鄰間離有無異常;

    (3)用放大鏡或顯微鏡檢查焊盤開口的喇叭口是否向下,開口四周內壁是否光滑、有無毛刺,重點檢查窄間距IC引腳開口的加工質量;

    (4)將該產品的印制板放在模板下底面,用模板的漏孔對準印制板焊盤圖形,檢查圖形是否完全對準,有無多孔(不需要的開口)和少孔(遺漏的開口)。

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