1、木森激光技術(shù)交流SMT STENCIL,交流重點,旨在加強我們的技術(shù)交流與技術(shù)服務(wù)，促進彼此的溝通和了解 重點介紹STENCIL工藝和設(shè)計 錯漏之處，在所難免，懇請各位批評指正,SMT模板的重要,“好的模板得到好的印刷結(jié)果，然后自動化幫助使其結(jié)果可以重復(fù)?！蹦０宓牟少彶粌H是裝配工藝的第一步，它也是最重要的一步。模板的主要功能是幫助錫膏的沉積(deposition)。目的是將準(zhǔn)確數(shù)量的材料轉(zhuǎn)移到光板(bare PCB)上準(zhǔn)確的位置。錫膏阻塞在模板上越少，沉積在電路板上就越多。因此，當(dāng)在印刷過程中某個東西出錯的時候，第一個反應(yīng)是去想到模板。應(yīng)該記住，還有比模板更重要的參數(shù)，可影響其性能。這些變量包

2、括印刷機、錫膏的顆粒大小和黏度、刮刀的類型、材料、硬度、速度和壓力、模板從PCB的分離(密封效果)、阻焊層的平面度、和元件的平面性。,一、SMT模板類型,化學(xué)蝕刻 激光切割 電鑄成型,當(dāng)用于最緊密的間距為0.025“（0.635mm)以上的應(yīng)用時，化學(xué)腐蝕(chem-etched)模板和其它技術(shù)同樣有效。相反，當(dāng)處理0.020”（0.5mm)以下的間距時，應(yīng)該考慮激光切割和電鑄成形的模板。雖然后面類型的模板對0.025以上的間距也很好，但對其價格和周期時間可能就難說了。,1-1化學(xué)蝕刻,化學(xué)蝕刻的不銹鋼模板的制作是通過在金屬箔上涂抗蝕保護劑、用銷釘定位感光工具將圖形曝光在金屬箔兩面、然后使用雙

3、面工藝同時從兩面腐蝕金屬箔。由于工藝是雙面的，腐蝕劑穿過金屬所產(chǎn)生的孔，即開口，不僅從頂面和底面，而且也水平地腐蝕。該技術(shù)的固有特性是形成刀鋒、或沙漏形狀。當(dāng)在0.020“（0.5mm)以下間距時，這種形狀產(chǎn)生一個阻礙錫膏的機會,1-1化學(xué)蝕刻,關(guān)鍵工藝控制要素 STENCIL開孔設(shè)計 FILM制作精度 曝光量控制 側(cè)腐蝕控制和補償 腐蝕液控制,1-2激光切割,直接從客戶的原始Gerber數(shù)據(jù)產(chǎn)生，激光切割不銹鋼模板的特點是沒有攝影步驟。因此，消除了位置不正的機會。模板制作有良好的位置精度和可再生產(chǎn)性。Gerber文件，在作必要修改后，傳送到(和直接驅(qū)動)激光機。物理干涉少，意味著出錯機會少。

4、雖然有激光光束產(chǎn)生的金屬熔渣(蒸發(fā)的熔化金屬)的主要問題，但現(xiàn)在的激光切割器產(chǎn)生很少容易清除的熔渣。,1-2激光切割,關(guān)鍵工藝控制要素 STENCIL開孔設(shè)計 激光切割參數(shù)調(diào)校 激光燈管能量衰減控制,1-3電鑄成型,一種遞增而不是遞減的工藝，制作出一個鎳金屬模板，具有獨特的密封特性，減少錫橋和對模板底面清潔的需要。該工藝提供近乎完美的定位，沒有幾何形狀的限制，具有內(nèi)在梯形的光滑孔壁和低表面張力，改進錫膏釋放。鎳沉積在銅質(zhì)的陰極心上以形成開孔。一種光敏干膠片疊層在銅箔上(大約0.25厚度)。膠片用紫外光通過有模板圖案的遮光膜進行聚合。經(jīng)過顯影后，在銅質(zhì)心上產(chǎn)生陰極圖案，只有模板開孔保持用光刻膠(

5、photoresist)覆蓋。然后在光刻膠的周圍通過鍍鎳形成了模板。在達到所希望的模板厚度后，把光刻膠從開孔除掉。電鑄成型的鎳箔通過彎曲從銅心上分開 - 一個關(guān)鍵的工藝步驟。,1-3電鑄成型,關(guān)鍵工藝控制要素 STENCIL開孔設(shè)計 基板圖形制作精度 電沉積藥液控制 厚度均勻性控制 基板剝離,1-4工藝比較,參數(shù)比較,1-4工藝比較,應(yīng)用比較,1-5混合工藝,腐蝕與激光 STEP-DOWN STEP-UP 電拋光,1-5混合工藝,局部減薄模板 用較厚模板印刷FP或FP元件錫膏時應(yīng)用 如用0.13-0.15厚模板,0.5 BGA處需減薄到0.1 減薄量一般不超過0.05 “L”至少應(yīng)大于0.1

6、用電鑄或腐蝕實現(xiàn) 一般常用B工藝,A、減薄在PCB接觸面 B、減薄在印刷面,電拋光,在激光光束熔斷金屬的同時，金屬熔渣（蒸發(fā)的熔化金屬）造成孔壁粗糙，增加開口孔壁磨擦力，影響錫膏的脫模性。但是，電拋光技術(shù)的出現(xiàn)，可以提供光滑的孔壁和良好的錫膏釋放。,二、模板設(shè)計,設(shè)計依據(jù) 設(shè)計要素 數(shù)據(jù)形式 工藝方法選擇 材料厚度選擇 外框選擇 印刷格式設(shè)計 開孔設(shè)計 常見SMT工藝缺陷分析 常見SMT錫膏印刷缺陷分析,2-1設(shè)計依據(jù),1、理論依據(jù) 總原則：在保證足夠錫量的情況下應(yīng)使錫膏有效釋放 三球定律：至少有三個最大直徑的錫珠能排在模板的厚度方向和最小開孔的寬度方向 寬厚比(Aspect Ratio) :

7、 W/T1.5 面積比(Area Ratio) ： (LW)/ 2(L+W) T 0.66,2-1設(shè)計依據(jù),2、實際應(yīng)用 印刷機：印刷機要求STENCIL外框，MARK點在哪面，印刷格式等 PCB：待裝配PCB要求哪些需開孔，哪些不需要 工藝：印刷膠水還是錫膏？有何種工藝缺陷？是否通孔元件使用SMT工藝？測試點是否開孔？ 裝配密度：裝配密度越高對STENCIL要求越高 產(chǎn)品類別：產(chǎn)品裝配質(zhì)量要求越高對STENCIL要求越高,2-2設(shè)計要素,數(shù)據(jù)形式 工藝方法要求 材料要求 材料厚度要求 框架要求 印刷格式要求 開孔要求 其他工藝需求,2-2設(shè)計要素,1、數(shù)據(jù)形式 GERBER文件格式，RS-2

8、74D或RS-274X 常用CAD軟件一般可由生產(chǎn)商進行格式轉(zhuǎn)換。如ALEGRO，EAGLE，ECAM，PADS，PROTEL，ACAD，PCCAM，PCGERBER etc,2-3數(shù)據(jù)形式,GERBER格式： GERBER文件是美國GERBER公司提出的一種數(shù)據(jù)格式。GERBER文件分為普通GERBER RS-274D文件和加強GERBER RS-274X文件。 普通GERBER RS-274D格式的文件中不包含D-CODE文件，它結(jié)合D-CODE文件，定義了圖形的起始點以及圖形形狀及大小。 加強GERBER RS-274X格式的文件已包含D-CODE文件，它自身定義了圖形的起始點以及圖形形

9、狀及大小。 D-CODE文件定義了電路中線路、孔、焊盤等圖形的形狀及大小。,2-3數(shù)據(jù)形式,2-3數(shù)據(jù)形式,此數(shù)據(jù)中不包含D-CODE。,此數(shù)據(jù)中不包含D-CODE。,2-3數(shù)據(jù)形式,此段告訴我們GERBER文件是英制2-3格式。（小數(shù)點前有兩位數(shù)，小數(shù)點后有三位數(shù)）,D10是0.05X0.07inch的橢圓,D20是0.1inch的圓,D191是0.062X0.062inch的長方形,2-4工藝方法選擇,2-5材料厚度選擇,根據(jù)不同的元件選擇相應(yīng)的鋼片厚度，主要依據(jù)最小開孔和最小間距為考慮，重點兼顧其它，詳見下表或可根據(jù)公式進行計算得出： 若焊盤尺寸L5W時，則按寬厚比計算鋼片的厚度。TW1

10、.5 若焊盤呈正方形或圓形，則按面積比計算鋼片的厚度。T（LW）1.32X（LW）,2-5材料厚度選擇,上表羅例出對一些典型貼裝器件的開孔設(shè)計中的寬厚比/面積比。0.5mm間距的QFP,在0.12厚的模板上開口為0.25*1.27mm,得到2.0的寬厚比.0.4mm間距的QFP,在0.12的模板上開口0.15*1.27mm,得到的1.4的寬厚比,很明顯錫膏釋放將較為困難,怎么辦? 幾種可選擇的方式： a.增加開口寬度(增加到0.2mm將寬厚比增加到1.6); b.減少厚度(選擇鋼片厚度變?yōu)?.1mm,寬厚比也增加到1.6); c.選擇在pitch 0.4mm QFP上做step down； d

11、.選擇一種非常光滑的孔壁質(zhì)量的模板(電拋光模板,電鑄模板);,2-5材料厚度選擇,元件開口設(shè)計及對應(yīng)鋼片厚度表,2-6外框選擇,根據(jù)客戶使用的印刷機對應(yīng)相應(yīng)規(guī)格型材的網(wǎng)框,常見印刷機對STENCIL要求一覽表,2-7印刷格式設(shè)計,印刷格式：印刷區(qū)域在整個STENCIL中的位置及方向 位置要求決定于印刷機的要求 方向要求決定于用戶自動生產(chǎn)線之工藝要求 四周絲網(wǎng)區(qū)域至少應(yīng)有20mm以保證足夠的張力和彈性 最邊緣開孔到內(nèi)粘接邊應(yīng)有50mm以保證刮刀行程 請參見常見印刷機對STENCIL要求一覽表,2-8開孔設(shè)計,必須符合設(shè)計理論依據(jù) 設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是尺寸、形狀兩要素 必須保證：有利于錫膏釋放和脫模

12、；有利于改善工藝缺陷 影響錫膏釋放的三大要素是：寬厚比和面積比；孔壁幾何形狀；孔壁粗糙度 開孔設(shè)計須遵循一般通用規(guī)則，但須以現(xiàn)場工藝環(huán)境作為基礎(chǔ),2-8開孔設(shè)計,若要了解Stencil的開口規(guī)范的話，那么我們必須先了解器件的焊盤形狀及焊盤尺寸，當(dāng)然最另外一個重要的還有不能忽略器件本身的爬錫要求。器件的分類不外乎有表面組裝元件（Surface Mounted Components）、表面組裝器件（Surface Mounted Devices）。SMC器件主要有矩形片式元件、圓柱形片式元件、復(fù)合片式元件、異形片式元件。SMD器件主要有片式晶體管和集成電路，集成電路又包括SOP、SOJ、PLCC、

13、QFP、BGA、CSP 等。,焊盤寬度,焊盤長度,焊盤的中心間距,焊盤間空格寬度,2-8開孔設(shè)計,焊膏印刷是表面貼裝工藝中第一個關(guān)鍵工藝，特別是對于細(xì)間距的組裝件，由于器件引線尺寸和引線線間隔很小，焊膏過程中印刷需要精細(xì)的工藝控制，而印刷焊膏用的Stencil模板是關(guān)鍵的工藝條件之一。 為了控制焊接過程中出現(xiàn)焊球或橋接等質(zhì)量問題，模板開口的尺寸通常情況下比焊盤圖形尺寸略小，特別是對于0.5mm以下細(xì)間距器件來說，開口寬度應(yīng)比相應(yīng)焊盤寬度縮減15-20，由此引起的焊料量缺少可以通過適當(dāng)加長焊盤長度方向設(shè)計尺寸來彌補。當(dāng)設(shè)計已經(jīng)定型或由于電路要求器件改型(如器件電極高度增加)而無法改變焊盤尺寸時，

14、如發(fā)現(xiàn)回流焊后焊料量不足，爬升不夠時，可以在制作模板時將開口尺寸在焊盤的長度方向上適當(dāng)向外加大，但這樣做由于焊膏已經(jīng)超出焊盤印延伸到了印制板（PCB）的阻焊層（S/M）上，會導(dǎo)致在器件端頭周圍出現(xiàn)焊球（Solder Beading），此法在一般的情況下基本可以滿足器件爬錫高度的要求，但是我們還是要應(yīng)慎重使用。 對于Chip器件的開口而言，主要一點就是防錫珠（Solder Beading）處理。,2-8開孔設(shè)計,CHIP件開孔設(shè)計,0201的開口方式,0201器件的Stencil的開口建議：在焊盤（Pad）的兩側(cè)邊放大；在焊盤的兩頭縮小約5%焊盤間距必須保證大於0.009,0.009,0.015

15、0.018,0.012,Spacing,Component PCB Pad,Attachment Pad,2-8開孔設(shè)計,CHIP件開孔設(shè)計,0402元件,面積加大10%，當(dāng)間隙小于0.4mm時需外移至0.4mm；當(dāng)間隙大于0.4mm時需內(nèi)擴至0.4mm,2-8開孔設(shè)計,CHIP件開孔設(shè)計,0603元件,面積加大5%保證間距0.6, 當(dāng)間距小于0.6時外移至0.6mm, 大于0.72mm時內(nèi)擴至0.72mm,0603元件開孔,2-8開孔設(shè)計,CHIP件開孔設(shè)計,0805以上(含0805)元件開孔,L,W,L/3,W/3,2-8開孔設(shè)計,SOT開孔設(shè)計,SOT252開孔方式,W,L,W1,L1,

16、L2,W1=90%W L1=2/3L L2=1/2L1 中間架橋，橋?qū)?.3mm,2-8開孔設(shè)計,SOIC、PLCC、QFP開孔設(shè)計,PITCH=0.81.27mm,WL為1：1，并兩端倒圓角（寬一般取值在45%-60%之間）。,PITCH0.6350.65mm,W=0.32mm,L為1:1并兩端倒圓角。,PITCH=0.5mm，W0.24mm，L為1：1并兩端倒圓角。,PITCH0.4mm ,W=0.19mm，L外移0.1mm后，再向外加長0.05mm并兩端倒圓角。,PITCH0.3mm，W0.16MM，L外移0.1mm，并兩端倒圓角（若長度0.8mm時,長向外加長0.15mm）。,以上如若

17、L1mm時，其L需向外擴0.1mm。,2-8開孔設(shè)計,QFN元件開孔設(shè)計,2-8開孔設(shè)計,BGA、BGA開孔設(shè)計,BGA開孔可按以下參考進行制作：,原則上其開孔的CIR取值為PITCH的55%，如開成SQ狀其取值為PITCH的45%并倒R=0.02mm的圓角（PITCH=0.5mm的除外）；,PITCH0.5mm，CIR=0.30mm或SQ0.28mm、倒R=0.02mm的圓角；,大BGA開孔分外三圈、內(nèi)圈和中心部分（大BGA區(qū)分條件：Pitch1.27mm，腳數(shù)256）：外三圈CIR0.55*Pitch、內(nèi)圈CIR0.5*Pitch、中心部分1：1開孔。,2-8開孔設(shè)計,膠水模板開孔設(shè)計,開

18、口要求如下： 0402元件寬開0.26mm，長加長5% 0603元件寬開0.28mm，長加長10% 0805元件寬開0.32mm，長加長10% 1206元件寬開0.42mm，長加長10% 1206以上元件寬開38%，長加長10% 當(dāng)0603元件間隙大于0.7mm時,寬開0.32mm 當(dāng)0805元件間隙大于0.9mm時, 寬開0.35mm 當(dāng)1206元件間隙大于1.2mm時,按38%開孔,2-9常見SMT工藝缺陷分析,錫珠（SOLDER BALL） 橋連（BRIDGE） 共面（COMPLANATION） 移位（OFFSET） 墓碑（TOMBSTONE） 潤濕不良（UNDESIRABLE WETT

19、ING） 焊點缺陷（SOLDER POINT DEFECT） 焊錫太多或太少（SOLDER VOLUME FAULT） 元件錯（COMPONENTS FAULT）,1、錫珠（SOLDER BALLS） PCB、元件可焊性差 焊膏移位或量過多 STENCIL臟 焊膏質(zhì)量缺陷 過大的貼片力 溫度曲線設(shè)定不合理 環(huán)境、操作、傳輸?shù)?2-9常見SMT工藝缺陷分析,2、橋連(BRIDGE） 焊錫在導(dǎo)體間的非正常連接 焊膏質(zhì)量缺陷如過稀等 焊膏移位或量過多 不合理溫度曲線,2-9常見SMT工藝缺陷分析,3、共面（COMPLANATION） 元件腳不能與焊盤正 常接觸 元件腳損壞或變形,2-9常見SMT工藝

20、缺陷分析,4、移位(OFFSET) 元件焊腳偏離相應(yīng)焊盤的現(xiàn)象 PCB焊盤不規(guī)則 元件腳不規(guī)則 印刷焊膏移位 貼片移位 回流工藝 操作、傳輸?shù)?2-9常見SMT工藝缺陷分析,末端偏移,側(cè)面偏移,側(cè)面偏移,5、墓碑(TOMBSTONE) 元件一頭上翹，或元件立起 PCB焊盤設(shè)計不合理 元件腳不規(guī)則 印刷焊膏移位 回流焊設(shè)備故障 其他原因如操作、傳輸?shù)?2-9常見SMT工藝缺陷分析,6、潤濕不良(UNDESIRABLE WETTING) 焊錫潤濕不充分、焊錫紊亂等現(xiàn)象 錫膏質(zhì)量、印刷位置和回流工藝影響,2-9常見SMT工藝缺陷分析,回流不完全,不潤濕,半潤濕,焊錫紊亂,7、焊點缺陷(SOLDER

21、POINT DEFECT) 焊點處有裂紋、針孔、吹孔等現(xiàn)象 錫膏質(zhì)量缺陷 環(huán)境惡劣 回流缺陷,2-9常見SMT工藝缺陷分析,裂紋,吹孔,針孔,8、焊錫太多或太少(SOLDER VOLUME FAULT) 焊錫量太多或太少 印刷錫膏量 回流工藝 可焊性,2-9常見SMT工藝缺陷分析,焊錫太多,焊錫太少,9、元件錯(COMPONENT FAULT) 元件少放、放錯、極性錯等現(xiàn)象 貼片程序 貼片機,2-9常見SMT工藝缺陷分析,元件面方向錯,元件放錯,定位對齊（REGISTRATION） 塌落（SLUMP） 厚度（THICKNESS） 挖空（SCOOP） 圓頂（DOME） 斜度（SLOPE） 錫橋（

22、PASTE BRIDGE） 邊緣模糊（NOT CLEAR EDGES）,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,1、定位對齊（REGISTRATION） 錫膏與PAD的對位 最大允許誤差應(yīng)小于 PAD尺寸10%,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,STENCIL PCB PRINTER,2、塌落（SLUMP） 錫膏的塌陷 最大不應(yīng)超過PAD長或?qū)?0%,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,錫膏粘度太低 環(huán)境過熱 印刷/脫模速度太快 過大振動或沖擊,3、厚度（THICKNESS） 錫膏厚度不均勻 最多允許15%,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,STENCIL厚度 STENCIL變形 STENCI

23、L安裝 印刷速度太快 脫模速度太快,4、挖空（SCOOP） 錫膏中間挖空 挖空量不應(yīng)超過最高到最低點的15%,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,刮刀壓力過大 刮刀刀片太軟 開孔太大,5、圓頂（DOME） 錫膏頂部呈圓形突起狀 最大不應(yīng)超過印刷厚度的15%,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,刮刀高度不當(dāng) 刮刀壓力不足,6、斜度（SLOPE） 錫膏上表面呈斜面狀 最大應(yīng)小于最高到最低點的15%,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,刮刀壓力過大 錫膏粘度過大,7、錫橋（PASTE BRIDGE） 非連接PAD之間錫膏的搭接現(xiàn)象,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,錫量過多 STENCIL太厚或開

24、孔太大 STENCIL臟 錫膏粘度過低,8、邊緣模糊（NOT CLEAR EDGES） 錫膏邊緣模糊， 輪廓不清晰,2-10常見SMT錫膏印刷缺陷分析,STENCIL孔粗糙 STENCIL開孔形狀不好 STENCIL臟,三、 STENCIL對SMT工藝缺陷的影響,SMT工藝缺陷,1、SMT工藝缺陷原因魚骨圖,焊膏,模板,參數(shù),操作員,環(huán)境,PCB,元件,機器,刮刀,其他,三、 STENCIL對SMT工藝缺陷的影響,2、STENCIL可能引起的SMT工藝缺陷 STENCIL厚度 多孔或少孔 開孔位置 開孔尺寸 孔壁形狀 孔壁粗糙度,錫珠 橋連 移位 墓碑 潤濕不良 焊錫太多或太少 元件錯,三、 STENCIL對SMT工藝缺陷的影響,3、STENCIL引起缺陷的比重 印刷引起的SMT缺陷超過60% 僅由STENCIL引起的缺陷超過35% 機器一旦調(diào)試具有相對穩(wěn)定性 錫膏一經(jīng)選定具有相對穩(wěn)定性 PROFILE一旦設(shè)定不需經(jīng)常變化 參數(shù)和程序易于調(diào)節(jié)和控制 STENCIL具有單一性、多變性、針對性和模具特性,三、 STENCIL對SMT工藝缺陷的影響,4、 STENCIL對SMT工藝改善的作用 避免STENCIL自身不良帶來的工藝缺陷 適應(yīng)免清洗工藝的需要 改善PCB焊盤工藝設(shè)計不合理引起的工藝問題 改善錫膏潤濕性不夠引起的工藝問題 改善回