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钢网基础知识文字4.2.开口规范：开孔设计怎样将影响到印刷性能，开孔尺寸宽（W）、长（L）和模板之厚度（T）决定锡膏印刷释放于PCB焊盘上的体积。在印刷周期中，随着刮刀在模板上运行，锡膏充满模板的开孔，然卮在PCB与stencil分开期间，锡膏被释放到PCB的焊盘上。理想状态是所有充满开孔的锡膏从孔壁释放，并且附着于PCB的焊盘上，形成完整的锡砖。锡膏从内孔壁释放的因素决定于模板设计的宽深比/面积比，开孔侧壁的几何形状和孔壁的光洁度。Figure：面积比（AreaRatio） 宽深比（AspectRatio）上面定义了宽深比/面积比。对于可接受的锡膏释放的一般接受的设计指引是宽深比大于1.5面积比大于0.66.在长度大于宽度的五倍时应首先考虑宽深比，这是因为宽深比是面积比的一维简化方式，当长度远大于宽度时，面积比是宽深比的1/2。经验1：当Gerber文件中存在有QFP、IC、CN等细长条引脚器件时，考虑宽深比；当存在0402、0201、Fine-pitch的uBGA或CSP时重点考虑面积比，一般情况下焊盘的面积比达到2/3（0.66）时，锡膏可达到85%或更好的释放能力。Table：宽深比/Table：宽深比/面积比举例（mm）案例 开孔设计 宽深比QFP间距0.5长方形焊盘0.25*1.27厚度0.12 2QFP间距0.4长方形焊盘0.15*1.27厚度0.12 1.4BGA间距1.25圆形焊盘0.6厚度0.15BGA间距1.0圆形焊盘0.4厚度0.12UBGA间距0.8方形焊盘0.28厚度0.12UBGA间距0.8方形焊盘0.33厚度30.611.040.750.550.65面积比锡膏释放+++++++++++++表示锡膏释放难度上表罗例出对一些典型贴装器件的开孔设计中的宽深比/面积比。0.5mm间距的QFP,在0.12厚的模板上开口为0.25*1.27mm,得到2.0的宽深比.0.4mm间距的QFP,在0.12的模板上开口0.15*1.27mm,得到的1.4的宽深比,很明显锡膏释放将较为困难，怎么办？几种可选择的方式：增加开口宽度（增加到0.2mm将宽深比增加到1.6）;减少厚度（选择钢片厚度变为0.1mm,宽深比也增加到1.6）;选择在pitch0.4mmQFP上做stepdown选择一种非常光滑的孔壁质量的模板（电抛光模板,电铸模板）；同样在案例子6中的uBGA,在PCB上它的标准焊盘尺寸是0.3的圆形焊盘，0.38mm的阻焊层开口。最佳的焊盘设计方案是根据地PCB的焊盘尺寸来决定的，而不是由阻焊层来决定，那么当我们把pitch为0.8的UBGA设计为0.3mm的方形开口，宽深比是2.2,OK，这时有人会认为2.2远大于1.5，锡膏的释放不是问题。可是，正如前所说，当长度的有达到宽度的5倍，那么应该用面积比（二维模式）来决定预测锡膏的释放难易度。这种情况下面积比是0.55，锡膏的释放当然是困难的。也对通常情况下，模板开孔应用各小于PCB上焊盘，0.3mm的焊盘，设计开口为0.28mm是常理。可是，在UBGA中应该是个例外，在案例6中仅仅是把开口尺寸设计成0.33的方形，现在面积比是0.65，那么在这样的情况下锡膏的释放条件才基本满足。通过一些客户的反映UBGA的焊盘为圆形stencil开口设计应为方形并倒2--4mil的圆角，这是因为圆直径与方形的边长相同的情况下，方形的面积要大于圆形。经验2：在一般钢片厚度的选择上第一个原则应先满足最小pitch器件的要求。那么有人会问如果我的Gerber文件上同样也存在爬锡量大的器件怎么办？建议：在器件与器件间隔允许的情况下放大焊盘，当然也就焊盘的外三边方向上放大1mil到4mil(如图示)但在焊盘对的内边不允许轻易减小它的焊盘间距来达到增锡的目的。因为如果这样的话会给你带来另一个麻烦--锡珠问题。更改为Figure：为了增加器件引脚锡膏量而三边放大Aperture如果由于器件间距不允许的情况下，如：HDI的线路设计、手机板(MobileBoard)或需要双面回流焊的笔记本电脑(NoteBook)。那么你也可以选择使用StepDown或StepUp设计的模板。当然这样会在Stencil的成本上会增加少许，但是这增加的少许成本会给您的生产带来更好地品质保障，正谓是花小钱办大事。Figure：OverprintwithStepStencilStepStencilThrough-HolePadSMTPadPCBBoardThrough-Hole若要了解Stencil的开口规范的话，那么我们必须先了解器件的焊盘形状及焊盘尺寸，当然最另外一个重要的还有不能忽略器件本身的爬锡要求。器件的分类不外乎有表面组装组件(SurfaceMountedComponents)＞表面组装器件(SurfaceMountedDevices)oSMC器件主要有矩形片式组件、圆柱形片式组件、复合片式元件、异形片式组件。SMD器件主要有片式晶体管和集成电路，集成电路又包括SOP、SOJ、PLCC、PJLCC、QFP、BGA、CSP、FC、MCM等。那么从器件本身的电气特性上来区分的话又分为：连接件(connect)：提供机械与电气连接/断开，由连接插头和插座组成，将电缆、支架、机箱或其它PCB与PCB连接起来；可是与板的实际连接必须是通过表面贴装型接触。有源电子组件(Active)：在模拟或数字电路中，可以自己控制电压和电流，以产生增益或开关作用，即对施加信号有反应，可以改变自己的基本特性。无源电子组件(Inactive):当施以电信号时不改变本身特性，即提供简单的、可重复的反应。异型电子组件(Odd-form)：其几何形状因素是奇特的，但不必是独特的。因此必须用手工贴装，其外壳(与其基本功能成对比)形状是不标准的，例如：许多变压器、混合电路结构、风扇、机械开关块等。Table：常见的器件封装Chip片电阻，电容等，尺寸规格：0201,0402,0603,0805,1206,1210,2010,等钽电容，尺寸规格：TANA,TANB,TANC,TANDSOT 晶体管,SOT23,SOT143,SOT89等melf 圆柱形组件，二极管，电阻等SOIC 集成电路，尺寸规格：SOIC08,14,16,18,20,24,28,32QFP 密脚距集成电路PLCC 集成电路，PLCC20,28,32,44,52,68,84BGA 球栅列阵包装集成电路，列阵间距规格：1.27,1.00,0.80CSP 集成电路，组件边长不超过里面芯片边长的1.2倍，列阵间距＜0.50的pBGA焊盘(land)是表面贴装装配的基本构成单元，用来构成电路板的焊盘图案(land即各种为特殊组件类型设计的焊盘组合。没有比设计差劲的焊盘结构更令人沮丧的事情了。当一个焊盘结构设计不正确时，很难、有时甚至不可能达到预想的焊接点。焊盘的英文有两个词：Land和Pad，经常可以交替使用；可是，在功能上，Land是二维的表面特征，一般表示面贴装的组件焊盘；而Pad是三维特征，一般包含插件的组件的焊盘。hole)。导通孔(via)是连接不同电路层的小孔。盲孔(blindvia)连接最外层与一个或多个内层，而埋入的旁路孔只连接内层。组件知识(即组件结构和机械尺寸)是对焊盘结构设计的基本的必要条件。IPC-SM-782广泛地使用两个组件文献：EIA-PDP-100《电子零件的注册与标准机械外形》和JEDEC95出版物《固体与有关产品的注册和标准外形》。无可争辩，这些文件中最重要的是JEDEC95出版物，因为它处理了最复杂的组件。它提供有关固体组件的所有登记和标准外形的机械图。JEDEC95出版物库中的任何图都可从JEDEC的网站(/)免费下载。Table：一般的锡膏印刷模板的开口参考尺寸和模板建议厚度。组件类型 引脚间距 焊盘宽度焊盘长度开口宽度开口长度模板厚度PLCC1.27mm0.65mm2.00mm0.6mm1.95mm0.15-0.25mmQFP0.635mm0.35mm1.50mm0.30mm1.45mm0.15-0.18mmQFP0.50mm0.30mm1.25mm0.23mm1.20mm0.12-0.15mmQFP0.40mm0.25mm1.25mm0.18mm1.20mm0.10-0.12mmQFP0.30mm0.20mm1.00mm0.14mm0.95mm0.07-0.12mm0402N/A0.50mm0.65mm0.45mm0.60mm0.12-0.15mm

0201N/A0.25mm0.40mm0.23mm0.35mm0.08-0.12mmBGA1.27mm00.80mm00.75mm0.15-0.20mmIJBGA1.00mm00.38mm00.35mm0.10-0.12mmIjBGA0.50mm00.30mm00.28mm0.07-0.12mmFlipchip0.08-0.10mm0.25mm0.12mm0.12mm0.12mm0.12mmFlipchip0.05-0.10mm0.20mm0.10mm0.10mm0.10mm0.10mm当然上面的数据仅仅是Stencil开口中最基本的思考方法。若要开一块具有教好锡膏脱膜性的模板时呢，我们首先还是要考虑经验1和经验2的意见。因为焊膏印刷是表面贴装工艺中第一个关键工艺，特别是对于细间距的组装件，由于器件引线尺寸和引线线间隔很小，焊膏过程中印刷需要精细的工艺控制，而印刷焊膏用的Stencil模板是关键的工艺条件之一。为了控制焊接过程中出现焊球或桥接等质量问题，模板开口的尺寸通常情况下比焊盘图形尺寸略小，特别是对于0.5mm以下细间距器件来说，开口宽度应比相应焊盘宽度缩减15%-20%，由此引起的焊料量缺少可以通过适当加长焊盘长度方向设计尺寸来弥补。当设计已经定型或由于电路要求器件改型（如器件电极高度增加）而无法改变焊盘尺寸时，如发现回流焊后焊料量不足，爬升不够时，可以在制作模板时将开口尺寸在焊盘的长度方向上适当向外加大，但这样做由于焊膏已经超出焊盘印延伸到了印制板（PCB）的阻焊层（S/M）上，会导致在器件端头周围出现焊球（SolderBeading），此法在一般的情况下基本可以满足器件爬锡高度的要求，但是我们还是要应慎重使用。对于Chip器件的开口而言，主要一点就是防锡珠（SolderBeading）处理。2000年五月出版的IPC-7525《StencilDesignGuidelines》中列举了几种方式。Figure：IPC-7525中所推荐的防锡珠处理方式aperturePadPadfullradialapertureHomePlatApertureDesignBowTieApertureDesignOblongApertureDesignHomePlatApertureDesignBowTieApertureDesignOblongApertureDesignFigure：其它的防锡珠处理方式PadaperturePadaperturePadFigure：0402器件&BGA的开口方式aperturePadPadaperture0402chip:若焊盘尺寸大于0.76X0.635mm先内缩90%再开成椭圆。uBGA间距0.8mm焊盘为圆形0.33mm开口方形焊盘0.33X0.33mm倒角0.05mmFigure : 0201 器 件 的 开 口方式ApertureComponentPCBPadAttachmentPadStencilApertureAdvice:bothendsreducebothsidesblowupSpacingmust>0.009"0201器件的Stencil的开口建议：在焊盘(Pad)的两侧边放大；在焊盘的两头缩小约5%焊盘间距必须保证大于0.009”0201器件在生产过程中的主要缺陷：墓碑现象(Tombstone)焊接架桥(SolderBridging)焊盘宽度 焊盘的中心间距焊盘长度 焊盘间空格宽度Table：下面是标准的Chip器件封装尺寸：(mil)0402 25x20x50x25060330x30x55x25080560x50x110x50100560x50x135x75120660x60x135x75121060x100x135x75

180560x50x185x125180860x80x185x125181260x125x185x125182560x250x185x125222075x200x230x155222575x250x250x1753216351860x50x120x6050x70x70x20352750x100x70x20352875x90x135x60603272277243120x90x240x12075x100x180x105120x100x290x170OK,知道了焊盘的标准尺寸了那么如何才能在开口的选择上寻找到一个最佳的方案呢？我个人认为并不是每种开口方案都能够通用于每一家工厂，甚至是适合用于每一款不同设计的线路板的贴装。这是因为在锡膏的印刷过程不仅只有Stencil一个关键要素，控制它的品质，还有其它诸如：印刷压力、印刷速度、离板速度、甚至是环境问题等等对于锡膏印刷过程中的影响。在一块PCB上，可能有几百个元器件，600~1000个land（即焊盘pad），甚至更多。这些land焊接的不良率必须控制在一个最小的范围内。可能就是意味着每一个微小的错误都会影响到生产品质的问题。可以说SMT贴装工艺有许多的变量。下列的因素必须考虑，以取得高品质、可连续性生产的超密间距的印刷：*基本设备-锡膏印刷机*模板-开孔质量、孔壁光洁度、厚度、尺寸、几何形状*机器参数设定-印刷速度、压力、分离速度、对位性能*刮刀-刮刀种类、刮刀角度*锡膏-颗粒大小、分布状态、粘性、触变性、助焊剂载体、塌落特性、金属含量*环境-温度、湿度、灰尘*操作员-训练、熟练程度、责任心4.3.Stencil开口文件资料的正确提供：4.3.1刚才已经介绍了Gerber文件的格式和内容(gerber文件可以用Microsoft的WordPad即文本编辑器直接打开)，那么要保证Stencil的开口真确无误需要些什么Gerber文件呢？.SMT焊盘层文件(SolderPasteToporSolderPasteBottom)作用：正确的开口层文件。但存在文件转换过程中可能存在SolderPaste焊盘比实际焊盘大或小；文字层文件(TextToporTextBottom):包含PCB边框(BoardOutline)作用：正确选取焊盘对，区分不同类型器件。Outline层以保证PCB在Stencil中的居中；线路层文件(TopLayerorBottomLayer)作用：当SolderPaste焊盘比实际焊盘大或小，可以从线路层中挑选需要开口的焊盘；阻焊层文件(SolderMaskToporSolderMaskTop)作用：参考对照文件；钻孔层文件(NCDrill)作用：参考对照文件。一个正确的Gerber文件的提供，除了上述几点以外就是，当提供GerberRX-274D文件时候，必须要有与之相匹配的D-CODE文件。往往很多CEM工厂在客户提供资料的时候因为涉及到一些知识产权的问题，客户在提供文件的时候往往不能提供比较全面的文件，那我们有必要建议提供一块PCB实物。另一点需要注意的就是PCB生产厂家在生产过程中有使用菲林工具(PhotoTools)，为了更好的保证Stencil的准确性，提供PCB实物是有一定必要性的。此外，提供PCB实物的好处就是可以告诉我们PCB焊盘上涂覆地是什么涂层材料。因为不同的焊盘表面涂层在焊接沾锡的性能上各不相同。故而若不去考虑PCB焊盘涂层而贸然开一块Stencil也是不正确的。Figure：Gerber文件在图形软件中的图形4.3.2可选择的几种PCB焊盘表面涂层有机焊料保护剂(OSP)：OSP是一种有机涂覆保护焊剂，主要成分是氮唑类化合物。它的机理就是在铜Cu表面形成一层Cu与氮唑的螯合物。正是因为它是一种有机体的螯合物，这种涂层的储存寿命是有限的，所以对于SMT的加工不是一种最佳的选择。特别是当涂层经过了高温，很容易就被破坏掉，对于SMT的返修是不利的。优点：无离子污染，焊盘的表面平整光滑有利于高密度组件的封装，在焊接性能上优良(当然是在氮气条件下的回流焊Reflow)。热风整平(HASL)：HASL即我们平常所说的喷锡板，成分37%Sn67%Pb。HASL的最大的优点就是它的可焊性非常地优良。全球大部分的PCB工厂采用这种生产工艺。但是由于存在表面不平整的问题，并且在HASL工艺中PCB要经过一次高温冲击，这会导致PCB特别是多层板内应力的不均匀而使得PCB发生翘曲，所以很难用于高密度小器件的贴装中。另外就是现在随着环保问题的重要性，焊料中的铅焊料将逐步被替代。化学沉积镍/金(ENIG)与其它的涂层相比ENIG在储存寿命上远远比OSP长，对于抗Reflow炉加工的性能也较好，而且也比HASL的涂层光滑平整，所以这种工艺可以用于高密度小器件的贴装中。缺点：由于金Au有较强的迁移性，且Au/Sn共晶面脆性大，可能出现大芯片焊接点的断裂。5.SMT印刷锡膏常见的问题5.1.锡珠锡珠(solderbeading)是述语，用来区分一种对片状组件独特的锡球(solderballing)。锡珠是在锡膏塌落(slump)或在处理期间压出焊盘时发生的。在回流焊时，孤立的锡膏，与来自其它焊盘的多余锡膏集结，或者从组件身体的侧面冒出形成大的锡珠，或者留在组件的下面。Figure:锡珠(solderbeading)《IPC-A-610PCBA的接受标准》中将0.13mm(0.00512")直径的锡球或每600mm2(0.9in2)面积上少于五颗分为第一类可接受的，并作为第二与第三类的工艺要求。IPC-A-610允许''存在''不干扰最小电气间隙的锡球。锡珠的产生有各种原因，包括模板(stencil)开孔的设计、锡膏的成分、模板的孔壁的光洁度、印刷的定位、锡膏的重印、贴片压力、回流温度曲线、阻焊层的选择、模板清洁度、的等等。5.1.1.模板的开口及厚度模板开孔的形状是在免洗锡膏应用中的一个关键设计参数。形成一个具有良好焊脚的高质量可靠的焊接点要求有足够的锡膏。过多的锡膏沉淀是锡珠的主要原因。一般根据PCB上的焊盘来制作模板，通过设计开口的外形来达到理想的焊接效果。下面是几种推荐的Chip组件焊盘设计，可较好的防止Chip组件内侧锡珠的产生：模板的厚度决了焊膏的印刷厚度，所以适当地减小模板的厚度也可以明显改善焊锡珠现象。我们曾经进行过这样的实验：起先使用0.18mm厚的模板，再流焊后发现阻容组件旁边的焊锡珠比较严重，后来，重新制作了一张0.15mm厚的模板，开口形式为上面图中的前一种设计，再流焊基本上消除了焊锡珠。焊膏的选用直接影响到焊接质量。焊膏中金属的含量、焊膏的氧化度，焊膏中合金焊料粉的粒度、焊膏印刷到印制板上的厚度、焊膏中助焊剂的量及焊剂的活性都能影响焊珠的产生。.焊膏的金属含量。焊膏中金属含量其质量比约为88%〜92%，体积比约为50%。当金属含量增加时，焊膏的黏度增加，就能有效地抵抗预热过程中汽化产生的力。另外，金属含量的增加，使金属粉末排列紧密，使其在熔化时更容结合而不被吹散。此外，金属含量的增加也可能减小焊膏印刷后的''塌落”，不易产生焊锡珠。焊膏的金属氧化度。在焊膏中，金属氧化度越高在焊接时金属粉末结合阻力越大，焊膏与焊盘及组件之间就越不容易焊接，从而导致可焊性降低。实验表明：焊锡珠的发生率与金属粉末的氧化度成正比。一般的，焊膏中的焊料氧化度应控制在0.05%以下，最大极限为0.15%。焊膏中金属粉末的粒度。焊膏中粉末的粒度越小，焊膏的总体表面积就越大，从而导致较细粉末的氧化度较高，因而焊锡珠现象加剧。实验表明：选用太细颗粒度的焊膏时，容易产生焊珠。焊膏在印制板上的印刷厚度。焊膏印刷后的厚度是漏板印刷的一个重要参数，通常在0.10mm-18mm之间。焊膏过厚会造成焊膏的''塌落”，促进焊锡珠的产生。*当IC的最小PitchN0.50mm时，一般选用模板厚度TN0.15mm;*当IC的最小PITCHW0.40mm时，一般选用模板厚度TW0.12mm;*手机板一般选用模板厚为0.10-0.12mm;焊膏中助焊剂的量。焊剂量太多，会造成焊膏的局部塌落，从而使焊锡珠容易产生。.焊剂的活性。焊剂的活性小时，焊剂的去氧化能力弱，从而也容易产生锡珠。免清洗焊膏的活性较松香型和水溶型焊膏要低，因此就更有可能产生焊锡珠。.此外，焊膏应以密封形式保存在恒温、恒湿的冰箱内，温度在约为2-10°C温度过高，焊剂与合金焊料粉起化学反应，使粘度上升影响其印刷性；温度过低（低于0C），焊剂中的松香会产生结晶现象，使焊膏形状恶化。焊膏使用时，应提前至少2小时从冰箱中取出，写下时间、编号、使用者、应用的产品，并密封置于室温下，待焊膏达到室温时打开瓶盖。如果在低温下打开，容易吸收水汽，再流焊时容易产行锡珠。注意：不能把焊膏置于热风器、空调等旁边加速它的升温。焊膏开封后，应至少用搅拌机或手工搅拌5分钟，使焊膏中的各成分均匀，降低焊膏的粘度。注意：用搅拌机进行搅拌时，搅拌频率要慢，大约1—2转/秒钟。.模板的孔壁的光洁度。理想状态下，所有充满模板开孔的锡膏从孔壁释放，并附着于焊盘上，应形成完整的锡砖，但非电解抛光的模板孔壁，会造成焊膏的局部''塌落”，促进焊锡珠的产生。经过电解抛光的激光切割模板得到比非电解抛光的激光切割模板更光滑的内孔壁。在一个给定面积比上，前者比后者释放更高百分比的锡膏。.组件贴装压力及元器件的可焊性。如果在贴装时压力太高，焊膏就容易被挤压到组件下面的阻焊层上，在再流焊时焊锡熔化跑到组件的周围形成焊锡珠。解决方法可以减小贴装时的压力，并采用上面推荐使用的模板开口形式，避免焊膏被挤压到焊盘外边去。另外，组件和焊盘焊性也有直接影响，如果组件和焊盘的氧化度严重，也会造成焊锡珠的产生。经过热风整平的焊盘在焊膏印刷后，改变了焊锡与焊剂的比例，使焊剂的比例降低，焊盘越小，比例失调越严重，这也是产生焊锡珠的一个原因。.回流焊温度的设置