SMT模板(钢网)的概述及特点
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SMT模板(钢网)的概述及特点本文介绍,在为一个印刷工艺订购模板(stencil)时,有一个明确的经验曲线。
当对其技术的熟悉帮助产生所希望结果的时候,模板变成在一个另外可变的装配运作中的常量。
“好的模板得到好的印刷结果,然后自动化帮助使其结果可以重复。
”模板的采购不仅是装配工艺的第一步,它也是最重要的一步。
模板的主要功能是帮助锡膏的沉积(deposition)。
目的是将准确数量的材料转移到光板(bare PCB)上准确的位置。
锡膏阻塞在模板上越少,沉积在电路板上就越多。
因此,当在印刷过程中某个东西出错的时候,第一个反应是去责备模板。
可是,应该记住,还有比模板更重要的参数,可影响其性能。
这些变量包括印刷机、锡膏的颗粒大小和黏度、刮刀的类型、材料、硬度、速度和压力、模板从PCB的分离(密封效果)、阻焊层的平面度、和组件的平面性。
模板制造技术模板制造的三个主要技术是,化学蚀刻(etch)、激光(laser)切割和电铸成形(electroform)。
每个都有独特的优点与缺点。
化学蚀刻和激光切割是递减(substractive)的工艺、电铸成形是一个递增的工艺。
因此,某些参数比较,如价格,可能是属于苹果与橘子的比较。
但,主要的考虑应该是与成本和周转时间相适应的性能。
通常,当用于最紧的间距为0.025"以上的应用时,化学腐蚀(chem-etched)模板和其它技术同样有效。
相反,当处理0.020"以下的间距时,应该考虑激光切割和电铸成形的模板。
虽然后面类型的模板对0.025"以上的间距也很好,但对其价格和周期时间可能就难说了。
化学蚀刻的模板化学蚀刻的模板是模板世界的主要类型。
它们成本最低,周转最快。
化学蚀刻的不锈钢模板的制作是通过在金属箔上涂抗蚀保护剂、用销钉定位感光工具将图形曝光在金属箔两面、然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔。
由于工艺是双面的,腐蚀剂穿过金属所产生的孔,或开口,不仅从顶面和底面,而且也水平地腐蚀。
SMT钢⽹(Stencil)模板的设计SMT钢⽹(Stencil) 模板的设计在SMT过程中,焊膏的印刷质量将直接影响表⾯贴装的加⼯质量,⽽在焊膏印刷印刷质量与钢⽹模板的质量直接相关,因此正确设计及理解SMT钢⽹模板的制作要求,选择恰当的模板厚度和设计开⼝尺⼨等参数,将是确保焊膏的印刷质量的关键。
对钢⽹模板质量产⽣影响的关键因素有:模板材料与厚度、开孔的类型与尺⼨及、模板与孔壁的平整度(加⼯⽅式)等,因此在钢⽹模板设计、加⼯、检验及⽣产过程中必须对它们重点关注。
钢⽹模板设计1.资料准备钢⽹模板设计前,必须要准备的⼀些资料:- 如果有PCB Layout,则需根据贴装计划提供:(1)含Mark的贴⽚元器件(SMD)所在的焊盘层(PADS);(2)与贴⽚器元件的焊盘相对应的丝印层(SILK);(3)含PCB边框的顶层(TOP);(4)如果是拼板,需给出拼板图。
- 若没有PCB Layout,则需要有PCB样板或与PCB样板1:1的菲林胶⽚或扫描图⽚,具体包含:(1)Mark的设置,PCB外形数据及贴⽚元件的焊盘位置等信息,如果是拼板,需给出拼板样式;(2)必须注明印刷⾯。
2.钢⽹模板材料的选择钢⽹模板材料的选择,必须要考虑材料本⾝的刚度,耐腐蚀性、延展性及热膨胀系数等因素,它们将直接影响到模板的使⽤寿命(模板的锈蚀,扭曲及⽹孔的变形)。
常见的钢⽹模板材料有锡磷青铜、不锈钢及镍铬合⾦等,其中不锈钢最为常见。
3.厚度的选择与⽹孔(Aperture)的设计SMT印刷过程中锡膏量的控制,是SMT制程品质控制的重要关键因素之⼀。
锡膏量与钢⽹模板的厚度、⽹孔形状尺⼨有直接关系(刮⼑的速度及其施加的压⼒也有⼀定的影响);其中模板的厚度决定了锡膏图形的厚度(两者基本相同),因此选择模板厚度后,就可以通过适当修改开⼝尺⼨来弥补不同元器件对焊膏量的不同需求。
模板厚度的选择,应根据印制板组装密度、元器件⼤⼩、引脚(或焊球)之间的间距进⾏确定。
SMT工艺制程一、概述二、钢网对SMT工艺质量的重要性三、钢网制造方法及性能比较四、SMT印刷模板制作技术要求五、Gerber文件简述六、模板使用注意事项一、概述SMT印刷模板,亦称漏板或钢网,它是漏印焊膏或胶水工序中使用的平板(薄板)模具。
SMT工艺中的焊膏或胶水印刷最先采用丝网漏印,后来逐渐被金属(铜、合金钢和不锈钢)模板所取代。
目前,印刷模板几乎均采用不锈钢薄板材料制造,其制造方法经历了化学腐蚀、电化学成型、激光切割几个阶段。
目前,包括美国和日本在内的85%的SMT印刷模板都是采用激光切割方法制造。
经过许多SMT专家多年的研究表明,SMT质量问题的70%与焊膏和胶水的印刷有关(含印刷机、PCB、模板、焊膏、胶水、环境等因素),其中模板是印刷过程中必不可少的关键工装,有人称它为印刷工序中的心脏,直接影响着印刷质量,印刷质量将贯穿整个后工序,从而模板质量的好坏直接关系着整个SMT工艺的质量和直通率。
二、模板对SMT工艺质量的重要性随着片式元件0603、0302、FPD、UFPD、BGA等元器件使用的愈来愈广泛,对模板的印刷性能要求愈来愈高,腐蚀方法制造的印刷模板,焊膏难以释放,位置和锡量难以保证,然而激光切割模板在这些方面为满足印刷质量提供了可靠坚实的保证。
表面贴装经常出现的质量缺陷有:少锡、多锡、无锡、桥连、锡珠、锡碎、暮石、元件移位,这些缺陷的产生都与印刷模板有直接关系。
模板的厚度选择不当或张网张得不紧、不平,就会带来少锡、多锡等缺陷;模板开口尺寸太小、开口形状不好,就会影响焊膏的释放,造成少锡、多锡、锡珠、锡碎等缺陷;模板开口位置误差太大,开口形状不好,开口尺寸不当都可能引起桥连、元件移位、墓石等缺陷。
总之,SMT印刷模板一点质量问题都可能会给整个SMT工艺带来质量问题,造成整个流水线不畅,后处理工作量加大,质量难以保证,物力和人力大量投入,给SMT的正常生产带来极为不利的影响,加大了管理的难度,甚至引起整个工厂运作的混乱。
SMT钢网设计规范SMT(Surface Mount Technology)钢网是电子制造中常用的一种工具,用于电子元件的贴装和焊接过程中的涂锡。
钢网的设计规范对于保证电子产品的质量和生产效率起着重要的作用。
以下是SMT钢网设计规范的主要内容:1.尺寸规格:- 钢网的尺寸应与PCB板的尺寸相匹配。
一般情况下,钢网的大小应大于PCB板的1-2cm,并留有足够的边距以便于夹持和安装。
- 钢网的厚度通常为0.1-0.3mm,根据实际需要进行选择。
-钢网的方孔尺寸应与元件的引脚间距相匹配,确保元件正确而稳定地贴装在PCB板上。
2.线网布局:-钢网的布线应考虑到焊接需求和生产效率。
一般来说,焊盘较多的地方可以设计较多的钢网支撑,以提高稳定性和焊接质量。
-钢网布线时要注意避免过于密集或过于稀疏的情况,以保证钢网的稳定性和过孔的质量。
3.焊膏开孔:-钢网的开孔尺寸和形状应与元件引脚的大小和形状相匹配。
一般来说,焊膏开孔的直径要略大于元件引脚的直径,以确保焊膏能够充分涂覆在引脚上。
-开孔的形状可以根据元件引脚的形状进行设计,常见的有圆形、长方形等。
4.钢网支撑:-钢网应有足够的支撑以保持稳定。
支撑的设计应考虑到钢网的尺寸和内部孔的位置。
一般来说,支撑应均匀分布在钢网的四周和内部,避免过于集中或过于稀疏。
-支撑的宽度和高度应根据实际情况进行选择,以保持钢网的平整度和稳定性。
5.信息标识:-钢网上应标注清晰的信息,方便操作人员使用和管理。
标注的内容可以包括钢网的尺寸、厚度、生产日期、序列号等。
-标识应采用耐磨、耐腐蚀的材料,并放置在钢网上不易受损或容易找到的位置。
总之,SMT钢网设计规范是保证电子产品质量和生产效率的重要环节。
通过合理的尺寸规格、线网布局、焊膏开孔、钢网支撑和信息标识,可以有效提高贴装和焊接过程的稳定性和一致性,确保电子产品的质量和生产效果。
1钢网简介编辑钢网(stencils)也就是SMT模板(SMT Stencil):它是一种SMT专用模具;其主要功能是帮助锡膏的沉积;目的是将准确数量的锡膏转移到空PCB上的准确位置。
SMT工艺的发展:SMT钢网(SMT模板)还被应用于胶剂工艺。
[1]2钢网演变编辑钢网最初是由丝网制成的,因此那时叫网板(mask)。
开始是尼龙(聚脂)网,后来由于耐用性的关系,就有铁丝网、铜丝网的出现,最后是不锈钢丝网。
但不论是什么材质的丝网,均有成型不好、精度不高的缺点。
随着SMT的发展,对网板要求的增高,钢网就随之产生。
受材料成本及制作的难易程序影响,最初的钢网是由铁/铜板制成的,但也是因为易锈蚀,不锈钢钢网就取代了它们,也就是现在的钢网(SMT Stencil)。
3钢网分类编辑按SMT钢网的制作工艺可分为:激光模板,电抛光模板,电铸模板,阶梯模板,邦定模板,镀镍模板,蚀刻模板。
激光模板(LaserStencil)激光钢网模板是目前SMT钢网行业中最常用的模板,其特点是:直接采用数据文件制作,减少了制作误差环节;SMT模板开口位置精度极高:全程误差≤±4μm;SMT模板的开口具有几何图形,有利于锡膏的印刷成型。
制作激光钢网需要以下资料:1、PCB2、数据文件资料必须:PCB:版次正确,无变形、损坏、断裂;数据文件:伟创新钢网(SMT模板)加工集团可接受多种CAD数据格式:GERBER、HPGL、*.JOB、*.PCB、*.GWK、*.CWK、*.PWK、*.DXF、*.PDF;以及下列软件设计的数据:PAD2000、POWERPCB、GCCAM4。
14、PROTEL、AUTOCADR14(2000) 、CLIENT98、CAW350W、V2001。
数据过大时应压缩后传送,可使用*.ZIP、*.ARJ、*.LZH等任何压缩格式;数据须含SMT solder paste layer(含有Fiducial Mark数据和PCB外形数据),还须含有字符层数据,以便检查数据的正反面、元件类别等。
SMT钢网、网板设计简介在表面贴装技术(SMT)领域,钢网和网板是两个关键的组成部分。
钢网用于印刷焊膏,而网板则用于支撑和保护电子元件。
本文将详细介绍SMT钢网和网板的设计过程,包括设计要点、工艺参数和注意事项。
设计要点钢网设计钢网设计是确保焊膏正确印刷到PCB上的重要步骤。
以下是一些钢网设计的要点:1.孔径选择: 孔径的选择要根据焊膏的粘度和电子元件的封装密度进行。
一般来说,焊膏的粘度较高时,孔径应该较大,以确保能够顺利流过孔径;而电子元件封装越密集,孔径应更小。
2.网框尺寸: 网框尺寸要与PCB尺寸相匹配,以确保钢网能够完全覆盖焊膏印刷区域。
一般来说,网框的尺寸应大于PCB的尺寸,留出一定的余量。
3.网眼数量和布局: 网眼数量和布局也是需要考虑的因素。
通常,为了确保焊膏能够均匀印刷,网眼的数量应足够且均匀分布在整个钢网上。
网板设计网板是支撑和保护电子元件的重要组成部分。
以下是一些网板设计的要点:1.材料选择: 网板的材料选择要考虑刚性、导电性和耐热性。
常见的网板材料包括不锈钢和镍钛合金。
这些材料可以提供足够的刚性,并且具有良好的导电性能和耐高温能力。
2.开孔设计: 网板上的开孔设计要考虑到元件的布局和尺寸。
通常,开孔的位置和数量要与PCB上的元件一一对应,并且尺寸要稍微大一些,以便元件能够顺利通过。
3.边框设计: 网板的边框设计要考虑到安装和固定的需要。
一般来说,网板的边框应足够宽,以便于夹持和固定。
此外,边框上还可以添加一些标记或指示,方便组装操作。
工艺参数在SMT钢网和网板设计过程中,还需要设定一些工艺参数。
以下是一些常见的工艺参数:1.钢网厚度: 钢网的厚度影响焊膏的印刷效果。
一般来说,钢网的厚度应根据焊膏的粘度和元件的封装密度选择。
2.网框材料: 网框材料通常选择铝合金或不锈钢。
不锈钢更常用,因为它具有良好的刚性和导电性能。
3.网眼尺寸: 网眼尺寸要根据焊膏的颗粒大小选择。
网眼尺寸太大会导致焊膏流失,太小则可能造成堵塞。
SMT模板(钢网)的概述及特点本文介绍,在为一个印刷工艺订购模板(stencil)时,有一个明确的经验曲线。
当对其技术的熟悉帮助产生所希望结果的时候,模板变成在一个另外可变的装配运作中的常量。
“好的模板得到好的印刷结果,然后自动化帮助使其结果可以重复。
”模板的采购不仅是装配工艺的第一步,它也是最重要的一步。
模板的主要功能是帮助锡膏的沉积(depo sition)。
目的是将准确数量的材料转移到光板(bare PCB)上准确的位置。
锡膏阻塞在模板上越少,沉积在电路板上就越多。
因此,当在印刷过程中某个东西出错的时候,第一个反应是去责备模板。
可是,应该记住,还有比模板更重要的参数,可影响其性能。
这些变量包括印刷机、锡膏的颗粒大小和黏度、刮刀的类型、材料、硬度、速度和压力、模板从PCB的分离(密封效果)、阻焊层的平面度、和元件的平面性。
模板制造技术模板制造的三个主要技术是,化学蚀刻(etch)、激光(laser)切割和电铸成形(electroform)。
每个都有独特的优点与缺点。
化学蚀刻和激光切割是递减(substractive)的工艺、电铸成形是一个递增的工艺。
因此,某些参数比较,如价格,可能是属于苹果与橘子的比较。
但,主要的考虑应该是与成本和周转时间相适应的性能。
通常,当用于最紧的间距为0.025"以上的应用时,化学腐蚀(chem-etched)模板和其它技术同样有效。
相反,当处理0.020"以下的间距时,应该考虑激光切割和电铸成形的模板。
虽然后面类型的模板对0.025"以上的间距也很好,但对其价格和周期时间可能就难说了。
化学蚀刻的模板化学蚀刻的模板是模板世界的主要类型。
它们成本最低,周转最快。
化学蚀刻的不锈钢模板的制作是通过在金属箔上涂抗蚀保护剂、用销钉定位感光工具将图形曝光在金属箔两面、然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔。
由于工艺是双面的,腐蚀剂穿过金属所产生的孔,或开口,不仅从顶面和底面,而且也水平地腐蚀。
该技术的固有特性是形成刀锋、或沙漏形状(图一)。
当在0.020"以下间距时,这种形状产生一个阻碍锡膏的机会,这个缺陷可以用叫做电抛光(electropolishing)的增强工艺来减小。
电抛光是一种电解后端工艺,“抛光”孔壁,结果表面摩擦力减少、锡膏释放良好和空洞减少。
它也可大大减少模板底面的清洁。
电抛光是通过将金属箔接到电极上并把它浸入酸浴中来达到的。
电流使腐蚀剂首先侵蚀孔的较粗糙表面,对孔壁的作用大于对金属箔顶面和底面的作用,结果得到“抛光”的效果(图二)。
然后,在腐蚀剂对顶面和底面作用之前,将金属箔移走。
这样,孔壁表面被抛光,因此锡膏将被刮刀有效地在模板表面上滚动(而不是推动),并填满孔洞。
对于0.020"以下间距的改进锡膏释放的另一个技术是梯形截面孔(TSA, trapezoidal section apertures)。
梯形截面孔(TSA)是在模板的接触面(或底面)比刮刀面(或顶面)尺寸大0.001~0.002"的开孔(图三)。
梯形截面孔可用两种方法来完成:通过选择性修饰特殊元件,即双面显影工具的接触面尺寸做得比刮刀面大;或者全部梯形截面孔的模板,它可以通过改变腐蚀剂喷雾的顶面与底面的压力设定来产生。
当通过电抛光后,孔壁的几何形状可允许0.020"以下间距的锡膏释放。
另外,得到的锡膏沉积是一个梯形“砖”的形状,它促进元件的稳定贴装和较少的锡桥。
向下台阶(stepdown),或双层面(dual-level)模板,可以容易地通过化学蚀刻技术产生。
该工艺通过形成向下台阶的孔来减少所选择的元件的锡量。
例如,在同一设计中,多数0.050"~0.025"间距的元件(通常要求0.007"厚度的模板)和几个0.020"间距的QFP(quad flat pack)在一起,为了减少QFP的锡膏量,这个0.007"厚度的模板可制出一个0.005"厚度的向下台阶区域。
向下台阶应该总是在模板的刮刀面,因为模板的接触面必须在整个板上水平的(图四)。
尽管如此,推荐在QFP与周围元件之间提供至少0.100"的间隔,以允许刮刀在模板两个水平上完全地分配锡膏。
化学蚀刻的模板对于产生半蚀刻(half-etched)基准点(fiducial)和字幕名称也是最好的。
用于印刷机视觉系统对中的基准点可以半蚀刻,然后填充黑色树脂,提供视觉系统容易识别的、与光滑的金属背景的对比度。
包含零件编号、制作日期和其它有关信息的字幕块也可以在模板上半蚀刻出来,用作标识用途。
两个工艺都是通过只显影双面的一半来完成的。
化学蚀刻的局限。
除了刀锋形边缘的缺陷之外,化学腐蚀的模板有另外一个局限:纵横比(aspect ratio)。
简单地说,该比率限制按照手边的金属厚度可蚀刻的最小孔开口。
典型地,对于化学蚀刻的模板,纵横比定义为1.5 : 1。
因此,对于0.006"厚度的模板,最小的孔开口将是0.009"(0.006"x1.5=0.009")。
相比之下,对于电铸成形的和激光切割的模板,纵横比为1 : 1,即通过任何一种工艺可在0.006"厚度的模板上产生0. 006"的开口。
电铸成形(Electroforming)电铸成形,一种递增而不是递减的工艺,制作出一个镍金属模板,具有独特的密封(gasketing)特性,减少锡桥和对模板底面清洁的需要。
该工艺提供近乎完美的定位,没有几何形状的限制,具有内在梯形的光滑孔壁和低表面张力,改进锡膏释放。
通过在一个要形成开孔的基板(或芯模)上显影光刻胶(photoresist),然后逐个原子、逐层地在光刻胶周围电镀出模板。
正如图五中所看到的,镍原子被光刻胶偏转,产生一个梯形结构。
然后,当模板从基板取下,顶面变成接触面,产生密封效果。
可选择0.001 ~ 0.012" 范围的连续的镍厚度。
该工艺比较理想地适合超密间距(ultra-fine-pitch)要求(0.008~0.016")或者其它应用。
它可达到1 : 1的纵横比。
至于缺点,因为涉及一个感光工具(虽然单面)可能存在位置不正。
如果电镀工艺不均匀,会失去密封效果。
还有,密封“块”可能会去掉,如果清洗过程太用力。
激光切割的模板直接从客户的原始Gerber数据产生,激光切割不锈钢模板的特点是没有摄影步骤。
因此,消除了位置不正的机会。
模板制作有良好的位置精度和可再生产性。
Gerber文件,在作必要修改后,传送到(和直接驱动)激光机。
物理干涉少,意味着出错机会少。
虽然有激光光束产生的金属熔渣(蒸发的熔化金属)的主要问题,但现在的激光切割器产生很少容易清除的熔渣。
也有问题出现,就是孔周围出现“扇贝状”的外形,造成孔壁粗糙。
虽然这会增加表面摩擦力,但粗糙都是在垂直面的。
可是,最近的激光机器有内部视觉系统,它允许金属箔以无边框的条件切割。
这是很有意义的,因为模板的制作可以先通过化学腐蚀标准间距的元件,然后激光切割密间距(fine-pitch)的元件。
这种“混合”或结合的模板,得到两种技术的优点,降低成本和更快的周转。
另外,整个模板可以电抛光,以提供光滑的孔壁和良好的锡膏释放。
激光切割工艺的主要缺点是机器单个地切割出每一个孔。
自然,孔越多,花的时间越长,模板成本越高。
尽管如此,如果设计允许,可以通过利用混合模板工艺来降低成本。
按照激光光束的焦点,梯形孔自动产生。
孔的开口实际上从模板的接触面切割;然后模板翻转以刮刀面朝上安装。
激光技术是唯一允许现有的模板进行返工的工艺,如增强孔、放大现有的孔或增强基准点。
其它进步除了激光切割与电铸成形之外,模板制作中的最重要进步是电子数据转移。
近如1995年,提供给模板制造商的多数图片都是胶片正片(film positive),一比一地配合光铜上的图形。
元件开孔的修饰涉及重复的摄影技巧和手工操作。
该工艺也决定于所提供胶片正片的质量。
最后,分步重复图片是一项繁重的任务。
今天,通过调制解调器(modem)和电子邮件的电子文件传送是即时提供图形数据的最常见方法。
选择性修饰、分步重复图形、和几何形状转换可以容易而且精确地完成。
还有,因为消除了胶片正片的邮寄,周转时间几乎可以削减一整天。
有了Gerber文件的传送,焊盘(pad)的几何形状可以从正方形和矩形改变成“home plate”、“格子”、“拉链”等形状(图六),作为减少锡膏量的一种方法。
通过修改几何形状来调节锡膏量,结合选择正确的金属板厚度,也可以消除台阶(stepdown)板的需要。
单一厚度的模板,经过适当设计,从工艺的角度看总是比双级工具更好。
胶剂模板(Adhesive Stencil)电子文件也使计算机辅助设计(CAD)操作员可容易地决定一个焊盘形状的质心点。
有这个能力,设计文件中锡膏层可转换成圆形和椭圆形。
示元件尺寸而定(图七)。
因此,可制作一块模板来“印刷”,而不是滴胶。
印刷比滴胶快,将这种设备让给其它工作上面。
返工模板一个比较近期的创新发生在返修(rework)领域。
现在有“小型的”模板,专门设计用来返工或翻修单个元件。
可购买单个元件的模板,如标准的QFP和球栅阵列(BGA)。
当然也有相应的刮板,或小型刮刀。
价格比较化学腐蚀模板的价格是有框架尺寸驱使的。
虽然金属箔是模板制作过程中的重点,但框架是单一的、最贵的固定成本。
其尺寸很大程度上由印刷机类型决定。
可是,大多数印刷机可接纳不止一个框架尺寸。
(框架尺寸是工业标准)。
多数模板供应商保持一定库存的标准框架,尺寸范围从5x5" ~ 29x29"。
因为空的金属箔成本没有框架的那么多,金属厚度对价格没有影响。
并且由于所有孔都是同时蚀刻的,其数量也是无关紧要的。
电铸成形模板价格主要是由金属厚度驱使的。
电镀到所希望的厚度是主要的考虑:厚的模板比薄的模板成本低。
激光切割模板价格是按照设计的孔数。
激光一次切割一个孔,即孔越多,成本越高。
还要加上所要求的框架尺寸。
一个用激光切割密间距和化学腐蚀标准间距元件的混合模板,当要求许多开孔时,可能是成本有效的方法。
可是,对于少于2500个孔的设计,完全用激光切割整个模板也许更成本低。
结论不管现代表面贴装装配的需求可能是什么,目前有一个模板技术满足这个需求。
一些讨论过的创新,如梯形截面孔、混合模板和电子数据传送的优势,都在过去三或四年得到发展和改进。
模板工业传统上已经不仅对新的要求快速反应,而且在这些行进中的发展中走在前面。