1、模板設(shè)計(jì)指南顧靄云模板(stencil)又稱smt漏板、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/貼片膠質(zhì)量的關(guān)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(zhì)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(shè)計(jì)更加顯得重要了。模板設(shè)計(jì)屬于SMT可制造性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一1998年IPC為模板設(shè)計(jì)制訂了IPC 7525（模板設(shè)計(jì)指南），2004年修訂為A版。IPC 7525A標(biāo)準(zhǔn)主要包含名詞與定義、參考資料、模板設(shè)計(jì)、模板制造、模板安裝、文件處理/編輯和模板訂購、模板檢查/確認(rèn)、模板清洗、和模板壽命等內(nèi)容

2、。模板設(shè)計(jì)內(nèi)容模板厚度模板開口設(shè)計(jì)模板加工方法的選擇臺階/釋放(step/release)模板設(shè)計(jì)混合技術(shù)：通孔/表面貼裝模板設(shè)計(jì)免洗開孔設(shè)計(jì)塑料球柵陣列(PBGA)的模板設(shè)計(jì)陶瓷球柵陣列(CBGA)的模板設(shè)計(jì)微型BGA/芯片級包裝(CSP)的模板設(shè)計(jì)混合技術(shù)：表面貼裝/倒裝芯片(flip chip)的模板設(shè)計(jì)膠的模板開孔設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)模板印刷是接觸印刷，模板厚度是決定焊膏量的關(guān)鍵參數(shù)。模板厚度應(yīng)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(jìn)行確定。通常使用0.1mm0.3mm厚度的鋼片。高密度組裝時(shí)，可選擇0.1mm以下厚度。通常

3、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0.150.1mm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(gè)別元器件焊盤開口尺寸的擴(kuò)大或縮小進(jìn)行調(diào)整焊膏的漏印量。要求焊膏量懸殊比較大時(shí)，可以對窄間距元器件處的模板進(jìn)行局部減薄處理，2. 模板開口設(shè)計(jì)模板開口設(shè)計(jì)包含兩個(gè)內(nèi)容：開口尺寸和開口形狀開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(shè)計(jì)的，有時(shí)需要適當(dāng)修改（放大、縮小或修改形狀），因?yàn)椴煌骷_的結(jié)構(gòu)、形

4、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(shè)計(jì)的難度也越大。 模板開口設(shè)計(jì)最基本的要求寬厚比開口寬度(W)/模板厚度(T)面積比開口面積/孔壁面積矩形開口的寬厚比/面積比：寬厚比：W/T1.5面積比：L×W/2(L+W)×T0.66研究證明：面積比0.66，焊膏釋放體積百分比80%面積比0.5，焊膏釋放體積百分比 60%影響焊膏脫膜能力的三個(gè)因素面積比/寬厚比、開孔側(cè)壁的幾何形狀、和孔壁的光潔度開孔尺寸寬(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

5、裝元件的寬厚比/面積比舉例例子（mil）開孔設(shè)計(jì)（mil）（寬×長×模板厚度）寬厚比面積比焊膏釋放1： QFP 間距20      10×50×52.00.83+2： QFP 間距16      7×50×51.40.61+3: BGA 間距50      圓形25   厚度64.21.04+4: BGA 間距40    

6、60; 圓形15   厚度53.00.75+5: BGA 間距30      方形11   厚度52.20.55+6: BGA 間距30      方形13   厚度52.60.65+注：+ 表示難度BGA （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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,但接近 1.5和0.66的情況(如例2)，應(yīng)該考慮如以下13個(gè)選擇：增加開孔寬度  增

7、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(shù)    激光切割+電拋光或電鑄一般印焊膏模板開口尺寸及厚度元件類型PITCH焊盤寬度焊盤長度開口寬度開口長度模板厚度寬度比面積比PLCC1.27mm0.65mm2.0mm0.60mm1.95mm0.15-0.25mm2.3-3.80.88-1.48(50mil)(25.6mil)(78.7mil)(23.6mil)(76.8mil)(5.91-9.84mil)QFP0.635mm0.6

8、35mm0.635mm0.635mm0.635mm0.635mm1.7-2.00.71-2.0(25mil)(13.8mil)(59.1mil)(11.8mil)(57.1mil)(5.91-7.5mil)QFP0.50mm0.254-0.33mm1.25mm0.22-0.25mm1.2mm0.125-0.15mm1.7-2.00.69-0.83(20mil)(10-13mil)(49.2mil)(9-10mil)(47.2mil)(4.92-5.91mil)QFP0.40mm0.25mm1.25mm0.2mm1.2mm0.10-0.125mm1.6-2.00.68-0.86(15.7mil)

9、(9.84mil)(49.2mil)(7.87mil)(47.2mil)(3.94-4.92mil)QFP0.30mm0.20mm1.00mm0.15mm0.95mm0.075-0.125mm1.50-2.00.65-0.86(11.8mil)(7.87mil)(39.4mil)(5.91mil)(37.4mil)(2.95-3.94mil)0402 0.50mm0.65mm0.45mm0.6mm0.125-0.15mm 0.84-1.00 (19.7mil)(25.6mil)(17.7mil)(23.6mil)(4.92-5.91mil)0201 0.

10、25mm0.40mm0.23mm0.35mm0.075-0.125mm 0.66-0.89 (9.84mil)(15.7mil)(9.06mil)(13.8mil)(2.95-3.94mil)BGA1.27mm0.80mm 0.75mm 0.15-0.20mm 0.93-1.25(50mil)(31.5mil) (29.5mil) (5.91-7.87mil)U BGA1.00mm0.38mm 0.35mm0.35mm0.115-0.135mm 0.67-0.78(39.4mil)(15.0mm)

11、0;(13.8mil)(13.8mil)(4.53-5.31mil)U BGA0.50mm0.30mm 0.28mm0.28mm0.075-0.125mm 0.69-0.92(19.7mil)(11.8mm) (11.0mil)(11.0mil)(2.95-3.94mil)Flip Chip0.25mm0.12mm0.12mm0.12mm0.12mm0.08-0.10mm 1.0(10mil)(5mil)(5mil)(5mil)(5mil)(3-4mil)Flip Chip0.20mm0.10mm0.10mm0.10mm0.10mm0.05-0.10mm

12、 1.0(8mil)(4mil)(4mil)(4mil)(4mil)(2-4mil)FlipChip0.15mm0.08mm0.08mm0.08mm0.08mm0.025-0.08mm 1.0(6mil)(3mil)(3mil)(3mil)(3mil) 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(xué)腐蝕(chem-etch)：遞減(substractive)工藝激光切割(laser-cut)：機(jī)械加工混合式(hybrid)：腐蝕+激光電鑄(electroformed)：遞增的工藝模板技術(shù)對焊膏釋放的百分

13、比起很重要的作用，應(yīng)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(shí)，選擇化學(xué)腐蝕(chem-etched)模板；當(dāng)引腳間距在0.020" (0.5mm)以下時(shí)，應(yīng)該考慮激光切割和電鑄成形的模板。化學(xué)蝕刻模板是通過在金屬箔上涂抗蝕保護(hù)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(jiān)膜，然后使用雙面工藝同時(shí)從兩面腐蝕金屬箔。化學(xué)蝕刻的模板是初期模板加工的主要方法。其優(yōu)點(diǎn)是成本最低，加工速度最快。由于存在側(cè)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(yīng)用。化學(xué)蝕刻模板(a)

14、 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   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(jī)會當(dāng)在同一塊PCB上元器件要求焊膏量懸殊比較大時(shí)，可以通過擴(kuò)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(diǎn)是機(jī)器單個(gè)地切割出每一個(gè)孔，孔越多，花的時(shí)間越長，模板成本越高。 混合式模板混合式(hybrid)模板工藝是指：先通過化學(xué)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合的模板，得到兩種

15、技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，降低成本和更快的加工周期。另外，整個(gè)模板可以電拋光，以提供光滑的孔壁和良好的焊膏釋放。 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(dá)到1:1的縱橫比主要缺點(diǎn)：因?yàn)樯婕耙粋€(gè)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(shí)間等工藝參數(shù)要求非常嚴(yán)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敗；另外電鑄成形的速度很慢，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(shè)計(jì)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(jìn)行蝕刻減薄，制出一個(gè)向下臺

16、階區(qū)域，然后進(jìn)行激光切割。要求向下臺階應(yīng)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(yīng)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(gè)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(shè)計(jì)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(yīng)用：  用于PCB上表面有凸起或高點(diǎn)妨礙模板印刷時(shí)例如將有條形碼、測

17、試通路孔和增加性的導(dǎo)線，以及有已經(jīng)完成COB工藝的位置，用陷凹臺階保護(hù)起來。 用于通孔再流焊、或表面貼裝/倒裝芯片的混合工藝中例如在通孔再流焊中，第一個(gè)模板用6mil厚度的模板印刷表面貼裝元件的焊膏。第二個(gè)模板印刷通孔元件的焊膏（通常 1525-mil 厚），陷凹臺階通常 10mil深。凹面向下，這個(gè)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(shè)計(jì)免清洗工藝模板開孔設(shè)計(jì)時(shí)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510。7. 無鉛工藝的模板設(shè)計(jì)IPC-7525A“Stenc

18、il Design Guidelines”標(biāo)準(zhǔn)為無鉛工藝提供相關(guān)建議。作為通用的設(shè)計(jì)指南，絲網(wǎng)開口尺寸將與PCB焊盤的尺寸相當(dāng)接近，這是為了保證在焊接后整個(gè)焊盤擁有完整的焊錫。弧形的邊角設(shè)計(jì)也是可以接受的一種，因?yàn)橄鄬τ谥苯堑脑O(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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；由于缺少鉛的潤滑作用，焊膏印刷時(shí)填充性和脫膜性較差。無鉛模板開口設(shè)計(jì)開口設(shè)計(jì)比有鉛大，焊膏盡可能完全覆蓋焊盤     

19、   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(dāng)增大模板厚度。        對于Pitch0.5mm的器件    通常采用1:1開口，原則上至少不用縮小        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(shí)旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，可將焊盤開口內(nèi)側(cè)修改成弓形或圓弧形；無

20、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(biāo)準(zhǔn)）      以上鋼板厚度選擇0.12mm-0.15mm四周導(dǎo)電焊盤的模板開口設(shè)計(jì)四周導(dǎo)電焊盤的模板開口設(shè)計(jì)與模板厚度的選取有直接的關(guān)系，根據(jù)PCB具體情況可選擇100 150um較厚的模板可縮小開口尺寸較薄的網(wǎng)板開口尺寸1：1面積比要符合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(shè)計(jì)再流焊時(shí)，由于熱過孔和大面積散熱焊盤中的氣體向外溢出時(shí)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(yīng)縮小2050%。焊膏覆蓋面積5080%較合適。對于不同的熱過孔設(shè)計(jì)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。PCB焊盤Gerber文件也使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)操作員可容易地決定一個(gè)