SMT模板设计详介

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1、SMT模板设计指南本文窥视一个工业小组委员会涉及工艺工程师对模板设计的几个共同关注的文件。 　　表面贴装工艺工程师在对表面贴装印刷/装配不熟悉和/或他们有新的表面贴装印刷/装配要求时，经常面对类似的设计问题。新的工艺工程师在指定用于印刷锡膏或胶水的模板(stencil)时会喜欢一些基本的模板设计指南。经验丰富的表面贴装工艺工程师在面对一种新的表面贴装印刷/装配要求时会宁愿在他人的经验上来学习。 　　几年前，对一个正规的、容易理解的模板设计指南的需求是所公认的。在1998年中，成立了一个小组委员会，包括了来自模板制造商、锡膏制

2、造商、表面贴装装配制造商、印刷机制造商和装配设备制造商的代表。该小组委员会的目标是要提供IPC：电子工业联合会模板设计指南文件。该文件将包括：名词与定义、参考资料、模板设计、模板制造、模板安装、文件处理/编辑和模板订购、模板检查/确认、模板清洗、和模板寿命。最终文件，IPC7525，现已发布。 　　工艺工程师对模板设计的一些最普遍的关注列出如下。模板设计指南应该详细地探讨每一个这些问题： 开孔尺寸：长与宽/从电路板焊盘的缩减 模板厚度 使用的模板技术：化学腐蚀(chem-etch)、激光切割(laser-cut)、混合式(h

3、ybrid)、电铸(electroformed) 台阶/释放(step/release)模板设计 胶的模板开孔设计 混合技术：通孔/表面贴装模板设计 片状元件的免洗开孔设计 塑料球栅阵列(PBGA)的模板设计 陶瓷球栅阵列(CBGA)的模板设计 微型BGA/芯片级包装(CSP)的模板设计 混合技术：表面贴装/倒装芯片(flipchip)的模板设计 锡膏释放与锡砖的理论体积(长X宽X厚)的比例 　　模板开孔的设计 　　IPC的模板设计指南将要谈到的一个普遍询问的关于模板的问题是，开孔设计怎样影响印刷性能。图一显示锡膏印刷的三个

4、主要性能问题。开孔尺寸[宽(W)和长(L)]与模板金属箔厚度(T)决定锡膏印刷于PCB的体积。在印刷周期，随着刮刀在模板上走过，锡膏充满模板的开孔。然后，在电路板/模板分开期间，锡膏释放到板的焊盘上。理想地，所有充满开孔的锡膏从孔壁释放，并附着于板的焊盘上，形成完整的锡砖。锡膏从内孔壁释放的能力主要决定于三个因素：模板设计的面积比/宽深比(aspectratio)、开孔侧壁的几何形状、和孔壁的光洁度。 　　图二中定义了面积比/宽深比。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。宽深比是面

5、积比的一维简化。当长度远大于宽度时，面积比与宽深比相同。当模板从电路板分离时，锡膏释放遭遇一个竞争过程：锡膏将转移到焊盘或者粘附在侧孔壁上？当焊盘面积大于内孔壁面积的2/3时，可达到85%或更好的锡膏释放能力。 　　模板技术对锡膏释放的百分比也起一个主要作用。开孔侧壁的几何形状和孔壁光洁度直接与模板技术有关。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。对于接近1.5的宽深比和接近0.66的面积比，一些模板技术比其它的更好地达到较高百分比的锡膏释放

6、。 表一,各种表面贴装元件的宽深比/面积比举例 例子 开孔设计 宽深比 面积比 锡膏释放 1 QFP间距2010x50x5 2.0 0.83 + 2 QFP间距167x50x5 1.4 0.61 +++ 3 BGA间距50圆形25厚度6 4.2 1.04 + 4 BGA间距40圆形15厚度5 3.0 0.75 ++ 5 微型BGA间距30方形11厚度5 2.2 0.55 +++ 6 微型BGA间距30方形13厚度5 2.6 0.65 ++ +表示难度. 　　表一列出对典型表面贴装元件(SMD)的开孔设计的一些实际

7、例子中的宽深比/面积比。20-mil间距的QFP，在5-mil厚的模板上10x50-mil的开孔，得到2.0的宽深比。使用一种光滑孔壁的模板技术将产生很好的锡膏释放和连续的印刷性能。16-mil间距的QFP，在5-mil厚的模板上7x50-mil的开孔，得到1.4的宽深比，这是一个锡膏释放很困难的情况，甚至对高技术的模板都一样。对于这种情况应该考虑一个或者全部三个选择： 增加开孔宽度(增加宽度到8-mil将宽深比增加到1.6)。 减少厚度(减少金属箔厚度到4.4-mil将宽深比增加到1.6) 选择一种有非常光洁孔壁的模板技术

8、。 　　闪存(flashmomery)微型BGA正变得很普遍。通常，这些元件在板上有12-mil的圆形焊盘、15-mil的阻焊层开口。最佳的焊盘设计是铜箔限定的而不是阻焊层限定的。表一中的例5说明一个11-mil的圆形开孔。宽深比是2.2。有人可能错误地认为，因为宽深比远大于1.5，所以锡