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模板是一種看似簡單的工具，但在確保可靠的焊點、最大限度地減少缺陷和提高生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該工藝的核心是模板孔徑設(shè)計，即材料選擇、厚度、孔徑大小和形狀的復雜平衡，直接影響焊膏應用。在這篇博客中，我們探討了鋼網(wǎng)孔徑設(shè)計的關(guān)鍵原則，為工程師提供了優(yōu)化 SMT 工藝的實用見解。

為什么 Stencil Aperture Design 很重要

焊膏模板是在 SMT 組裝中實現(xiàn)準確且可重復的焊膏沉積的門戶。它的孔徑（在薄金屬板上精確切割開口）決定了焊膏在 PCB 焊盤上的體積、形狀和位置。設(shè)計不良的孔徑會導致焊料橋接、焊點不足或立碑等缺陷，從而影響最終產(chǎn)品的可靠性。根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)，高達 60-70% 的焊接缺陷源于焊膏印刷過程中的問題，這凸顯了正確設(shè)計孔徑的重要性。

精心設(shè)計的模板可確保在每個焊盤上涂抹適量的焊膏，從而在回流焊過程中促進牢固的電氣和機械連接。對于工程師來說，這意味著要平衡模板厚度、孔徑大小和形狀等因素，以匹配特定組件和 PCB 布局。讓我們分解一下有效孔徑設(shè)計的關(guān)鍵考慮因素。

鋼網(wǎng)孔徑設(shè)計中的關(guān)鍵因素

1. 模板厚度

模板的厚度是決定錫膏沉積量的最關(guān)鍵因素之一。較厚的模板沉積更多的漿料，適用于 1206 電阻器或連接器等較大的元件，而較薄的模板則非常適合 0201 芯片或球柵陣列 （BGA） 等細間距元件。常見的鋼網(wǎng)厚度范圍為 0.08 mm 至 0.15 mm，其中 0.12 mm 是許多應用的標準選擇。

例如，0.10 mm 模板通常用于 0201 元件，以防止可能導致橋接的過度焊膏，而 0.15 mm 模板可能用于需要更多焊料量的較大元件。然而，對于具有不同組件的電路板，使用單一厚度可能具有挑戰(zhàn)性。在這種情況下，階梯式模板（特定區(qū)域較厚或較?。┛梢蕴峁┒ㄖ频纳珴{體積。但要小心：階梯區(qū)域會導致刮刀壓力不均勻，如果孔徑太靠近階梯邊緣，可能會導致沉積物不一致。

2. 孔徑大小和形狀

孔徑大小直接影響轉(zhuǎn)移到 PCB 上的焊膏量。作為一般規(guī)則，孔徑應略小于相應的 PCB 焊盤（通常小 10%），以防止焊膏擴散到焊盤之外并導致橋接。對于 0.4 mm 間距 QFP 等細間距元件，可能需要將孔徑寬度減小到焊盤尺寸的 85%，而長度可以延長到 110%，以確保足夠的焊膏覆蓋率。

孔徑形狀也起著一定的作用。矩形和圓形孔徑是最常見的，但本壘板或反本壘板等特殊形狀用于小型芯片元件（例如 0402），以控制焊膏體積并減少焊珠形成。對于 BGA，對于間距大于 1.0 mm 的焊盤尺寸，與焊盤尺寸相比，圓形孔徑通常減少了 0.05 mm，而陶瓷 BGA 可能需要稍大的孔徑 （0.05-0.08 mm） 來考慮熱膨脹差異。

3. 縱橫比和面積比

為了確保適當?shù)暮父嗝撃?，必須考慮兩個關(guān)鍵比率：縱橫比和面積比?？v橫比（定義為孔徑寬度除以模板厚度 （W/T））應至少為 1.5。面積比（計算方法是孔徑面積除以孔徑壁的表面積 （（L × W） / [2 × （L + W） × T]），應至少為 0.66。這些比率確保焊膏從孔中干凈地釋放到 PCB 焊盤上，而不是由于表面張力而粘在孔壁上。

例如，在 0.12 mm 厚的模板中，0.4 mm 寬孔徑產(chǎn)生的縱橫比為 3.33 （0.4 / 0.12），遠高于最小閾值。然而，對于超細間距組件，具有電解拋光壁的激光切割鋼網(wǎng)可以實現(xiàn)低至 1.1 的縱橫比，從而提高漿料轉(zhuǎn)移效率。

4. 模板材料和制作方法

模板通常由不銹鋼或鎳制成，因為它們具有耐用性和精度。不銹鋼因其堅固性和成本效益而成為最常見的選擇，而鎳因其更光滑的孔徑壁而用于高密度應用。制造方法包括：

• 激光切割： 提供高精度和梯形孔徑壁，可改善漿料釋放。它非常適合細間距元件和復雜設(shè)計，但可能會引入輕微的熱影響區(qū)。

• 化學蝕刻：對于較大的孔徑，成本效益高，但精度較低，因此不適合 0.5 mm 以下的細間距應用。

• 電鑄： 為高密度電路板生產(chǎn)超光滑的錐形孔徑壁，但成本更高，適合大批量生產(chǎn)。

電解拋光或微電鍍可以進一步增強孔徑壁的光滑度，提高漿料轉(zhuǎn)移效率 （PTE）。PTE（定義為沉積的焊膏體積與理論孔徑體積的比率）應接近 1 以獲得最佳結(jié)果。具有電解拋光壁的激光切割不銹鋼鋼網(wǎng)通常達到 0.8 或更高的 PTE 值，特別是對于 QFN 和 BGA 等細間距元件。

5. 對齊和基準標記

鋼網(wǎng)和 PCB 之間的精確對準對于確保焊膏準確沉積在焊盤上至關(guān)重要。基準標記 — PCB 和模板上細小而明顯的特征 — 用作自動模板打印機的對齊參考。這些標記通常是圓形或十字形的，并包含在 PCB 的 Gerber 文件中。即使是幾微米的錯位，也會導致錫膏沉積錯誤，從而導致焊橋或開路等缺陷。

對于雙面 PCB，對齊變得更加重要。兩面使用單個模板可以簡化流程，但模板設(shè)計必須考慮組件方向，以最大限度地減少立碑，因為組件在回流焊過程中會因加熱不均勻而翹起。

孔徑設(shè)計的最佳實踐

要優(yōu)化鋼網(wǎng)孔徑設(shè)計，工程師應遵循以下最佳實踐：

1. 符合 IPC-7525 標準：確?？讖皆O(shè)計符合 IPC-7525 關(guān)于縱橫比和面積比的準則，以實現(xiàn)可靠的焊膏轉(zhuǎn)移。

2. 自定義組件類型：根據(jù)組件間距和類型調(diào)整孔徑大小和形狀。例如，將細間距組件的孔徑大小減小 10-20%，以防止橋接。

3. 考慮焊膏特性：焊膏的粘度和粒徑會影響沉積。更細晶粒的漿料（例如 4 型或 5 型）更適合較小的孔徑，而 SAC305 合金是無鉛焊接的標準。

4. 使用梯形孔徑：具有梯形孔徑（底部較寬）的激光切割模板通過降低表面張力來改善色膏釋放。

5. 定期清潔和檢查：每次使用后，使用異丙醇 （IPA） 或自動清潔系統(tǒng)清潔鋼網(wǎng)，以防止?jié){料殘留物堆積，這可能會堵塞孔并降低印刷質(zhì)量。檢查是否有磨損或損壞，以保持一致性。

常見挑戰(zhàn)和解決方案

焊料橋接

當過多的焊膏連接相鄰焊盤時，就會發(fā)生焊料橋接，通常是由于孔徑過大或模板厚度過大。為防止這種情況，與焊盤尺寸相比，將孔徑尺寸減小 10-20%，并確保面積比超過 0.66。對于細間距組件，請考慮使用電解拋光激光切割模板來改善焊膏釋放。

焊料不足

焊膏不足會導致焊點薄弱或不潤濕。這通常是由于孔徑過小或由于面積比低而導致的焊膏釋放不良造成的。稍微增加孔徑大小或使用較薄的模板會有所幫助。例如，0201 組件可能需要 0.08 mm 的模板，以確保充分的漿料轉(zhuǎn)移。

邏輯刪除

熔爐，即小元件在回流過程中直立，可能是由于漿料沉積不均勻或錯位而發(fā)生的。在印刷過程中確保一致的孔徑大小和正確的 PCB 方向，以平衡焊料回流。對于雙面板，將元件的寬側(cè)定向到行進方向，以確保同時焊接兩條引線。

捷配PCB如何支持最佳鋼網(wǎng)設(shè)計

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模板孔徑設(shè)計是 SMT 組裝的一個關(guān)鍵方面，直接影響 PCB 焊點的質(zhì)量和可靠性。通過仔細選擇模板厚度、孔徑大小和形狀以及制造方法，工程師可以實現(xiàn)精確的焊膏沉積，最大限度地減少缺陷，并提高制造良率。遵守 IPC-7525 等行業(yè)標準，使用激光切割等先進的制造技術(shù)，并保持適當?shù)哪０遄o理都是成功的關(guān)鍵。