木森激光技术交流

木森激光技术交流SMTSTENCIL交流重点旨在加强我们的技术交流与技术服务，促进彼此的沟通和了解重点介绍STENCIL工艺和设计错漏之处，在所难免，恳请各位批评指正SMT模板的重要“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(barePCB)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，第一个反应是去想到模板。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。一、SMT模板类型化学蚀刻激光切割电铸成型当用于最紧密的间距为0.025“（0.635mm)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”（0.5mm)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。1-1化学蚀刻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，即开口，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。当在0.020“（0.5mm)以下间距时，这种形状产生一个阻碍锡膏的机会1-1化学蚀刻关键工艺控制要素STENCIL开孔设计FILM制作精度曝光量控制側腐蚀控制和补偿腐蚀液控制1-2激光切割直接从客户的原始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。1-2激光切割关键工艺控制要素STENCIL开孔设计激光切割参数调校激光灯管能量衰减控制1-3电铸成型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。镍沉积在铜质的阴极心上以形成开孔。一种光敏干胶片叠层在铜箔上(大约0.25厚度)。胶片用紫外光通过有模板图案的遮光膜进行聚合。经过显影后，在铜质心上产生阴极图案，只有模板开孔保持用光刻胶(photoresist)覆盖。然后在光刻胶的周围通过镀镍形成了模板。在达到所希望的模板厚度后，把光刻胶从开孔除掉。电铸成型的镍箔通过弯曲从铜心上分开-一个关键的工艺步骤。1-3电铸成型关键工艺控制要素STENCIL开孔设计基板图形制作精度电沉积药液控制厚度均匀性控制基板剥离1-4工艺比较参数比较方法位置精度孔粗糙度开孔锥度最小开孔板厚范围厚度误差材料硬度生产最小设计最大腐蚀±25µm3-4µmN0.25mm0.25mm3-5µmHV420W1.5TTW/1.6激光±10µm3-4µmY0.10mm0.50mm3-5µmHV420W0.5TTW/1.4电铸±25µm1-2µmY0.15mm0.20mm8-10µmHV500W0.8TTW/1.31-4工艺比较应用比较方法工艺特点最大优点关键问题交货期价格应用范围市场份额腐蚀复杂便宜开孔形状差较快便宜低要求大间距逐渐降低激光简单快、位置精度高孔壁质量较电铸差最快较便宜中高要求保持最大电铸最复杂孔壁质量好交期慢价格贵慢高超精细间距逐渐增长1-5混合工艺腐蚀与激光STEP-DOWNSTEP-UP电抛光1-5混合工艺局部减薄模板用较厚模板印刷FP或µFP元件锡膏时应用如用0.13-0.15厚模板,0.5µBGA处需减薄到0.1减薄量一般不超过0.05“L”至少应大于0.1用电铸或腐蚀实现一般常用B工艺A、减薄在PCB接触面B、减薄在印刷面L电抛光在激光光束熔断金属的同时，金属熔渣（蒸发的熔化金属）造成孔壁粗糙，增加开口孔壁磨擦力，影响锡膏的脱模性。但是，电抛光技术的出现，可以提供光滑的孔壁和良好的锡膏释放。ContactSideLaserLineStencilSqueegeeSide毛刺、金属熔渣SqueegeeSideContactSide孔壁零毛刺二、模板设计设计依据设计要素数据形式工艺方法选择材料厚度选择外框选择印刷格式设计开孔设计常见SMT工艺缺陷分析常见SMT锡膏印刷缺陷分析2-1设计依据1、理论依据总原则：在保证足够锡量的情况下应使锡膏有效释放三球定律：至少有三个最大直径的锡珠能排在模板的厚度方向和最小开孔的宽度方向宽厚比(AspectRatio):W/T1.5面积比(AreaRatio)：(LW)/[2(L+W)T]0.66AspectRatio：针对Fine-Pitch的QFP、IC等细长条装管脚类器件AreaRatio：针对0402，0201，BGA，CSP之类的小管脚类器件2-1设计依据2、实际应用印刷机：印刷机要求STENCIL外框，MARK点在哪面，印刷格式等PCB：待装配PCB要求哪些需开孔，哪些不需要工艺：印刷胶水还是锡膏？有何种工艺缺陷？是否通孔元件使用SMT工艺？测试点是否开孔？装配密度：装配密度越高对STENCIL要求越高产品类别：产品装配质量要求越高对STENCIL要求越高2-2设计要素数据形式工艺方法要求材料要求材料厚度要求框架要求印刷格式要求开孔要求其他工艺需求2-2设计要素1、数据形式GERBER文件格式，RS-274D或RS-274X常用CAD软件一般可由生产商进行格式转换。如ALEGRO，EAGLE，ECAM，PADS，PROTEL，ACAD，PCCAM，PCGERBERetc2-3数据形式GERBER格式：GERBER文件是美国GERBER公司提出的一种数据格式。GERBER文件分为普通GERBERRS-274D文件和加强GERBERRS-274X文件。普通GERBERRS-274D格式的文件中不包含D-CODE文件，它结合D-CODE文件，定义了图形的起始点以及图形形状及大小。加强GERBERRS-274X格式的文件已包含D-CODE文件，它自身定义了图形的起始点以及图形形状及大小。D-CODE文件定义了电路中线路、孔、焊盘等图形的形状及大小。2-3数据形式Table：下面列出是一段D-CODE文件描述|Turret|Dcode|Aperture|Aperture|Inner|Land|Line|Line||number||type|size|size|count|count|length|1D11circle0.100--03650743978.82D12circle0.200--049102103155.73D13circle0.300--0621991.34D14circle0.400--021177448.62-3数据形式此数据中不包含D-CODE。Table：下面列出一段普通GERBERRS-274D文件的描述G90*省前零(LEADINGZERO)G71*省后零(TRAILINGZEROG01*不省零(LEADING&TRAILINGZEROPRESENT)D02*G54D10*X159400Y21225*X159950Y21275*X150160Y174712*X159400Y21275*此数据中不包含D-CODE。2-3数据形式Table：下面列出一段加强GERBERRS-274X文件的描述%FSLAX23Y23*%%MOIN*%%SFA1.000B1.000*%%MIA0B0*%%IPPOS*%%ADD10O,X0.05000Y0.07000*%%ADD20C,0.10000*%%ADD191R,0.06200X0.06200*%%LNL1.GBR*%%SRX1Y1I0J0*%%LPD*%G54D17*X23959Y30726D03*Y19574D03*X31919Y27874D03*X31919D03*X29385Y24926D02*G01Y24871D01*X27862Y28669D02*G01X27917D01*X27862Y28488D02*此段告诉我们GERBER文件是英制2-3格式。（小数点前有两位数，小数点后有三位数）D10是0.05X0.07inch的椭圆D20是0.1inch的圆D191是0.062X0.062inch的长方形2-4工艺方法选择应用要求腐蚀激光电铸激光加抛光激光加腐蚀激光加电铸腐蚀加电铸0.65PRR0.5-0.635PRR0.4-0.5PRRR0.3-0.4PRRRFLIP-CHIPRRRRRRMARKRRµBGARRRSTEPRRCAPRRRCOSTRRDELIVERYRGLUERR2-5材料厚度选择根据不同的元件选择相应的钢片厚度，主要依据最小开孔和最小间距为考虑，重点兼顾其它，详见下表或可根据公式进行计算得出：若焊盘尺寸L＞5W时，则按宽厚比计算钢片的厚度。T＜W／1.5若焊盘呈正方形或圆形，则按面积比计算钢片的厚度。T＜（L×W）／1.32X（L＋W）Table：宽厚比/面积比举例（mm）案例开孔设计宽厚比面积比锡膏释放1.QFP间距0.5长方形焊盘0.25*1.27厚度0.1220.83+2.QFP间距0.4长方形焊盘0.15*1.27厚度0.121.40.61+++3.BGA间距1.25圆形焊盘0.6厚度0.154.21.04+4.BGA间距1.0圆形焊盘0.4厚度0.123.00.75++5.uBGA间距0.8方形焊盘0.28厚度0.122.20.55+++6.uBGA间距0.8方形焊盘0.33厚度0.122.60.65+++表示锡膏释放难度2-5材料厚度选择上表罗例出对一些典型贴装器件的开孔设计中的宽厚比/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的宽厚比.0.4mm间距的QFP,在0.12的模板上开口0.15*1.27mm,得到的1.4的宽厚比,很明显锡膏释放将较为困难,怎么办?几种可选择的方式：a.增加开口宽度(增加到0.2mm将宽厚比增加到1.6);b.减少厚度(选择钢片厚度变为0.1mm,宽厚比也增加到1.6);c.选择在pitch0.4mmQFP上做stepdown；d.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);2-5材料厚度选择元件开口设计及对应钢片厚度表Table：一般的锡膏印刷模板的开口参考尺寸和模板建议厚度。元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/A0.50mm0.65mm0.45mm0.60mm0.12-0.15mm0201N/A0.25mm0.40mm0.23mm0.35mm0.08-0.12mmBGA1.27mmØ0.80mmØ0.75mm0.15-0.20mmµBGA1.00mmØ0.38mmØ0.35mm0.10-0.12mmµBGA0.50mmØ0.30mmØ0.