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1、SMT模板设计指南本文窥视一种工业小组委员会波及工艺工程师对模板设计的几种共同关注的文献。表面贴装工艺工程师在对表面贴装印刷/装配不熟悉和/或她们有新的表面贴装印刷/装配规定期，常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)时会喜欢某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/装配规定期会宁愿在她人的经验上来学习。几年前，对一种正规的、容易理解的模板设计指南的需求是所公认的。在1998年中，成立了一种小组委员会，涉及了来自模板制造商、锡膏制造商、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。该小组委员会的目的是
2、要提供IPC：电子工业联合会模板设计指南文献。该文献将涉及：名词与定义、参照资料、模板设计、模板制造、模板安装、文献解决/编辑和模板订购、模板检查/确认、模板清洗、和模板寿命。最后文献，IPC7525，现已发布。工艺工程师对模板设计的某些最普遍的关注列出如下。模板设计指南应当具体地探讨每一种这些问题：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(hybrid)、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
3、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种普遍询问的有关模板的问题是，开孔设计如何影响印刷性能。图一显示锡膏印刷的三个重要性能问题。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，锡膏布满模板的开孔。然后，在电路板/模板分开期间，锡膏释放到板的焊盘上。抱负地，所有布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
4、锡砖。锡膏从内孔壁释放的能力重要决定于三个因素：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，宽深比不小于1.5、面积比不小于0.66。宽深比是面积比的一维简化。当长度远不小于宽度时，面积比与宽深比相似。当模板从电路板分离时，锡膏释放遭遇一种竞争过程：锡膏将转移到焊盘或者粘附在侧孔壁上？当焊盘面积不小于内孔壁面积的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比例也起一种重要作用。开孔侧壁的几何形状和孔壁光洁度直接与模板技术有关。通过电解抛光的激光切割模板得到比非
5、电解抛光的激光切割模板更光滑的内孔壁。在一种给定面积比上，前者比后者释放更高比例的锡膏。对于接近1.5的宽深比和接近0.66的面积比，某些模板技术比其他的更好地达到较高比例的锡膏释放。表一,多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1QFP间距x50x52.00.83+2QFP间距167x50x51.40.61+3BGA间距50圆形25厚度64.21.04+4BGA间距40圆形15厚度53.00.75+5微型BGA间距30方形11厚度52.20.55+6微型BGA间距30方形13厚度52.60.65+表达难度.表一列出对典型表面贴装元件(SMD)的开孔设计的某些实际例
6、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较好的锡膏释放和持续的印刷性能。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，这是一种锡膏释放很困难的状况，甚至对高技术的模板都同样。对于这种状况应当考虑一种或者所有三个选择：增长开孔宽度(增长宽度到8-mil将宽深比增长到1.6)。减少厚度(减少金属箔厚度到4.4-mil将宽深比增长到1.6)选择一种有非常光洁孔壁的模板技术。闪存(flashmomery)微型BGA正变得很普遍。一般，这些元件在板上有
7、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阐明一种11-mil的圆形开孔。宽深比是2.2。有人也许错误地觉得，由于宽深比远不小于1.5，因此锡膏释放不是问题。可是，如果长度没有达到宽度的五倍，那么应当用面积比(二维模式)来预测锡膏释放。这种状况下面积比是0.55，这是一种很困难的锡膏释放状况。一般，模板开孔应当略不不小于电路板焊盘。例5遵循这个规则，为12-mil的焊盘制作11-mil的模板开孔。可是，微型BGA是一种例外，特别是在铜箔限定的焊盘这种状况。如果模板开孔增长到13-mil，表一中例6所示，将不会发生阻焊层(sold
8、ermask)与锡膏干涉。注意目前面积比是0.65。甚至在0.65的面积比，都还应当选择提供镜亮的内孔壁的模板技术。Tessera和Intel两个公司都为微型BGA的模板印刷推荐带有轻微圆角的方形模板开孔。来自顾客的所有反馈肯定这种形状的开孔比圆形开孔提供较好的锡膏释放。台阶与陷凹台阶(reliefstep)的模板设计在某些状况中，模板也许规定台阶。一种状况是对密间距(fine-pitch)元件的向下台阶区域。有一种例子是，对所有元件为8-mil厚度的模板，20-mil间距的除外，它规定6-mil的厚度。在模板上朝电路板这一面的陷凹台阶是模板中规定台阶的另一种例子。在板上有凸起或高点阻碍模板在
9、印刷过程中的密封作用的时候，陷凹台阶是所但愿的。例子有条形码、测试通路孔和增长性的踪迹线。陷凹台阶的凹穴也用于两次印刷(two-print)模板，它重要用于混合技术规定-或者通孔技术/表面贴装或者表面贴装/倒装芯片。在通孔技术/表面贴装的状况，第一种模板用正常厚度的模板(6-mil)印刷所有的表面贴装锡膏。第二个模板印刷所有通孔元件的锡膏。这个模板一般是1525-mil厚，为通孔元件提供足够的锡膏。陷凹台阶(一般10-mil深)是在这个第二次印刷模板的朝板面上，在第一次印刷所有表面贴装锡膏的位置上。这个台阶避免通孔印刷期间抹掉表面贴装锡膏。规定模板上台阶的第三个例子是向上凸起的模板。一种例子是
10、，一块模板在所有位置都是6-mil的厚度，除了CBGA区域的模板厚度为8-mil。另一种例子是，一块模板是6-mil的厚度，除了一种边沿通孔连接器的厚度为8-mil。6-mil厚区域的宽度应当至少和刮刀宽度同样。结论当设计模板开孔时，在长度不小于宽度的五倍时考虑宽深比，对所有其他状况考虑面积比。随着这些比率的减少并分别接近1.5或0.66，对模板孔壁的光洁度就规定更严肃，以保证良好的锡膏释放。在选择提供光滑孔壁的模板技术时应当小心。作为一般规则，将模板开孔尺寸比焊盘尺寸减少12-mil，特别是如果焊盘开口是阻焊层界定的。当焊盘是铜箔界定期，与多数微型BGA同样，将模板开孔做得比焊盘大12-mil也许是所但愿的。这个措施将增长面积比，有助于微型BGA的锡膏释放。这些，以及其他模板设计问题在IPC的模板设计指南中均有探讨。
SMT电路板模板设计指南
