-
经典完整
SMT
钢网
开孔设计指南
(
参照
IPC-7525
A)
模板设计指南
顾霭云
?模板
(stencil)
又称
smt
漏板
、
SMT
钢网，
它是
< br>用来定量分配焊膏或贴片胶的，
是保证印刷焊膏
/
贴片胶质量的关键工装。
?模板厚度与开口尺寸、开口形状、开口内壁的
状态等就决定了焊膏的印刷量，
因此模板的质量
又直接影响焊膏的印刷量。?随着
SMT
向高密度
和超高密度组装发展，模板设计更加
显得重要
了。
?模板设计属于
SMT
可制造性设计的重要内容之
一
?
1998
年
IPC
为模板设计制订了
IPC
7525
（模板
设计指南），
2004
年修订为
A
版。
IPC
7525A
标
准主要包含名词与定义、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
< br>/
确认、模板清洗、和模板寿命等
内容。
模板设计内容
?模板厚度
?模板开口设计
0.15
～
0.1mm
厚，这种情况下可根据
PCB
上多数
元器件的的情况决定不锈钢板厚度，
然后通过对
个别元器件焊盘开口尺寸的扩大或缩小进行调
整焊膏的漏印量。
?要求焊膏量悬殊比较大时，可以对窄间距元器
件处的模板进行局部减薄处理，
2.
模板开口设计
?模板开口设计包含两
个内容：开口尺寸和开口
形状
?开口
尺寸和开口形状都会影响焊膏的填充、释
放（脱膜），最终影响焊膏的漏印量。
?模板开口是根据印制电路板焊盘图形来设计
的，
有时需要适当修改
（放大、
缩小或
修改形状）
，
因为不同元器件引脚的结构、形状、尺寸，需要<
/p>
的焊膏量是不一样。
?同一块
PCB
上元器件尺寸悬殊越大、组装密度
越高，
模板设计的难度也越大。
⑴
模板开口设计最基本的要求
?宽厚比＝开口宽度
(W)/
模板厚度
(T)
?面积比＝开口面积
/
孔壁面积
矩形开
口的宽厚比
/
面积比：
宽厚比：
W/T
＞
1.5
面积比：
L
×
W/2(L+W)
×
T
＞
0.66
研究证明：
?
面积比＞
0.66
，焊膏释放体积百分比＞
80%
?面积比＜
0.5
，焊膏
释放体积百分比＜
60%
影响焊膏脱膜能力的三个因素
面积比
/
宽厚比、开孔侧壁的几何形状、和孔壁
的光洁度
?开孔尺寸
[
宽
(W)
和长
(L)]<
/p>
与模板厚度
(T)
决定
< br>焊膏的体积
?理想的情况下，焊膏从孔壁释放（脱膜）
后，
在焊盘上形成完整的锡砖（焊膏图形）
各种表面贴装元件的宽厚比
/
面积比举例
例子（
mil
）
1
：
QFP
间距
20
2
：
QFP
间距
16
3: BGA
间距
50
4: BGA
间距
40
开孔设计（
mil
）
（宽×长×模板厚度）
10×50×5
7×50×5
圆形
25
厚度
6
圆形
15
厚度
5
宽厚比
面积比
焊膏释放
2.0
1.4
4.2
3.0
0.83
0.61
1.04
0.75
+
+++
+
++
5: μBGA 间距
30
6:
μBGA 间距
30
注：
+
表示难度
方形
11
厚度
5
方形
13
厚度
5
2.2
2.6
0.55
0.65
+++
++
?μ
BGA
（
CSP
）
的模板印刷推荐带有轻微圆角的
方形模板开孔。
?这种形状的开孔比圆形开孔的焊膏释放
效果更
好一些。
?对于宽厚比
/
面积比没有达到标准要求
,
但接近
1.5
和
0.66
的情况
(
如例<
/p>
2)
，应该考虑如以下
1~3
个选择：
–增加开孔宽度
增加宽度到
8
mil(0.2mm)
将宽厚比增加到
1.6
–减少厚度
减少模板厚度到
4.4 mil(0.11mm)
将宽厚
比增加到
1.6
–选择一种有非常光洁孔壁的模板技术
激光切割
+
电抛光或电铸
< br>
一般印焊膏模板开口尺寸及厚度
元件
类型
PITCH
1.27mm
PLCC
(50mil)
(25.6mil)
QFP
0.635mm
0.635mm
焊盘宽度
0.65mm
焊盘长度
开口宽度
2.0mm
0.60mm
开口长度
模板厚度
1.95mm
0.15-0.25mm
宽度比
面积比
2.3-3.8
0.88-1.48
(78.7mil)
(
23.6mil)
(76.8mil) (5.91-9.84mil)
0.635mm
0.635mm
0.635mm
0.635mm
1.7-2.0 0.71-2.0
(25mil)
(13.8mil)
0.50mm
QFP
(20mil)
(10-13mil)
0.40mm
QFP
(15.7mil)
(9.84mil)
0.30mm
QFP
(11.8mil)
(7.87mil)
0402
0201
1.27mm
BGA
(50mil)
(31.5mil)
1.00mm
φ0.38mm
U BGA
(39.4mil)
(15.0mm)
0.50mm
φ0.30mm
U BGA
(19.7mil)
(11.8mm)
Flip
0.25mm
Chip
0.12mm
0.12mm
(5mil)
0.10mm
(4mil)
0.08mm
(3mil)
(29.5mil)
φ0.35mm
0.35mm
(9.84mil)
φ0.80mm
(19.7mil)
0.25mm
0.50mm
0.20mm
0.25mm
(59.1mil)
(
11.8mil)
(57.1mil) (5.91-7.5mil)
0.22-0.25mm
1.2mm
0.125-0.15mm
0.254-0.33mm
1.25mm
1.7-2.0 0.69-0.83
(49.2mil)
(
9-10mil)
(47.2mil) (4.92-5.91mil)
1.25mm
0.2mm
1.2mm
0.10-0.125mm
1.6-2.0 0.68-0.86
(49.2mil)
(
7.87mil)
(47.2mil) (3.94-4.92mil)
1.00mm
0.15mm
0.95mm
0.075-0.125mm
1.50-2.0
0
.65-0.86
(39.4mil)
(
5.91mil)
(37.4mil) (2.95-3.94mil)
0.65mm
0.45mm
0.6mm
0.125-0.15mm
0.84-1.00
(25.6mil)
(
17.7mil)
(23.6mil) (4.92-5.91mil)
0.40mm
0.23mm
0.35mm
0.075-0.125mm
(15.7mil)
(
9.06mil)
(13.8mil) (2.95-3.94mil)
φ0.75mm
0.15-0.20mm
(5.91-7.87mil)
0.115-0.135mm
0.66-0.89
0.93-1.25
(13.8mil)
(13.8mil)
(4.53-5.31mil)
φ0.28mm
0.28mm
0.075-0.125mm
0.67-0.78
(11.0mil)
(11.0mil)
(2.95-3.94mil)
0.12mm
(5mil)
0.10mm
(4mil)
0.08mm
(3mil)
0.12mm
(5mil)
0.10mm
(4mil)
0.08mm
(3mil)
0.08-0.10mm
(3-4mil)
0.05-0.10mm
0.69-0.92
1.0
(10mil)
(5mil)
0.10mm
(4mil)
0.08mm
(3mil)
Flip
0.20mm
Chip
(8mil)
1.0
(2-4mil)
0.025-0.08mm
1.0
Flip
0.15mm
Chip
(6mil)
印焊膏模板开口特殊修改方案
Chip
元件开口修改方案
IC
开口修改方案
3.
模板加工方法的选择
模板加工方法：
?化学腐蚀
(chem-etch)
：
递减
(substractive)
工艺
?激光切割
(laser-
cut)
：机械加工
?混合式
(hybrid)
：腐蚀
+
< br>激光
?电铸
(electro
formed)
：递增的工艺
?模板技术对焊膏释放的百分比起很重要的作
用，应根据组装密度来
选择加工方法。
?通常，引脚间距为
0.025
以上时，
选择化学腐蚀
(chem-e
tched)
模板；当引脚间距
在
0.
020
以下时，应该考虑激光切割
和电铸成形的模板。
⑴化学蚀刻模板
?
是通过在金属箔上涂抗蚀保护剂（感光胶）、
在金属箔两面曝光、
显影
（将开口图形上的感光
胶去除）、坚膜，然后使用双面工
艺同时从两面
腐蚀金属箔。
?化学蚀
刻的模板是初期模板加工的主要方法。
其优点是成本最低，
加工
速度最快。
由于存在侧
腐蚀、纵横比率、过腐蚀、欠腐蚀等问题
，因此
不适合
0.020
以下间距的应
用。
化学蚀刻模板
(a)
喇叭口向下的梯形截面开口
(b)
梯形“砖”形状的焊膏沉积图形
⑵
激光切割模板
?激光切割可直接从原
始
Gerber
数据产生，
没有
摄影步骤。因此，消除了位置不正的机会
?
当在同一块
PCB
上元器件要求焊膏量悬殊比较
大时，可以通过扩大、缩小开口、修改开口形状
来增加或减少焊膏量
?加工精度高，适用于
0.020
以下间距
的较高密度的模板。
?主要缺点是机器单个地切割出每一个孔，孔越
多，花的时间越长，模板成本越高。
⑶
混合式模板
?混合式
(hybrid)
模板工艺是指：先通过化学腐
蚀标准
间距的组件，然后激光切割密间距
(fine-pitch)
的
组件。这种“混合”或结合的模
板，
得到两种技术的优点，
降低成本和更快的加
工周期。另外，整个模板可以电抛光，以提供光
滑的孔壁和良好的焊膏释放。
⑷
电铸成形
?电铸成形是一种递增工艺
?电铸模板的精度高，开口壁光滑，适用于超密
间距产品，可达到
1:1
的纵横比
?主要缺点：因为涉及一个感光工具
(
虽然单面
)
可能存在位置不正；对电解液的浓度、温度、电
流、
时间等工艺参数要求非常严格；
如果电镀工
艺不均匀，
会失去密封效果，
可能造成电铸工艺
的失败；
另外电铸成形的速度很慢，
因此成本比<
/p>
较高。
三种制造方法的比较
4.
台阶
/
释放
(step/release)
模板设计
< br>
?台阶
/
释放模板工艺，俗称
减薄工艺
?为了减少密间距
QFP
的焊膏量，通过事先对该
区域的金属板
进行蚀刻减薄，
制出一个向下台阶
区域，然后进行激光切割。<
/p>
?要求向下台阶应该总是在模板的刮刀面（凹面
向上）
，在
QFP
与周围组件之间至少
0.100
“
(0.254mm)
的间隔，并使用橡胶刮刀。
<
/p>
?减薄模板还应用于有
CBGA
和通孔连
接器场合。
例如一块模板除了
CBGA
区域的模板厚度为
8-mil
，
其它所有位置都是
6-mil
的厚度；
又例
如，
一块模板除了一个边缘通孔连
接器的厚度为
8-mil
，其余部位都是
6-mil
厚度。
5.
台阶与陷凹台阶
(relief
step)
的模板设计
?台阶与陷凹
台阶模板是指在模板底面（朝
PCB
这一面的陷凹台阶）
?台阶与陷凹台阶模板的应用：
⑴
用于<
/p>
PCB
上表面有凸起或高点妨碍模板印
刷
时
?例如将有条形码、
测试通路孔和
增加性的导线，
以及有已经完成
COB
工艺的位置，
用陷凹台阶保
护起来。
⑵
用于通孔再流焊、
或表面贴装
/
倒装芯片的混
合
工艺中
?例如在通孔再流焊中，<
/p>
第一个模板用
6mil
厚度
的模板印刷表面贴装元件的焊膏。
第二个模板印
刷通
孔元件的焊膏（通常
15
～
25-mil
厚），陷
凹台阶通常
10mil
深。凹面向下，这个台阶防
止通孔印刷期间抹掉已经印刷好的表面贴
装元
件的焊膏。
6.
免清洗工艺模板开孔设计
免清洗工艺
模板开孔设计时为了避免焊膏污染
焊膏以外的部分、减少焊锡球；另外，免清洗焊
膏中的助焊剂比例较普通焊膏少一些，
因此，
一
般要求模板开口尺寸比焊盘缩小
5
～
10
％。
7.
无铅工艺的模板设计
?
IPC-7525A
“
Stencil Design Guidelines
”标
准为无铅工艺提供相关建议。
作为通用的设计指
南，丝网开口尺
寸将与
PCB
焊盘的尺寸相当接
近，<
/p>
这是为了保证在焊接后整个焊盘拥有完整的
焊锡。
弧形的边角设计也是可以接受的一种，
因
为相对于直角
的设计，
弧形的边角更容易解决焊
膏粘连的问题。
无铅工艺的模板设计应考虑的因素
（无铅焊膏和有铅焊膏在物理特性上的区别）
?无铅焊膏的浸润性远远低于有铅焊膏；
?无铅焊膏的助焊剂含量通常要高于有铅焊膏，
无铅合金的比重较低；
?由于缺少铅的润滑作用，
焊膏印刷时填充性和
脱膜性较差。
无铅模板开口设计
开口设计比有铅大，焊膏尽可能完全覆盖焊盘
①对于
Pitch>0.5mm
的器件
一般采取
1:1.02
~
1:1.1
的开口，并且
适当增大模板厚度。
②对于
Pitch
≤
0.5mm
的器件
通常采用
1:1
开口，原则上至少不用缩
小
③对于
0402
的器件
通常采用
1:1
开口，为防止元件底部
锡
丝、墓碑、回流时旋转等现象，可将焊盘开口内
侧修改成弓形
或圆弧形；
无铅模板宽厚比和面积比
由于无铅焊
膏填充和脱膜能力较差，
对模板开口
孔壁光滑度和宽厚比
/
面积比要求更高，
无铅要求：
宽厚比＞
1.6
，
面
积比＞
0.71
开口宽度
(W)/
模板厚度
(T)
＞
1.5
开口面积
(W<
/p>
×
L)/
孔壁面积
[2
×
(L+W)
×
T]
＞
0.66
（
IPC7525
标准）
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