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专业资料
模板设计指南
顾霭云
?模板
(stencil)
又称
smt
漏板
、
SMT
钢网，它是用来定量分配焊膏或贴片胶的，是保证印<
/p>
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<
/p>
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
/
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
?模板加工方法的选择
?台阶
/
释放
(step/release)
模板设计
?混合技术：通孔
/
表面贴装模板设计
?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
(flip chip)
的模板设计
?胶的模板开孔设计
?
SMT
不锈钢激光模板制作外协程序及工艺要求
1.
模板厚度设计
?模板印刷是接触印刷，模板厚度是决定焊膏量的关键参数。
?模板厚度应根据印制板组装密度、元器件大小、引脚（或焊球）之间的间距进行确定。
?通常使用
0.1mm
～
0.3mm
厚度的钢片。高密度组装时，可选择<
/p>
0.1mm
以下厚度。
?通常在同一块
PCB
上既有
1.27mm
以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，
1.
27mm
以
上间距的元器件需要
0.2
mm
厚，窄间距的元器件需要
0.15
～
0.1mm
厚，这种情况下可根据
P
CB
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。
<
/p>
?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。
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?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，需要的焊膏量是不一样。
< br>?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
)]
与模板厚度
(T)
决定焊膏的体积
?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
5: μBGA
间距
30
6: μBGA 间距
30
注：
+
表示难度
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
方形
11
厚度
5
方形
13
厚度
5
宽厚比
面积比
焊膏释放
2.0
1.4
4.2
3.0
2.2
2.6
0.83
0.61
1.04
0.75
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。
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专业资料
?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
2)
，应该考虑如<
/p>
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
+
< br>电抛光或电铸
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)
0.635mm
0.635mm
QFP
(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
0.12mm
(29.5mil)
φ0.35mm
0.35mm
(9.84mil)
φ0.80mm
(19.7mil)
0.25mm
0.50mm
0.20mm
0.25mm
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
(59.1mil)
(
11.8mil)
(57.1mil) (5.91-7.5mil)
0.125-0.15mm
0.254-0.33mm
1.25mm
0.22-0.25mm 1.2mm
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
0.075-0.125mm
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
0.95mm
(25.6mil)
(
17.7mil)
(23.6mil) (4.92-5.91mil)
0.40mm
0.23mm
0.075-0.125mm
(15.7mil)
(
9.06mil)
(13.8mil) (2.95-3.94mil)
φ0.75mm
0.15-0.20mm
(5.91-7.87mil)
0.35mm
0.66-0.89
0.93-1.25
0.115-0.135mm
(13.8mil)
(13.8mil)
(4.53-5.31mil)
φ0.28mm
0.075-0.125mm
(11.0mil)
(11.0mil)
(2.95-3.94mil)
0.12mm
0.08-0.10mm
0.28mm
0.67-0.78
0.69-0.92
0.12mm
0.12mm
1.0
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Chip
(10mil)
(5mil)
Flip
0.20mm
Chip
(8mil)
0.10mm
(4mil)
0.08mm
(3mil)
(5mil)
(5mil)
0.10mm
0.10mm
(4mil)
(4mil)
0.08mm
0.08mm
(3mil)
(3mil)
(5mil)
0.10mm
(4mil)
0.08mm
(3mil)
(3-4mil)
0.05-0.10mm
(2-4mil)
0.025-0.08mm
1.0
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
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?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
< br>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
< br>)
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，因此成本比较高。
三种制造方法的比较
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4.
台
阶
/
释放
(step/release
)
模板设计
?台阶
< br>/
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。
?
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。
?
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
< br>，
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<
/p>
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，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
< br> 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
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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，
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
×
< br>L)/
孔壁面积
[2
×
(L+W)
×
T]
＞
0.66
（
IPC7525
标准）
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