经典完整SMT钢网开孔设计指南(参照IPC-7525A).docx

1、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/确认、模板清

2、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 0.1mm0.3mm 厚度的钢片。高密度组装时，可

3、选择 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 0.2mm 厚，窄间距的元器件需要 0.150.1mm 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（

4、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。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。 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/T1.5面积比：LW/2(L+W)T0.66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

5、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） 开孔设计（mil）（宽长模板厚度） 宽厚比 面积比 焊膏释放1： QFP 间距 20 10505 2.0 0.83 +2： QFP 间距 16 7505 1.4 0.61 +3: BGA 间距 50 圆形 25 厚度 6 4.2 1.04 +4: BGA 间距 40 圆形 15 厚度 5 3.0 0.75 +5: BGA 间距 30 方形 11 厚度 5 2.2 0.55 +6: BGA 间距 30 方形 13 厚度 5 2.6 0.65 +注：+ 表示难度BGA （CSP）的模板印刷推荐带有轻微圆角的方形模板开孔。这种

6、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 2)，应该考虑如以下 13 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+电抛光或电铸一般印焊膏模板开口尺寸及厚度元件类型 PITCH 焊盘宽度 焊盘长度 开口宽度 开口长度 模板厚度 宽度比 面积比1.27mm 0.65mm 2.0mm 0.60mm 1.95mm 0.15-0.25mmPLCC(50mil) (25.

7、6mil) (78.7mil)(23.6mil) (76.8mil) (5.91-9.84mil)2.3-3.8 0.88-1.480.635mm 0.635mm 0.635mm 0.635mm 0.635mm 0.635mmQFP(25mil) (13.8mil) (59.1mil)(11.8mil) (57.1mil) (5.91-7.5mil)1.7-2.0 0.71-2.00.50mm 0.254-0.33mm 1.25mm 0.22-0.25mm 1.2mm 0.125-0.15mmQFP(20mil) (10-13mil) (49.2mil)(9-10mil) (47.2mil)

8、(4.92-5.91mil)1.7-2.0 0.69-0.830.40mm 0.25mm 1.25mm 0.2mm 1.2mm 0.10-0.125mmQFP(15.7mil) (9.84mil) (49.2mil)(7.87mil) (47.2mil) (3.94-4.92mil)1.6-2.0 0.68-0.860.30mm 0.20mm 1.00mm 0.15mm 0.95mm 0.075-0.125mmQFP(11.8mil) (7.87mil) (39.4mil)(5.91mil) (37.4mil) (2.95-3.94mil)1.50-2.00.65-0.860.50mm 0.6

9、5mm 0.45mm 0.6mm 0.125-0.15mm0402(19.7mil) (25.6mil)(17.7mil) (23.6mil) (4.92-5.91mil)0.84-1.000.25mm 0.40mm 0.23mm 0.35mm 0.075-0.125mm0201(9.84mil) (15.7mil)(9.06mil) (13.8mil) (2.95-3.94mil)0.66-0.891.27mm 0.80mm 0.75mm 0.15-0.20mmBGA(50mil) (31.5mil) (29.5mil) (5.91-7.87mil)0.93-1.251.00mm 0.38m

10、m 0.35mm 0.35mm 0.115-0.135mmU BGA(39.4mil) (15.0mm) (13.8mil) (13.8mil) (4.53-5.31mil)0.67-0.780.50mm 0.30mm 0.28mm 0.28mm 0.075-0.125mmU BGA(19.7mil) (11.8mm) (11.0mil) (11.0mil) (2.95-3.94mil)0.69-0.92Flip Chip0.25mm 0.12mm 0.12mm 0.12mm 0.12mm 0.08-0.10mm 1.0(10mil) (5mil) (5mil) (5mil) (5mil) (

11、3-4mil)0.20mm 0.10mm 0.10mm 0.10mm 0.10mm 0.05-0.10mmFlip Chip (8mil) (4mil) (4mil) (4mil) (4mil) (2-4mil) 1.00.15mm 0.08mm 0.08mm 0.08mm 0.08mm 0.025-0.08mmFlipChip (6mil) (3mil) (3mil) (3mil) (3mil) 1.0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(las

12、er-cut)：机械加工混合式(hybrid)：腐蚀+激光电铸(electroformed)：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 “(0.635mm)以上时，选择化学腐蚀(chem-etched)模板；当引脚间距在 0.020“ (0.5mm)以下时，应该考虑激光切割和电铸成形的模板。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

13、横比率、过腐蚀、欠腐蚀等问题，因此不适合 0.020“ (0.5mm)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 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“ (0.5mm)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。 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

14、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。 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，因此成本比较高。三种制造方法的比较4. 台阶/释放(step/release)模板设计台阶/释放模板工艺，俗称减薄工

15、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，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

16、阶）台阶与陷凹台阶模板的应用： 用于 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。 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 1525-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

17、少一些，因此，一般要求模板开口尺寸比焊盘缩小510。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

18、板开口设计开口设计比有铅大，焊膏尽可能完全覆盖焊盘对于 Pitch0.5mm 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。对于 Pitch0.5mm 的器件通常采用 1:1 开口，原则上至少不用缩小对于 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(WL)/孔壁面积2(L+W)T 0.66（IPC7525 标准）