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PCB_SMT激光鋼網影響品質的因素

發表時間:2019-09-27 00:00

PCB 鋼網主要有以下幾個因素會影響到PCB鋼網的品質:

1、制作工藝 前面我們有探討鋼網的制作工藝,可以知道,最好的工藝應當是激光鋼網切割后做電拋光處理。化學蝕刻及電鑄都存在做壽 菲林、曝光、顯影等較易產生誤差的工藝,而且電鑄還受基板不平的影響。

2、使用的材料 包括PCB網框、絲網、鋼片、粘接膠等。PCB網框必須能承受一定程序的接力且有很好地水平度;絲網最好用聚脂網,它能夠長時間保持張力穩定;鋼片最好用304號,且亞光的會比鏡面的更加利于錫膏(膠劑)滾動;粘接膠必須強度足夠且能耐一定的腐蝕。

3、開口設計 開口設計的好壞對PCB鋼網品質影響最大。前面探討過,開口設計應考慮制作工藝,寬厚比、面積比、經驗值等。

4、制作資料 制作資料的完整與否,也會影響到PCB鋼網品質。資料越全越好。同時,資料并存時應明確以哪個為準。還有,一般來講以數據文件制作鋼網可盡可能減少誤差。

5、使用方法 正確地印刷方法能使鋼網品質得到保持,反之,不正確地印刷方法如壓力過大、印刷時PCB鋼網或PCB不水平等,均會使鋼網受到損壞。

6、清洗 錫膏(膠劑)比較容易固化,若不及時清洗會堵塞鋼網開口,下次印刷將產生困難。因此,PCB鋼網由機器上取下后或者在印刷機上1小時不印刷錫膏應及時清洗干凈。

7、儲存鋼網應用特定的儲存場所,不能隨意亂放,這樣可以避免鋼網受到意外傷害。同時,提供PCB鋼網不要疊放在一起,這樣即不好拿又可能把網框壓彎。


鋼網簡介 :

鋼網(stencils)也就是SMT模板(SMT Stencil):它是一種SMT專用模具;其主要功能是幫助錫膏的沉積;目的是將準確數量的錫膏轉移到空PCB上的準確位置。

SMT工藝的發展:SMT鋼網(SMT模板)還被應用于膠劑工藝。[1] 2鋼網演變 鋼網最初是由絲網制成的,因此那時叫網板(mask)。開始是尼龍(聚脂)網,后來由于耐用性的關系,就有鐵絲網、銅絲網的出現,最后是不銹鋼絲網。但不論是什么材質的絲網,均有成型不好、精度不高的缺點。

隨著SMT的發展,對網板要求的增高,鋼網就隨之產生。受材料成本及制作的難易程序影響,最初的鋼網是由鐵/銅板制成的,但也是因為易銹蝕,不銹鋼鋼網就取代了它們,也就是現在的鋼網(SMT Stencil)。


鋼網分類

按SMT鋼網的制作工藝可分為:激光模板,電拋光模板,電鑄模板,階梯模板,邦定模板,鍍鎳模板,蝕刻模板。 激光模板(LaserStencil) 激光鋼網模板是目前SMT鋼網行業中最常用的模板,其特點是: 直接采用數據文件制作,減少了制作誤差環節; SMT模板開口位置精度極高:全程誤差≤±4μm; SMT模板的開口具有幾何圖形,有利于錫膏的印刷成型。 制作激光鋼網需要以下資料:

1、PCB 

2、數據文件 資料必須: PCB:版次正確,無變形、損壞、斷裂; 數據文件:偉創新鋼網(SMT模板)加工集團可接受多種CAD數據格式:GERBER、HPGL、*.JOB、*.PCB、*.GWK、*.CWK、*.PWK、*.DXF、*.PDF;以及下列軟件設計的數據:PAD2000、POWERPCB、GCCAM4。14、PROTEL、AUTOCADR14(2000) 、CLIENT98、CAW350W、V2001。 數據過大時應壓縮后傳送,可使用*.ZIP、*.ARJ、*.LZH等任何壓縮格式; 數據須含SMT solder paste layer(含有Fiducial Mark數據和PCB外形數據),還須含有字符層數據,以便檢查數據的正反面、元件類別等。 下面我們重點講一下GERBER文件; GERBER文件是美國GERBER公司提出的一種數據格式;它是將PCB信息轉化成多種光繪機能識別的電子數據,亦稱光繪文件。GERBER文件是一種有X、Y坐標和附加命令的軟件結構,GERBER格式正式學名叫“RS274格式”。它已成為PCB行業的標準格式文件。 GERBER文件結合Aperture list(亦稱D-Code)文件,定義了圖形的起始點以及圖形形狀及大小。D-Code定義了電路中線路、孔、焊盤或別的圖形的大小及形狀。 GERBER文件有兩種類型:RS274D及RS274X RS274D含X、Y DATA,不含D-Code文件; RS274X含X、Y DATA, D-Code文件也定義在該文件里。 電拋光模板(E.P.Stencil) 電拋光模板是在激光切割后,通過電化學的方法,對鋼片進行后處理,以改善開口孔壁。 其特點是: 1、孔壁光滑,對超細間距的QFP/BGA/CSP尤其適合 2、減少SMT模板的擦拭次數,大大提高工作效率 。 電鑄模板(E.F.Stencil) 為順應電子產品短、小、輕、薄的要求,超細體積(如0201)和超密間距(如 ūBGA、CSP)被廣泛應用,這樣一來,SMT鋼網行業對印刷模板也提出了更高的要求, 電鑄模板應運而生。 我公司制作的電鑄模板特點是: 在同一張模板上可做成不同厚度。 階梯模板(StepStencil) 因同一PCB上各類元件焊接時對錫膏量要求的不同,就要求同一SMT模板部分區域厚度不同,這就產生了STEP-DOWN&STEP-UP工藝模板。 STEP-DOWN模板 對模板進行局部減薄,以減少特定元件焊接時的錫量。 邦定模板(BondingStencil) PCB上已固定了COB器件,但仍要進行印錫的貼片工藝,這就需要用到Bonding模板。 Bonding模板就是在模板所對應的PCB bonding位處加做一個小蓋,以避開COB器件達到平整印刷的目的。 鍍鎳模板(Ni.P.Stencil) 為了減少錫膏與孔壁之間的摩擦力,便于脫模,進一步改善錫膏的釋放效果, 在2004年初,偉創新公司在傳統減成工藝“電拋光”模板基礎上,增加了特別的后 處理加成工藝——“鍍鎳”,并獲得專利。鍍鎳模板結合了激光模板與電鑄模板的優點。 蝕刻模板 采用美國原裝進口301型鋼片制造,蝕刻鋼網適用于角位及間距大于等于0.4MM的PCB板印刷,適合需抄板及菲林使用,可同時使用CAD/CAM及曝光方式,視不同的零件可進行縮放,不需根據零件位的多少計算價格.制作時間快捷。價格較激光模板便宜.便于客戶的菲林存檔。


制作工藝

鋼網的制作工藝有:化學蝕刻法(chemical etch)、激光切割法(laser cutting)、電鑄成型法(electroform)。

1、化學蝕刻法(chemical etch) 工藝流程:數據文件PCB→菲林制作→曝光→顯影→蝕刻→鋼片清洗→張 特點:一次成型,速度較快點;價格便宜。 缺點:易形成沙漏形狀(蝕刻不夠)或開口尺寸變大(過度蝕刻);客觀因素(經驗、藥劑、菲林)影響大,制作環節較多,累積誤差較大,不適合fine pitch鋼網制作法;制作過程有污染,不利于環保。

2、激光切割法(laser cutting) 工藝流程:菲林制作PCB→取坐標→數據文件→數據處理→激光切割→打磨→張網 特點:數據制作精度高,客觀因素影響小;梯形開口利于脫模;可做精密切割;價格適中。 缺點:逐個切割,制作速度較慢。

3、電鑄成型法(electroform) 工藝流程:基板上涂感光膜→曝光→顯影→電鑄鎳→成型→鋼片清洗→張網 特點:孔壁光滑,特別適合超細間距鋼網制作法。 缺點:工藝較難控制,制作過程有污染,不利于環保;制作周期長且價格太高。 5開口設計 鋼網的開口設計應考慮錫膏的脫模性,它由三個因素決定: ①開口的寬厚比/面積比;②開口側壁的幾何形狀;③孔壁的光潔度。 三個因素中,后兩個因素同鋼網的制造技術決定的,前一個我們考慮的更多。 因為激光鋼網很好的性價比,所以這里我們重點探討激光鋼網的開口設計。 首先,我們認識寬厚比和面積比: 寬厚比:開口寬與鋼網厚度的比率。 面積比:開口面積與孔壁橫截面積的比率,如下圖示: 一般地說,要獲得好的脫模效果,寬厚比應大于1.5,面積比應大于0.66。 什么時候考慮寬厚比,什么時候考慮面積比呢?通常,如果開口長度沒有達到寬度的5倍時,應考慮用面積比來預測錫膏的脫模,其它情況考慮寬厚比。 以下是一些元件的開口范例:


元件類型PITCH焊盤寬度焊盤長度開口寬度開口長度模板厚度寬厚比面積比
QFP0.635mm0.35mm1.50mm0.30-0.31mm1.45mm0.15-0.18mm1.7-2.10.69-0.85
QFP0.50mm0.254mm1.25mm0.22-0.24mm1.20mm0.12-0.15mm1.5-2.00.62-0.83
QFP0.43mm0.20mm1.25mm0.19-0.20mm1.20mm0.10-0.12mm1.6-2.00.68-0.85
QFP0.30mm0.18mm1.00mm0.15mm0.95mm0.07-0.10mm1.5-2.10.65-0.93
BGA∮1.27mm∮0.  8mm
∮0.  75mm
0.15-0.18mm
1.0-1.25
BGA∮1.0mm∮0.5mm
∮0.  48mm
0.12-0.15mm
0.80-1.0
uBGA∮0.8mm∮0.4mm
∮0.  40mm
0.12-0.15mm
0.67-0.83
uBGA∮0.8mm∮0.4mm
□0.  38mm□0.  38mm0.12-0.15mm
0.63-0.79
uBGA∮0.5mm∮0.25mm
□0.  28mm□0.  28mm0.08-0.10mm
0.70-0.86
402
0.5mm0.65mm0.48mm0.635mm0.10-0.12mm
1.4-1.37
201
0.25mm0.40mm0.235mm0.38mm0.08-0.10mm
0.73-0.91

當然,對鋼網進行開口設計時,不能一味地追求寬厚比或面積比而忽略了其它工藝問題,如連錫,多錫等。 另外,對于0603(1608)以上的片狀元件,我們應該更多地去考慮怎樣防錫珠。 以上主要講了錫膏工藝鋼網的開口設計,下面我們來簡單介紹一下膠水工藝鋼網(SMT模板)的開口設計: 膠水因其特性的緣故,開口設計經驗值很重要。 印膠鋼網開口一般開成長條形或圓孔;非MARK點定位時應開兩個定位孔。 備注:1、長條形的寬度W應為:0.3mm≤W≤2.0mm 2、圓孔的直徑為:


元件

0603

0805

1206

3212

直徑(d)mm

0.36

0.55

0.8

1.0


印膠鋼網的厚度一般選擇0.15 mm~0.2mm 鋼網(SMT模板)開口設計小技巧:

1、細間距IC/QFP,為防止應力集中,最好兩頭圓角;開方形孔的BGA及0402、0201件也一樣子。

2、片狀元件的防錫珠開法最好選擇內凹開法,這樣可以有效地預防元件墓碑。

3、鋼網設計時,開口寬度應至少保證4顆最大錫球能順暢通過。

4、后處理 蝕刻及電鑄鋼網一般不做后處理,這里講的鋼網后處理主要針對激光鋼網而言。 因激光切割后會產生金屬熔渣附著于也壁及開口處,所以一般要進行表面打磨;當然,打磨也不僅僅是除去熔渣(毛刺),它同時也是對鋼片表面進行粗化處理,增加表面摩擦力,以利錫膏滾動,達到良好的下錫效果。 有必要地話,還可以選擇“電拋光”,對完全除熔渣(毛刺)改善孔壁。

5、清洗 SMT鋼網在使用前、中、后、都要進行清洗(一般都是用SMT鋼網清洗機清洗): 在使用前應抹拭; 在使用過程中也要定期擦拭鋼網底部,以保持鋼網脫模順暢; 使用后更要及時清洗鋼網,以便下次還能得到同樣好的脫模效果。 鋼網清洗方式一般有擦拭和超聲波清洗: 擦拭 用預先浸泡了清潔劑的不起毛抹布(或專用鋼網擦拭紙)去擦拭鋼網,以清除固化的錫膏或膠劑。 特點是方便、不受時間限制、成本低; 缺點是能不徹底地清浩鋼網,尤其是密間距鋼網。 另外,有些印刷機帶有自動擦拭功能,可設定印了幾次后自動擦拭鋼網底部。這個過程也是用專用的鋼網擦拭紙,而且動作前機器會先噴射清潔劑在紙上。 超聲波清洗 超聲波清洗主要有浸泡式和噴霧式兩種,還有一些廠家用一種半自動式的超聲波清洗機清洗鋼網。 清洗劑的選擇 理想的鋼網清洗劑必須是實用的、有效的、以及對人和環境都安全的,同時它還必須能夠很好地清除鋼網上的錫膏(膠劑)。現在有專門的鋼網清洗劑,但它可能會鋼網洗脫,使用時應慎重。若無特別要求,可用酒精或去離子水代替鋼網專用清潔劑。


使用 SMT鋼網是一個“嬌氣”的精密模具,因此,使用時應注意:

1、輕拿輕放; 2、使用前應先清洗(抹拭)鋼網,以去除運輸過程攜帶的污物; 3、錫膏或紅膠要攪拌均勻,以免堵塞開孔明; 4、印刷壓力調到最佳:以刮刀剛好能刮盡鋼網上的錫膏(紅膠)時的壓力最好 5、印刷時最好使用貼板印刷; 6、刮刀行程走完后,可能地話,最好停2~3秒再脫模,且脫模速度不宜過快; 7、不可用硬物或鋒利的刀具撞擊鋼網; 8、鋼網用完后應及時清洗干凈,并回包裝箱,置于專用儲藏架上。


品質影響

主要有以下幾個因素會影響到鋼網的品質:

1、制作工藝 前面我們有探討鋼網的制作工藝,可以知道,最好的工藝應當是激光切割后做電拋光處理。化學蝕刻及電鑄都存在做壽 菲林、曝光、顯影等較易產生誤差的工藝,而且電鑄還受基板不平的影響。

2、使用的材料 包括網框、絲網、鋼片、粘接膠等。網框必須能承受一定程序的接力且有很好地水平度;絲網最好用聚脂網,它能夠長時間保持張力穩定;鋼片最好用304號,且亞光的會比鏡面的更加利于錫膏(膠劑)滾動;粘接膠必須強度足夠且能耐一定的腐蝕。

3、開口設計 開口設計的好壞對鋼網品質影響最大。前面探討過,開口設計應考慮制作工藝,寬厚比、面積比、經驗值等。

4、制作資料 制作資料的完整與否,也會影響到鋼網品質。資料越全越好。同時,資料并存時應明確以哪個為準。還有,一般來講以數據文件制作鋼網可盡可能減少誤差。

5、使用方法 正確地印刷方法能使鋼網品質得到保持,反之,不正確地印刷方法如壓力過大、印刷時鋼網或PCB不水平等,均會使鋼網受到損壞。

6、清洗 錫膏(膠劑)比較容易固化,若不及時清洗會堵塞鋼網開口,下次印刷將產生困難。因此,鋼網由機器上取下后或者在印刷機上1小時不印刷錫膏應及時清洗干凈。

7、儲存 鋼網應用特定的儲存場所,不能隨意亂放,這樣可以避免鋼網受到意外傷害。同時,鋼網不要疊放在一起,這樣即不好拿又可能把網框壓彎。


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