Step-up & Step-down stencil(階梯式鋼板局部加厚/打薄)

Step-up & Step-down stencil(階梯式鋼板局部加厚/打薄)

現今的SMD零件可說是越作越小,什麼0402、0201(註1)的尺寸都出來了,甚至連01005尺寸都開始有人使用,就連一般的IC(積體電路)零件腳距也縮到了0.5mm (fine pitch,微腳距),甚至更小(0.3mm),這對SMT製程來說是一項挑戰。

如何讓這些細小的電子零件完好的焊接在電路板上,還不可以發生空焊及短路,著實讓SMT工程師傷透腦筋。但更大的挑戰是電路板上並非全部都是這些小零件、小焊點而已,比較容易出問題的是同一片板子上同時混雜著少許較大的零件及大部分小零件。







一般來說較大的電子零件會需要使用較多的焊錫於焊腳上,這樣才能確保焊錫可以完整的焊接於電路板上,而小零件則需要較少的錫膏量,而且還必須精準的控制微小的錫膏量誤差,否則就容易發生焊腳間短路的缺點。比如說對外的聯接器或是電源相關的零件,這些零件會需要比較多的錫膏量來確保終端使用不會因為經常的插拔而把零件搖掉下來,但設計上這些大零件的旁邊及附近通常都會設計一些小零件,有些是為了防ESD、防突波…等。這時如何選用適當的鋼板厚度及開口(APERTURE)就成為一大學問。 

1:所謂的0402,一般是說電子被動元件的長寬尺寸為0.04"x0.02"(約1.0mmx0.5mm),所以0201就表示 0.02"x0.01" (約0.6mmx0.3mm),其他還有0603、0805、及1206的尺寸。
smallchipsize01  smallchipsize02

為了應付這些大大小小電子零件同時出現於同一面的電路板上,而且還要得到良好的焊接品質,我們會需要在同一面鋼板上印刷出不同的錫膏厚度(量),這樣才能精準地控制錫膏量,於是就有所謂 STEP-UP (局部加厚)STEP-DOWN (局部打薄) 的特殊鋼板應運而生。這種鋼板可以藉由局部增加鋼板厚度(step-up)來增加錫膏印刷量,或是局部的降低鋼板厚度(step-down)而減少錫膏量。這種 STEP-UP 鋼板也可以克服一些零件腳位不夠平整(COPOLANARITY)的問題,STEP-DOWN 則可以有效控制 FINE PICTH 零件腳的短路問題。

如果你有留意上面這張圖片,你會發現局部加厚的鋼板方向放在刮刀的另外一面,也就是建議要加厚的那一面鋼板必須貼著電路板,這樣才比較不易損傷刮刀。

如果你有留意上面這張圖片,你會發現局部加厚的鋼板方向放在刮刀的另外一面,也就是建議要加厚的那一面鋼板必須貼著電路板,這樣才比較不易損傷刮刀。

當然,這種特殊鋼板的價錢會較一般的鋼板貴上10%左右,因為這種特殊鋼板必須使用較厚的鋼板,然後利用雷射的方式去除掉需要變薄的部份,所以 STEP-DOWN 應該會比 STEP-UP 來得容易製作。所以,如果只是單純的想要增加錫膏量,可以先試看看增加鋼板的開口(APERTURE)以降低成本。

另外必須提醒的,這種特殊鋼板會有以下的限制:

後記:

看過了上述對於局部加厚鋼板的介紹,相信有許多朋友對這種鋼板已經有了教清楚的了解,不過想使用這種【Step-up/Step-down鋼板】還有一個關鍵點要注意,請參考【階梯式鋼板的階梯應該開在刮刀面?還是PCB面?】一文。


延伸閱讀:
迴流焊的溫度曲線 Reflow Profile
合成石過爐托盤(Reflow carrier)
屏蔽框(Shielding frame)設計與生產注意事項




訪客留言內容(Comments)

Dear 狂人&達人

如文章所述,鋼板的厚度與開口大小會影響吃錫性,想請教一下,在PCB上的吃錫面積與鋼板開口尺寸會是1比1嗎?或是有其他規範?

Daniel;
這是個很有趣的問題,理論上它應該是1:1,但實際上得視狀況而定,建議你實際量測一下鋼板的開口與錫膏的長寬來做比較會比較準確,會這麼說是因為它會隨下列情況而變:
1. 鋼板的種類及厚度。一般來說同樣的條件下,使用Laser鋼板會比Etching鋼板的面積來得大。
2. 刮刀的種類、壓力、角度、速度…等都會影響到錫膏的面積。參考這篇如何將錫膏印刷於電路板(solder paste printing)

有幾點疑問與您請教 :
1. 局部加厚與局部打薄都是使用雷射或蝕刻的方式 , 將不要的部分消除來達成局部加厚與局部打薄的功能 , 差別是局部加厚代表要消除掉較多面積的厚度 , 所以才會造成局部加厚的製做成本比局部打薄貴 ??

2. 不論是局部加厚或是局部打薄 , 都會有您另一篇文章提到的 , 刮刀在階梯面or刮刀在非階梯面的優缺點

陳杰宇,
不是很清楚你的問題點在哪裡?

Sorry是我沒有表達清楚 , 我是看到本文提到"當然,這種特殊鋼板的價錢會較一般的鋼板貴上10%左右,因為這種特殊鋼板必須使用較厚的鋼板,然後利用雷射的方式去除掉需要變薄的部份,所以 STEP-DOWN 應該會比 STEP-UP 來得容易製作。"所以我才會有下面第一與第二點的疑問 ?

1. 不論局部加厚與局部打薄都是使用雷射或蝕刻的方式 , 將不要的鋼板去除掉
來達成局部加厚與局部打薄嗎??

2. 局部加厚會比局部打薄需要消除掉更多的面積與厚度 , 所以才會造成局部加
厚的製作成本比局部打薄貴嗎??

3. 您另一篇文章提到的刮刀在階梯面or刮刀在非階梯面的優缺點 , 不論是局部
加厚或是局部打薄都會存在嗎??

陳杰宇,
1. 鋼板的錫膏印刷面其實就是一體成形,無法做黏接補肉,只能用最厚的尺寸打薄,這樣就可以解釋你的1,2的問題了。
2. 刮刀是硬的東西,橡膠刮刀例外,當刮刀括再有凹槽的地方,肯定是無法平貼的。

請問這就是所謂的FG鋼板嗎?

Clark,
Sorry!個人不清楚FG鋼板。

謝謝板大詳細的說明及分享,
關於樓上大大提到的FG鋼板,我大概補充一下,
FG鋼板應該是材質不同,號稱使用顆粒較細的鋼材來提升下錫性,
奈米鋼板亦是,差異在於製作鋼板的過程,而效果就因人而異了.


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