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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)零件腳距也縮小到了0.5mm (fine pitch，微腳距)，甚至更小的0.3mm，這對SMT製程來說是一項大挑戰。
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。
註1：所謂的0402，一般是說電子被動元件的長寬英制尺寸為0.04"x0.02"（約1.0mm x 0.5mm），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。 
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，於是就有所謂階梯鋼板(step stencil)的出現。
什麼是SMT階梯鋼板？
SMT的階梯式鋼板是在同一片鋼板(stencil)中為了可以局部增加或減少錫膏量而在鋼板的居部位置增加或打薄鋼板厚度的一種鋼板，有別於一般鋼板上的所有位置都是同一厚度。階梯式鋼板基本上使用需求最厚的鋼片，然後用鐳射掃掉多餘的部分，比如說一片0.12mm厚度的鋼板，上面有局部加厚到0.15mm的階梯鋼板，就用0.15mm厚度的鋼片來加工處理。
什麼是上鋼板(Step-up stencil)及下鋼板(Step-down stencil)階梯鋼板？
階梯鋼板基本上分成兩種類型，分別為上鋼板(Step-up stencil)又稱為「局部加厚」鋼板及 下鋼板(Step-down stencil)又稱為「局部打薄」鋼板。這兩種特殊鋼板可以藉由在鋼板上局部增加厚度(step-up)來局部增加PCB上部分位置的錫膏印刷量，比如說USB、耳機座等IO連接器，或是模組、微動開關、變壓器等大型零件需要特別增加錫膏量，也可以有效克服一些零件腳位不夠平整(coplanarity)的問題；或是局部的降低鋼板厚度(step-down)而減少錫膏量，比如針對一些細間腳(fine-pitch)零件，不能印刷太多錫膏，否則容易短路。
隨著技術的進步，現在也有採用額外貼上一片訂製的小鋼片焊接在鋼板上的方式來製作的上鋼板的技術，不過要特別留意焊接處磨平處理是否到位。
階梯式鋼板的使用限制
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：
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同一片鋼板的高度差建議在0.03mm以內，也就是說如果鋼板為0.15mm的厚度，那麼 STEP-UP的鋼板厚度就不應該超過 0.18mm，當然你也可以依需要增加更高的厚度，但同一片鋼板的厚度變化越大，厚薄之間的錫膏控制量就越容易出問題，所以厚度的增加必須量力而為，之所以這樣建議是因為現在的PCB設計經常是大小零件混搭，當你為大零件增加錫膏量時，旁邊的小零件也會因次增加錫量而造成其他問題，也就是當你想增加更高的局部鋼板厚度要考慮旁邊是否有小零件。
而 STEP-DOWN 鋼板的厚度一般建議不應小於 0.12mm。因為刮刀在印刷時，不太容易隨時控制變換其高度，以配合鋼板的高度差，如果高度差變化太大，容易出現刮刀壓力過大或是過小的問題，而產生錫膏量過多或是過少，甚至變形的缺失。
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在刮刀刮過 STEP-UP 或是 STEP-DOWN 的鋼板區域，鋼板的厚度最好可以同時加厚或是變薄，因為刮刀碰到 STEP-UP 的區域會突然被撐起來，如果同一直線上的部份鋼板厚度未跟著加高，就容易出現錫膏量不均勻的現象。這關係到電路板零件擺放(LAYOUT)的設計，必須要求電路板的CAD工程師配合，把需要較多錫量或是較少錫量的零件擺放在同一直線區域，如此刮刀刮過去的時候，才可以同時增加或時減少錫膏量。當然現實上大部分的 STEP-UP 鋼板都不會整個加厚，通常都只有需要的局部區域加厚而已，所以使用尚要更小心。
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在鋼板的 STEP-UP 或是 STEP-DOWN 邊緣，需至少應該保留 3～5mm 的空間，其後才可以再擺放其他的小零件(錫膏量少)或是大零件(錫膏量多)，這是為了避免刮刀來不及反應鋼板厚度的變化，產生無法將錫膏完全的刮入其開口(APERTURE)，並造成錫膏量不足的現象發生。
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使用這種 STEP-UP 或是 STEP-DOWN 鋼板時，刮刀的速度必須要適當降低才能得到較精準的錫膏量，還要控制刮刀的下壓力。
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：
合成石過爐托盤(Reflow carrier)
迴流焊的溫度曲線 Reflow Profile
屏蔽框(Shielding frame)設計與生產注意事項
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訪客留言內容（Comments）
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
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??
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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?