鋼板零件使用厚度及開孔方式(開法/形狀…等)之工藝

鋼板零件使用厚度及開孔方式(開法/形狀...等)之工藝

有網友提問:『鋼板/鋼網(stencil)厚度是如何決定的?開孔(aperture)方式(開法/形狀…等)工藝有何講究?』

鋼板的厚度基本上取決於需要的錫膏量,鋼板越薄,通常也意味著需要的錫膏量越少。而需要多少錫膏量則要看電路板上的零件而定,通常就是看板子上那些對焊錫量比較敏感的電子零件,比如錫球間距最小的BGA以及細間距零件。再來就是焊點越小的零件,其對於錫膏量精準度的要求也就越高。當然,最終還得取決於焊接後的品質狀況。

決定鋼板厚度的因素

決定鋼板的厚度時要優先考慮上述那些細小間距零件的用錫量,以0402零件來說一般會使用0.12mm的鋼板厚度,而0201零件則大多會選用0.10mm厚度的鋼板,隨著零件越來越小且同一板子上細小零件數量增加,有人開始使用0.08mm厚度的鋼板,然後再針對那些需要較多錫膏量的零件去做局部加厚處理的階梯鋼板(step-down stencil),只是局部加厚鋼板是有其厚度侷限的,一般來說可以往上加個0.01~0.08mm,而且還得看局部加厚區域的附近有無細小零件,因為刮刀在刮過局部加厚的區域時,會被突然頂高造成局部變形,如果在局部加厚區域的邊緣如果有開孔,就會造成錫膏量印刷不均或錫膏量過多的現象出現。

另外,厚度越薄的鋼板,錫膏落錫量的控制就越不穩定,也就是說印刷在電路板的錫膏量之精準度會變差,這是因為鋼板開孔的垂直面並不如想像中的光滑,依照不同的鋼板製作的工藝(Etching, Laser, Coating, Electroform),會有不同的表面粗糙度,而表面越粗糙的開孔,謮越容易發生錫膏殘留在垂直面的問題,一旦發生就會造成後續印刷的錫膏量短缺,其他如刮刀壓力、速度、角度及錫膏號數(錫粉顆粒大小)等都會影響到錫膏的印刷品質。

鋼板開孔的大小及形狀

至於,鋼板開孔的大小及形狀,原則上是依照電路板上焊墊1:1的大小及形狀來開的,然後再針對一些比較特殊的零件來做開孔的外擴、縮減或是修改形狀以符合該零件的需要,有些零件可能需要使用到階梯鋼板來局部增加或減少錫膏量。

建議大家可以先參閱IPC-7525 Stencil-Design-Guidelines(鋼板設計指南)文件,這份文件中提到:

1. 為了確保錫膏可以經由鋼板開孔被完美的轉印到電路板上,該文件要求鋼板的開孔及厚度上必須要有一定的比率,以避免錫膏因為表面張力而無法完全落錫。

2. 針對PBGA封裝零件:建議縮減直徑0.05mm以避免短路。

3. 針對CBGA封裝零件:建議外擴0.05~0.08mm以避免空焊。陶瓷與FR4的CTE差異較大,熱變形量也會有較大差異。

4. 針對 fine-pitch BGA 或 CSP 封裝零件:如開口為正方形則建議邊長必須比焊墊縮小0.025mm且四個直角導圓角,當邊長為0.25mm時導R角0.06mm,當邊長為0.35mm時導R角0.09mm以避免短路。

5. 針對電阻電容電感這類【片式零件(chip components)】:

一般來說,片式零件在吃錫上較容易發生錫珠問題,而錫珠的發生,除了錫膏氧化原因外,其最大原因就是錫膏內含的助焊劑在高溫下會迅速揮發轉變成氣體並帶著部份的錫膏往外側移動(想像氣炸的情形),於是在零件本體下方與PCB之間的小縫隙就會形成分離的錫膏區塊,回焊時零件下方因為沒有焊墊可以吸引熔融的錫膏,再加上零件本體的重量擠壓,於是分離的熔融錫膏就會從零件的本體下方冒出來並在其邊緣上形成小錫珠。
SMT錫珠形成

所以,一般片式零件通常會採用小精靈型(inverse home-plate)或是本壘板型(home-plate)兩種開孔形狀來減少錫膏量量,讓助焊劑可以順利揮發,以避免錫珠產生及短路發生。至於大小則通常採用焊墊的1/3寬(W)或1/3長(L),但強烈建議依據自己產品的特性適當調整大小。

對於0402或0201以下的片式零件則可以考慮採取挖掉半圓點型或是圓型的錫膏印刷開孔來減少錫膏量並且可以順利落錫。

針對有立碑缺點的零件則可以考慮採用本壘板型然後往本壘尖端外擴一點點,或是將錫膏開孔整個往本壘尖端方向稍微偏移一點點來解決。但這只是治標不治本,立碑問題最好還是透過電路板設計增加【熱阻 (thermal relief)】並縮小焊墊內距尺寸來解決才能一勞永逸。

6.針對MELF這類圓柱體零件:建議採用C字形開孔以避免零件滾動偏移。


延伸閱讀:
什麼是SMT葡萄球珠現象(Graping)?該如何解決?
SPI管控的參數是怎麼訂出來的呢?錫膏厚度上下限如何定義?
如何挑選一支適合自己公司產品的錫膏 (Solder paste selection)
如何將錫膏印刷於電路板(solder paste printing)與影響錫膏印刷品質的因素

 
 
訪客留言內容(Comments)

No comments yet.


訪客留言注意事項:
1.首次留言通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。  
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,請前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。  
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。  
7. 原則上工作熊不接受私下電子郵件、電話、私訊、微信或任何即時通聯絡。  
8. 自2021年7月起Google將停止最新文章電子郵件通知,如果你想隨時接收部落格的最新文章可以參考這裡

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)