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為何SMT錫膏印刷的鋼板開孔會要求最低寬厚比與面積比？
相信很多接觸過「表面貼焊技術(SMT, Surface Mount Technology)」的朋友都知道，在使用鋼板(stencil)來印刷錫膏的時候，都會被告知設計鋼板開孔(aperture)大小的時候，必須要遵守最小寬厚比(Aspect Ratio)與面積比(Area Ratio)。而且在IPC-7525 Stencil-Design-Guidelines(鋼板設計指南)文件中更明確地定義了最小寬厚比必須大於1.5，才比較好脫模，而最小面積比則必須高於0.66，才能保證錫膏能更均勻地鋪開。
為何SMT錫膏印刷的鋼板在開孔時會要求最低寬厚比(Aspect Ratio)與面積比(Area Ratio)？
其主要目的為了確保錫膏(solder paste)可以經由鋼板(stencil)的開孔(aperture)完整脫模(release)並轉印到印刷電路板(PCB)的焊墊上。你也可以將之理解是為了保證錫膏印刷的穩定性和一致性。避免錫膏因為表面張力作用而無法完全落錫，造成塌陷或是錫膏印刷量不足等缺陷，從而提高SMT製程的良率與焊接品質。
下面工作熊會試著解釋為何鋼板開孔時會要求最低寬厚比(Aspect Ratio)與面積比(Area Ratio)？
🔍 一、寬厚比（Aspect Ratio, W/T > 1.5）
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定義：鋼板開口寬度(W) / 鋼板厚度(T)
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原則：當這個比例太小時，錫膏在脫模時就容易卡在開孔內、不易流出孔洞。
✅ 為什麼 > 1.5？
我們可以想像，當我們使用刮刀(Squeegee)把錫膏壓入一個又窄又深的鋼板孔洞時，錫膏就會被卡在洞裡，最主要是錫膏會被鋼板的垂直粗糙牆面的附著力給「黏住」，而無法順利完全脫模。
當開口越寬，或是鋼板越薄，錫膏可以流出孔洞的阻力就會越小。經過實驗與實際經驗，1.5 是一個安全的經驗門檻，小於這個值則會明顯增加錫膏殘留的風險。
當然，還有其他的參數與印刷設備也都有機會影響到這個指標，比如說：
- 鋼板開孔的處理方式也會起到影響，基本上越是光滑的開孔側壁，其比率就有機會越小。蝕刻(etching)鋼板的落錫量就會比電鑄鋼板的穩定性來得差；奈米塗層(nano coating)鋼板則會比蝕刻鋼板來得穩定。
- 錫膏印刷機的刮刀種類、刮刀壓力、印刷速度、鋼板脫模速度也都會影響錫膏印刷的品質。 (建議閱讀文章：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)
- 編號越大的錫膏，也就是直徑越小的錫粉，其落錫量的穩定性會越好。
🔍 二、面積比（Area Ratio, A_r > 0.66）
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定義：開口底面積 ÷ 側面積
公式：A_r = (L × W) / [2 × (L + W) × T] -
原則：當面積比越小，錫膏在印刷完後就越不容易脫離鋼板的孔洞。
✅ 為什麼 > 0.66？
我們可以把鋼板的開孔想像成是一個小小的「盒子」，底面積是錫膏應該留下的形狀，側面積則是與鋼板內壁接觸的面。
當底面（出口）太小，或者內壁表面積太大時，錫膏就會「黏在牆面」，而不容易「掉出來」。這就像是你把黏土塞進一個杯子裡，要倒出來的時候如果杯子太深或開口太小，黏土就會卡在杯子裡。
經實驗統計，當面積比 < 0.66 時，錫膏被完整釋放率就會顯著下降。
📉 如果不符合這些比例，會出現什麼問題？
最主要問題是錫膏無法順利被完全轉印到PCB的焊墊上，而一旦錫膏殘留在鋼板的開孔中，又會使得焊錫量不足，造成空焊、虛焊等不良，也可能造成錫膏塌陷引起短路，不穩定的錫膏量也會造成焊點不均，可能影響焊錫強度，最後會使得焊接品質下降，需頻繁清洗鋼板，浪費工時與降低產出。
🧠 小結
這兩個比值其實都是在考慮錫膏能否順利從鋼板開口中脫模出來。所以我們可以這樣理解：
👉 寬厚比（W/T）> 1.5：用來保證鋼板開孔不是太窄太深。
👉 面積比（A_r）> 0.66：用來保證錫膏不會黏在鋼板開孔的側牆上無法脫模出來。
如果有特別小或異形的焊墊，可能就需要特殊設計，比如縮短厚度、雷射切割、或使用階梯鋼板(step stencils)。
隨著電子元件越來越小化，比如0402、0201甚至更小及fine-pitch (間距小於0.5mm或0.4mm以下)，錫膏印刷量也變得越來越小，相對地鋼板上的開孔尺寸也會越來越小，為了符合最小寬厚比與面積比的要求，鋼板的厚度也需要相對地變薄。
延伸閱讀：
- 階梯式鋼板的階梯應該開在刮刀面？還是PCB面？
- Step-up & Step-down stencil(階梯式鋼板局部加厚/打薄)
- 鋼板厚度及開孔(開法/形狀…等)工藝是如何決定的？什麼是防錫珠開法？
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