钢网制作资料.docx

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钢网制作资料

TheStateofStencilTechnology

钢网技术王国

Insurfacemountassembly,thestencilisthegatewaytoaccurate,repeatablesolderpastedeposition.

表面贴装，钢网是锡膏准确重复印刷的关键。

ByMarkWhitmore

Assolderpasteisprintedthroughthestencilapertures,itformsdepositsthatholdthecomponentsinplaceand,whenreflowed,securesthemtothesubstrate.Thestencildesign—itscompositionandthickness,thesizeandshapeofitsapertures—ultimatelydeterminesthesize,shapeandpositioningofthedeposits,whicharecriticaltoensuringahigh-yieldprocesswithminimaldefects.

由于锡膏通过钢网进行印刷。

印刷的锡膏将部品固定，回流时，将部品固定于基板。

钢网设计———钢网的结构，厚度，尺寸大小和孔型———最终决定印刷锡膏的尺寸大小，外形和位置。

它是确保高产量，降低缺陷率的保证

Today,awidevarietyofmaterialsandfabricationtechniquesenablesupplierstodesignstencilsthatmeettheassemblychallengesoffine-pitchtechnology,miniaturizedcomponentsanddenselypackedboards.

今天，多种多样的材料和制造技术时供应商能设计出的钢网能迎接细微坡度，小型化部品和高密度封装电路板的挑战。

Inaddition,stenciltechnologynowservesafullrangeofmassimagingmaterials.Asstencildesignershavegainedin-depthknowledgeabouthowaperturesizeandshapeaffectsdeposition,newtechnologiesextendthecapabilitiesofprintingplatformsandstencilsintoapplicationsasvariedasadhesivedepositionandwaferbumping.

另外，钢网技术现在成为广泛的成像材料。

钢网设计人员已经获得丰富的知识，他们知道多大的孔，怎样的外形影响沉积物，

Thestencilservestwoprimaryfunctions.Thefirstistoensurepreciseplacementofamaterial,suchassolderpaste,fluxorencapsulant,onasubstrate.Thesecondistoensuretheformationofproperlysizedandshapeddeposits.

钢网有两个基本作用，一个作用是确保焊锡，松香或胶水等物料正确放置到基板上，另一个作用是确保沉积物的尺寸和外形。

StencilMaterialsandManufacture

钢网原料和钢网制作

Themostwidelyusedstencilmaterialsaremetals,primarilystainlesssteelandnickel.Inrecentyears,variousplasticsalsohavegainedacceptance.Stencilmanufacturingtechniquesincludechemicaletching,lasercuttingandelectroforming.Abriefreviewofthesematerialsandtechniquesindicatesthatmanufacturerscanselectfromawidevarietyofstenciltypestomeetspecificapplicationneeds.

钢网最常用的材料是金属，主要是不锈钢和镍。

近些年，已经采用各种各样的塑料。

钢网制作技术包括化学腐蚀，激光切割和电铸。

粗略回顾一下这些物料和技术，可以看出，制造商可以选择多种多样的钢网类型来满足特殊的应用要求。

Historically,themostcommonlyused,lowestcoststencilfabricationmethodhasbeenchemicaletching.Thisisasubtractiveprocessthatusesphotolithographictechniquestodefinetheaperturepattern,andthenappliesanetchanttoformtheaperturessimultaneouslyfrombothsidesofthestencil.Toachieveapertureswithtrapezoidalwalls,whichimprovesolderpasterelease,theartworkcanbedesignedtocreateslightlylargeraperturesonthesideofthestencilthatfacesthesubstrate.

过去，普遍采用的低成本的钢网制作方法是化学腐蚀。

这是一个反工艺，它应用成像技术来决定孔型。

然后，同时从钢网的两边腐蚀成孔。

未了得到梯形墙（利于释放锡膏），钢网面向基板的一侧设计的孔稍大一些。

Double-sidedetchingcancreateknife-edgeapertureprofiles,aswellas"under-etch"and"over-etch"conditions.Itispossibleto"electropolish"foilsaftertheyhavebeenetchedtoremoveknifeedgesand"smooth"theaperturewalls.Chemicaletchingissuitableforlargeaperture/coarsepitchapplicationsbutcannotsatisfytherequirementsofsub-0.5mmpitchapplications.

双侧腐蚀可导致孔型出现刀边，也会造成“未完全腐蚀”“过腐蚀”，钢网腐蚀后，可以“电抛光”除去刀边和使孔道平滑。

化学腐蚀适合于大孔/粗孔，但不能满足0.5mm以下的孔径要求。

Inresponsetodecreasingpitchesandincreasingcomponentdensities,lasercuttinghasbecomeamorewidelyusedstencilfabricationprocess.Laser-cutstencilsareproduceddirectlyfromGerberdataorotherdataformats,reducingthenumberofphotolithographicstepsandsubsequentlyreducingthechanceofimagemisregistrationsignificantly.Computernumericallycontrolled（CNC）lasercutting,drivendirectlybyGerberdata,produceshighlyaccurate,repeatablestencilapertures.Theprecisionofthetechniquemeansthataperturedimensionaltolerancesof±5µmcanbeproduced,evenoverlargeprintareas.

为了减少斜度，增加组件密度，激光切割已经广泛应用于钢网制作工艺。

激光切割钢网直接由Gerber数据或其他数据模型做成。

减少了成像的步骤，继而减少了影像登记出错的机会。

计算数控（CNC）激光切割直接由Gerber数据传动，形成高精度，重复的孔。

该技术的准确度为孔径允许误差为±5µm，即使大的印刷面积，孔径允许误差也是±5µm

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Figure1.Laser-cutapertureshowingcharacteristicstriationmarkings.

激光切割的孔出现特性的条形刻痕

Byadjustingtheintensityofthelaserduringmanufacturing,high-contrastfiducialscanbecreatedonthestencilsurfacewithnoneedforin-filling.Thisfeaturealsoaidstheaccuracyofthemanufacturingprocess.Theintrinsicpropertiesoftheprocessresultinapertureswithatrapezoidalcross-section,whichenhancepasterelease.Apossibleconcernisthecharacteristic"striated"finishofaperturewallsleftbyalaser（Figure1）.Thelatestlasercuttingtechnologieshavehelpedreducethis,butwhenaspecificapplicationdemandsasmoothsurfacewall,itispossibletoelectropolishorevenelectroplatelaser-cutstencilaperturesfollowingthecuttingprocedure.

在制造过程中，通过调整激光的强度，钢网表面，无需内填充，就能形成基准鲜明的对比。

这些特性有助于制造工艺的准确性。

工艺的内在特性，导致孔内形成梯形断面，这有助于锡膏释放。

人们可能关注激光切割在孔上留下特性条纹。

最近的激光技术已经可以减少条纹的产生。

但是，当特定的应用需要光滑的孔面，激光切割孔在切割之后可能进行电抛光或电镀。

Incontrasttochemicaletchingandlasercutting,electroformingisanadditiveprocess.Electroformedstencilsare"grown"byelectro-depositingaplatingmaterial,usuallynickel,ontoamandrelcarryinganegative,photo-resistimageoftheaperturepattern.Theprocessproducesextremelyprecise,smooth-walledapertureswithanaturaltaperthatrequirenoadditionalfinishingprocesses.Theextremeprecisionoftheprocesstargetselectroformedstencilsforuseinultra-finepitchapplications.

和化学腐蚀及激光切割相比，电铸是一个附加工艺，电铸钢网是用电镀材料，通常为镍，在带负电孔型成像的卷筒，该工艺能形成精确光滑表面的孔，自然锥度另需精加工。

工艺高精度旨在生产高精度应用要求的电铸钢网。

Figure2.Therangeofadhesivedotsthatcanbeproducedfromasingle-thicknessplasticstencil.

粘合点可由单层塑胶钢网印刷而成。

WhilestandardSMTstencilscanbemanufacturedusingpolymerfoils,plasticasastencilmaterialhasgainedrealacceptanceinadhesiveprintingoverthepastfiveyears.Theprimarybenefitofusingplasticisthatitispossibletocreatestencilsuptoatleast8mminthickness.

标准SMT钢网可由聚合材料制作而成。

塑胶已经作为钢网材料，应用于粘合剂印刷有五年。

使用塑胶的主要好处是：

制作的钢网的厚度达8mm以上。

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Figure3.Bottomsideofaplasticstencil,showingundercutfeaturestositoverboardcomponents.

塑胶底侧，有砍口，可以盖在电路板元件上。

SuchstencilsaremanufacturedusingstandardCNCmachiningtechniques.Bydrillingaperturesofdifferentsizesintheplastic,adhesivedepositsofvaryingheightscanbeprintedfromasinglethicknessstencilwithasingleprintstroke（Figure2）.Theextremethicknessalsoallowsthestencilundersidetobeundercutandroutedsothatitcanaccommodatepreviouslyplacedcomponentsandclinchedleads（Figure3）.

这些钢网由标准的CNC计算机数控技术制作。

通过在塑胶上钻不同尺寸的孔。

由单层钢网在刮刀刮动一次可印刷成不同高度的粘合剂沉积物。

一定厚度的钢网底侧可以挖空，以便能容纳事先放好的元件和焊接好的铅料。

DesignRulesandCapabilities

设计规则和设计能力

Thesizeandshapeofstencilaperturesdeterminethevolume,uniformityanddefinitionofthematerialdepositedontosubstrates.Rigorouscontrolofaperturequalitythereforeiscriticaltosuccessfulstencildesign,particularlyforfineandultra-finepitchapplicationswheresmallamountsofmaterialmustbedepositedwithgreatprecision.Measuressuchasarearatio（theareaundertheapertureopeningdividedbythesurfaceareaoftheaperturewall）andaspectratio（aperturewidthdividedbystencilthickness）canbeusedtodetermineappropriateaperturesizes.

钢网孔的尺寸和外形决定基板上沉积材料的体积，均匀性和精确度。

因此，严格控制孔的质量是钢网成功设计的关键。

特别是小量沉积材料要求精度高时的高精度要求。

面积比率（开孔面积与孔壁表面积的比值）和表观比率（孔的宽度与钢网的厚度比值）的测量可用于确定孔的大致尺寸。

Thegeneralruleisthat,foracceptablepasterelease,thearearatioshouldbegreaterthan0.66andtheaspectratiogreaterthan1.5.Whendesigningaperturesthatadheretotheserules,itisnecessarytoconsidereachstencilmanufacturingtechniqueonitsownmerits.Forexample,itischallengingforthechemicaletchingprocesstodropbelowa1.5aspectratiowhile,withlasercuttingandelectroforming,aperturescanbeproducedthathavea1:

1aspectratiotothestencilthickness.

常用的规则是：

对于锡膏释放来说，面积比率应大于0.66，表观比率应答于1.5。

设计孔遵循这些规则，有必要考虑每一种制作工艺的优点。

比如，表观比率低于1.5对于化学腐蚀试一大挑战，而激光切割和电铸可制成表观比率为1.1的钢网。

Ofgreatervaluetothestencildesigneristhearearatio,whichcanberelateddirectlytoeventualsolderpasterelease.Duringtheprintingprocess,whenthestencilseparatesfromthesubstrate,competingsurfacetensionforcesdictatewhetherthesolderpastewilltransfertothepadithasbeenprintedonorremainadheredtothestencilaperturewalls.

对于钢网设计者来说非常重要的是面积比率。

它直接与锡膏释放有关。

在印刷过程中，当钢网跟基板分离时，表面张力表明锡膏是否转移到印刷在基板上的焊盘还是继续粘在钢网的孔壁上。

Whenthepadareaisgreaterthan66percentoftheaperturewallsurfacearea,theprobabilityofachievingefficientpastetransferisincreased.Astheratiodecreasesbelow66percent,pastetransferefficiencydecreasesandprintqualitybecomeserratic.Thefinishoftheaperturewallscanhaveanimpactattheselevels.Laser-cutaperturesthathavebeenelectropolishedand/orelectroplatedduringmanufacturepromoteimprovedpastetransferefficiency.Similarly,thesmoothaperturewallsproducedbyelectroformingalsoenhancepasterelease.

当焊盘面积大于孔壁表面积的66%。

提高锡膏有效转移的可能性。

比率低于66%，锡膏转移的效率降低，印刷质量变差。

这种水平对完成的孔壁有影响。

制造过程电抛光和电镀处理的激光刻录的孔壁，改善了锡膏转移的效果。

同理，电铸产生的光滑孔壁也有助于锡膏释放。

Componentpitchesandaperturedensityalsocandictatetheappropriatemanufacturingtechnologytoselect.Forapplicationswithpitchesbelow0.5mm,choicesarelimitedtolasercuttingorelectroforming.Bothtechniquesarecapableofproducinghigh-quality,accuratefine-pitchstencils,thougheachhasitsownadvantagesanddisadvantages.

组件斜度和孔密度也表明要选择适当的制造技术。

对于斜度低于0.5mm的用途，只能选择激光刻录或电铸。

两种技术能制成高质量，精确布孔的钢网。

两种技术有各自的优缺点。

Thelaserprocessdoesnotrequireartwork,reducingmisregistrationissues.Foilthicknessesof50to500µmcanbecut,althoughstockfoilthicknessesarelimited.Conversely,thethicknessofelectroformedfoilscanbecontrolledin2.5-µmincrements,anywherebe