钢网的设计

    任务三　钢网的设计

    任务描述

    钢网，作为锡膏印刷过程中的一个关键工具，在很大程度上决定了锡膏在PCB焊盘上的成形质量，可直接影响电子产品焊接质量，因此钢网孔开刻方式及钢网使用将是我们提升SMT制程品质的又一关键步骤。

    任务分析

    PCB的焊盘与元件器件一样，同样分为CHIP、晶体管、IC、BGA等。为有效保障各元件的焊接品质及满足各元件的制程需求，钢网开口的方式也会灵活多变，不同产品、不同元件其开刻钢网的方式也不一样。SMT是不会直接对钢网进行开刻的，但我们会对钢网开刻厂商提供具体开刻数据，本任务将对钢网开孔及使用进行全面介绍。

    任务实施

    活动一　钢网的分类

    钢网（图3-11）也就是SMT模板（SMT Stenci1），它是一种SMT专用模具。其主要功能是帮助锡膏沉积；目的是将准确数量的锡膏转移到空PCB对应位置。随着SMT工艺的发展，SMT钢网还被大量应用于红胶等胶剂工艺。

    

    

    图3-11

    SMT钢网的制作工艺可分为化学蚀刻、激光切割和电铸成型3种。

    1.化学蚀刻模板

    用化学方法蚀刻形成模板开孔，适用于制作黄铜和不锈钢模板，具有以下特点：

    ①开孔呈碗状，锡膏释放性能不好；

    ②只能用于元件PITCH值大于20 mil^[1] l以上，如PITCH值为25～50 mil的印刷；

    ③制作模板厚度为0.1～0.5 mm；

    ④开孔的尺寸误差为1 mil（位置误差）；

    ⑤价格比激光切割和电铸成型都便宜。

    钢网蚀刻开刻流程如下：

    

    2.激光切割模板

    模板开孔使用激光切割，具有以下特点：

    ①开孔上下自然成梯形，上开孔通常比下开孔大1～5 mil，有利于锡膏的释放；

    ②开孔尺寸误差为0.3～0.5 mil，定位精度小于0.12 mil；

    ③价格比化学蚀刻贵，比电铸成型便宜；

    ④孔壁不如电铸成型模板光滑；

    ⑤可满足模板厚度为0.12～0.3 mm；

    ⑥通常用于元件PITCH值为20 mil或更小的印刷。

    激光开刻流程如下：

    

    3.电铸成型模板

    用化学方法，但不是在金属板上蚀刻出需要的图形，而是直接电铸出镍质的漏板，即加成法。具有以下特点：

    ①自然形成梯形开孔，孔壁光滑，有利于锡膏释放；

    ②制作过程中自然形成开孔的保护唇；

    ③可完成2～12 mil厚度的模板制作；

    ④良好的耐磨性和使用寿命；

    ⑤价格较贵，制作周期较长。

    电铸成型钢网开刻流程如下：

    

    4.3种开刻方式优缺点对比

    钢网开刻方式对比见表3-11。

    

    表3-11

    

    活动二　钢网的设计

    钢网设计考虑因素见图3-12：

    

    

    图3-12

    钢网网框尺寸决定了在何种设备上生产，常见的尺寸见表3-12。

    

    表3-12

    

    钢网的开口设计应考虑锡膏的脱模性，它由3个因素决定，分别是开口的宽厚比/（面积比）、开口侧壁的几何形状、孔壁的光洁度。3个因素中，后2个因素是由钢网的制造技术决定的（开口侧壁的几何形状一般都是倒梯形，以便于下锡和成形；孔壁的光洁度一般采用电抛光）前1个因素我们考虑得更多。因为激光钢网有很高的性价比，所以这里我们重点探讨激光钢网的开口设计，见图3-13。

    ①宽厚比：开口宽与钢网厚度的比率；

    ②面积比：开口面积与孔壁横截面积的比率。

    

    

    图3-13

    一般来说，要获得好的脱模效果，宽厚比应大于1.5，面积比应大于0.66。通常，如果开口长度没有达到宽度的5倍时，应考虑用面积比来预测锡膏的脱模，其他情况考虑宽厚比。表3-13是一些组件的开口范例。

    

    表3-13

    

    当然，在对钢网进行设计时不能一味追求宽厚比而忽略其他工艺问题，如连锡、多锡、锡珠等。对于IC类引脚，开口宽度基本是1∶0.9长度内切外加0.2 mm；片式元件开口宽度基本是1∶0.9长度内切角。

    锡珠是由于锡膏超出焊盘，在焊接时无法和焊盘相熔而形成的一颗颗球状圆点。它会由于震动等原因卡在组件引脚中间而引起短路。常见的锡膏钢网形状见图3-14。

    

    

    图3-14

    对于接地焊盘或大面积的引脚焊盘，我们要考虑锡膏拉力不均衡造成的移位，这时的钢网设计大部分会采用网格，减少下锡量，要注意平均分配。

    活动三　钢网验收

    1.SMT钢网验收注意事项

    ①检查钢网开口的方式和尺寸是否符合要求；

    ②检查钢网的厚度是否符合产品要求；

    ③检查钢网的框架尺寸是否正确；

    ④检查钢网的标志是否完整；

    ⑤检查钢网的平整度是否水平；

    ⑥检查钢网的张力是否合适（用张力计（图3-15）测四周和中央5个点）；

    ⑦检查钢网开口位置及数量是否与PCB焊盘一致，见图3-16（用菲林与PCB对位，包括MARK点）。

    

    

    图3-15

    

    

    图3-16

    2.钢网验收表（表3-14）

    

    表3-14

    

    

    续表

    

    3.钢网标签

    为了方便快速准确地找到某个机型钢网，我们在钢网框的正面会贴一个标签贴纸如图3-17所示，同时在电脑里同步输入相应内容。标签贴纸至少会包括钢网编号、机型、版本、日期等信息。

    

    

    图3-17

    知识拓展：阶梯钢网

    局部加厚减薄钢网、激光模板阶梯钢网：因同一PCB上各类元件焊接时对锡膏量要求的不同，就要求同一模板部分区域厚度不同，这就产生了STEPDOWN＆STEP-UP工艺模板。

    ●STEP-DOWN模板：对模板进行局部减薄，以减少特定元件焊接时的锡量，又不影响脱模，此工艺模板可有效地解决因PCB局部微凸（如贴有标签等）而造成的印刷缺陷。

    ●STEP-UP模板：对模板进行局部加厚，以增加特定元件焊接时的锡量，此工艺模板特别适合穿孔回流焊工艺（即插件元件的回流焊接）。

    ●STEP-DOWN＆STEP-UP模板：对模板进行局部减薄和加厚，即同一模板上有3种厚度，以满足不同元件焊接时对锡量的不同要求。

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