鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)
鋼網(wǎng)的制造方法主要有激光切割、化學(xué)腐蝕和電鑄。
1)激光切割激光切割仍是目前主要的制造方法,
其特點(diǎn)如下:
(1)孔壁表面較粗糙,焊膏的轉(zhuǎn)移率在70%~75%。
(2)適合焊膏轉(zhuǎn)移的鋼網(wǎng)開窗與側(cè)壁的面積比≥0.66。激光切割孔壁的質(zhì)量情況如圖3-1所示。
圖3-1激光切割孔壁的質(zhì)量情況
2)電鑄
(1)孔壁表面平滑、呈梯形,焊膏的轉(zhuǎn)移率高,達(dá)85%以上。
(2)可用于鋼網(wǎng)開窗與側(cè)壁的面積比小于0.66、大于0.5的場(chǎng)合。激光切割孔壁的質(zhì)量情況如圖3-2所示。
鋼網(wǎng)厚度的選擇
為使焊膏達(dá)到最佳的釋放效果,鋼網(wǎng)的開窗面積與側(cè)壁面積比應(yīng)≥0.66,這是一個(gè)實(shí)現(xiàn)70%以上焊膏轉(zhuǎn)移的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,也是鋼網(wǎng)厚度設(shè)計(jì)的依據(jù)。也可以簡(jiǎn)單地按圖3-3以引線間距大小進(jìn)行選取,它滿足上述的0.66原則。
圖3-3
鋼網(wǎng)厚度的選擇鋼網(wǎng)開窗的設(shè)計(jì)原則鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心工作,也是工藝優(yōu)化的主要手段。鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)包括開窗圖形、尺寸及厚度設(shè)計(jì)(如階梯鋼網(wǎng)階梯深度)。
一般經(jīng)驗(yàn):
1)鋼網(wǎng)厚度
0.4mm間距的QFP、0201片式元件,合適的鋼網(wǎng)厚度為0.1mm;0.4mm間距的CSP器件,合適的鋼網(wǎng)厚度為0.08mm,這是鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)厚度。如果采用上階梯鋼網(wǎng),合適的最大厚度為在基準(zhǔn)厚度上增加0.08mm。
2)開窗尺寸設(shè)計(jì)除以下情況,可采用與焊盤1:1的原則來設(shè)計(jì)(前提是焊盤是按照引腳寬度設(shè)計(jì)的,如果不是,應(yīng)根據(jù)引腳寬度開窗,這點(diǎn)務(wù)必了解)。
(1)無引線元器件底部焊接面(潤(rùn)濕面)部分,鋼網(wǎng)開孔一定要內(nèi)縮,用以消除橋連或錫珠現(xiàn)象,如QFN的熱焊盤內(nèi)縮0.08mm,片式元件要削角,如圖3-4(a)所示。
(2)共面性差的元器件,鋼網(wǎng)開窗一般要向非封裝區(qū)外擴(kuò)0.5~1.5mm,以便彌補(bǔ)共面性差的不足。
(3)大面積焊盤,必須開柵格孔或線條孔,以避免焊膏印刷時(shí)被刮薄或焊接時(shí)把元器件托起,使其他引腳開焊,如圖3-4(b)所示。
(4)ENIG鍵盤板盡量避免開口大于焊盤的設(shè)計(jì)。
(5)元器件底部間隙(Stand-off)為零的封裝元器件體下非潤(rùn)濕面不能有焊膏,否則,一定會(huì)引發(fā)錫珠問題!
(6)有些元器件引腳不對(duì)稱,如SOT-152,必須按浮力大小平衡分配焊膏,如圖3-5所示,以免因焊膏的托舉效應(yīng)而引起開焊。
(7)在采用鋼網(wǎng)開窗擴(kuò)大工藝時(shí),必須注意擴(kuò)大孔后是否對(duì)元器件移位產(chǎn)生影響。
鋼網(wǎng)開窗設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于需滿足每個(gè)元器件對(duì)焊膏量的個(gè)性化需求,對(duì)于PCB同一面上元器件大?。▽?shí)質(zhì)指焊點(diǎn)大?。┍容^一致的板,一般不是問題,但對(duì)于同一面上元器件大小相差很大的板就是一個(gè)很大的問題。要滿足每個(gè)元器件對(duì)焊膏量的個(gè)性化需求,不僅要從鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)方面考慮,更重要的是元器件的布局必須為鋼網(wǎng)開窗或應(yīng)用階梯鋼網(wǎng)提供前提條件。
常見封裝的開窗設(shè)計(jì)
常見元器件鋼網(wǎng)的開窗圖形與尺寸要求如圖3-5所示。
階梯鋼網(wǎng)
1.應(yīng)用根據(jù)對(duì)PCBA焊接問題的統(tǒng)計(jì)分析,0.635mm及以下間距的QFP/SOP等密腳元器件的橋連和電源模塊、變壓器、共模電感(CommonModeChoke)、連接器等元器件的開焊名列前五大缺陷。0.635mm及以下間距的QFP/SOP等密腳元器件的橋連,主要是因?yàn)橛∷⒌暮父噙^厚,而電源模塊、變壓器、共模電感、連接器等元器件的開焊,則是因?yàn)橛∷⒌暮父嗪穸炔蛔恪<械揭稽c(diǎn)就是焊膏印刷厚度或量不合適。在同一塊PCBA上,能夠兼顧各種封裝對(duì)焊膏厚度不同需求的最簡(jiǎn)單的工藝方法就是采用階梯鋼網(wǎng)。階梯鋼網(wǎng)雖然存在使用壽命短、損壞刮刀刀刃的不足,但在應(yīng)對(duì)復(fù)雜的PCBA時(shí),可以有效解決不同封裝對(duì)焊膏量的個(gè)性化需求問題,降低虛焊、開焊的缺陷
缺陷率。
2.階梯鋼網(wǎng)的設(shè)計(jì)
1)階梯方式階梯鋼網(wǎng)有兩種階梯方式,即下階梯(Step-down)和上階梯(Step-up)。一般而言,下階梯方式,隨印刷次數(shù)的增加,蝕刻(下沉)部分的鋼網(wǎng)會(huì)變得松弛,從而會(huì)引起精細(xì)間距元器件焊膏圖形的移位,因此,一般多采用上階梯方式。
2)蝕刻表面的處理階梯鋼網(wǎng)的蝕刻表面宜做成光亮面。粗糙的表面,往往不利于刮凈焊膏,如圖3-6(a)所示;如果加大刮刀的壓力,很容易引起鋼網(wǎng)移位(因有臺(tái)階)、焊膏網(wǎng)狀化,如圖3-6(b)所示。
3)間距要求
(1)厚薄開窗元器件焊盤間隔需滿足如圖3-7所示的要求。
(2)鋼網(wǎng)上階梯邊緣與孔邊的間距應(yīng)≥(1.0mm/1mil)h,如圖3-8所示。上階梯鋼網(wǎng)由于臺(tái)階的存在,表面容易殘留焊膏,如圖3-8所示,因此,清洗時(shí)應(yīng)該多加注意。
圖3-8
階梯鋼網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例階梯鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)
1)鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)為了了解上階梯對(duì)周邊焊膏印刷厚度的影響,設(shè)計(jì)了一種上階梯厚度的鋼網(wǎng)(見圖3-9)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
2)基礎(chǔ)厚度:0.12mm(原始厚度0.2mm)。上階梯厚度:0.06mm、0.08mm。孔直徑:0.5mm??拙啵?.0mm。圖3-9實(shí)驗(yàn)用階梯鋼網(wǎng)2)實(shí)驗(yàn)條件印刷速度:20mm/s。刮刀壓力:8.4kgf。脫摸速度:1mm/s。刮刀寬度:480mm。
3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),如圖3-10所示。
4)結(jié)論每1mil厚的上階梯影響距離為1mm。
焊膏印刷轉(zhuǎn)移率
1)轉(zhuǎn)移率轉(zhuǎn)移率是指鋼網(wǎng)開窗內(nèi)焊膏沉積到焊盤上的體積百分比,用TE表示。TE=100×(沉積焊膏量/開窗體積)
2)面積比與轉(zhuǎn)移率的關(guān)系統(tǒng)計(jì)分析表明,在焊膏與印刷參數(shù)確定的情況下,轉(zhuǎn)移率的95%是由面積比決定的。當(dāng)面積比上升時(shí),轉(zhuǎn)移率的偏差就變小,得到的印刷體積重復(fù)性會(huì)更好,如圖3-11所示。
3)隨著元器件間距的變小,鋼網(wǎng)開孔也在變小,這樣印刷的轉(zhuǎn)移率會(huì)降低。為了獲得較高的轉(zhuǎn)移率,需要引進(jìn)一些新的鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)模型)每個(gè)孔單獨(dú)做成階梯開孔,如圖3-12所示。
圖3-12階梯開孔設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在面積比非常低的情況下,采用單孔階梯孔的鋼網(wǎng)設(shè)計(jì),可以提高焊膏的轉(zhuǎn)移率,其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在鋼網(wǎng)厚度比較厚的情況下,如用8mil/10mil厚鋼網(wǎng)印刷0.5mm間距的QFP時(shí),優(yōu)勢(shì)非常明顯。