基本介紹
- 中文名：鋼網
- 外文名：stencils
- 材質：絲網
- 製作工藝：化學蝕刻法 雷射切割法
- 特點：孔壁光滑、提高效率
鋼網簡介,鋼網演變,鋼網分類,製作工藝,開口設計,後處理,清洗,使用,品質影響,
鋼網簡介
SMT工藝的發展：SMT鋼網（SMT模板）還被套用於膠劑工藝。
鋼網演變
鋼網最初是由絲網製成的，因此那時叫網板（mask）。開始是尼龍（聚脂）網，後來由於耐用性的關係，就有鐵絲網、銅絲網的出現，最後是不鏽鋼絲網。但不論是什麼材質的絲網，均有成型不好、精度不高的缺點。
隨著SMT的發展，對網板要求的增高，鋼網就隨之產生。受材料成本及製作的難易程式影響，最初的鋼網是由鐵/銅板製成的，但也是因為易鏽蝕，不鏽鋼鋼網就取代了它們，也就是現在的鋼網（SMT Stencil）。
鋼網分類
雷射模板（LaserStencil）
雷射鋼網模板是目前SMT鋼網行業中最常用的模板，其特點是：
直接採用數據檔案製作，減少了製作誤差環節；
SMT模板開口位置精度極高：全程誤差≤±4μm；
SMT模板的開口具有幾何圖形，有利於錫膏的印刷成型。
製作雷射鋼網需要以下資料：
1、PCB 2、數據檔案
資料必須：
PCB：版次正確，無變形、損壞、斷裂;
數據檔案：偉創新鋼網（SMT模板）加工集團可接受多種CAD數據格式：GERBER、HPGL、*.JOB、*.PCB、*.GWK、*.CWK、*.PWK、*.DXF、*.PDF;以及下列軟體設計的數據：PAD2000、POWERPCB、GCCAM4。14、PROTEL、AUTOCADR14(2000) 、CLIENT98、CAW350W、V2001。
數據過大時應壓縮後傳送，可使用*.ZIP、*.ARJ、*.LZH等任何壓縮格式;
數據須含SMT solder paste layer（含有Fiducial Mark數據和PCB外形數據），還須含有字元層數據，以便檢查數據的正反面、元件類別等。
下面我們重點講一下GERBER檔案;
GERBER檔案是美國GERBER公司提出的一種數據格式;它是將PCB信息轉化成多種光繪機能識別的電子數據，亦稱光繪檔案。GERBER檔案是一種有X、Y坐標和附加命令的軟體結構，GERBER格式正式學名叫“RS274格式”。它已成為PCB行業的標準格式檔案。
GERBER檔案結合Aperture list（亦稱D-Code）檔案，定義了圖形的起始點以及圖形形狀及大小。D-Code定義了電路中線路、孔、焊盤或別的圖形的大小及形狀。
GERBER檔案有兩種類型：RS274D及RS274X
RS274D含X、Y DATA，不含D-Code檔案;
RS274X含X、Y DATA， D-Code檔案也定義在該檔案里。
電拋光模板（E.P.Stencil）
電拋光模板是在雷射切割後，通過電化學的方法，對鋼片進行後處理，以改善開口孔壁。
其特點是：
1、孔壁光滑，對超細間距的QFP/BGA/CSP尤其適合。
2、減少SMT模板的擦拭次數，大大提高工作效率 。
電鑄模板（E.F.Stencil）
為順應電子產品短、小、輕、薄的要求，超細體積（如0201）和超密間距（如 ūBGA、CSP）被廣泛套用，這樣一來，SMT鋼網行業對印刷模板也提出了更高的要求， 電鑄模板應運而生。
我公司製作的電鑄模板特點是： 在同一張模板上可做成不同厚度。
階梯模板（StepStencil）
因同一PCB上各類元件焊接時對錫膏量要求的不同，就要求同一SMT模板部分區域厚度不同，這就產生了STEP-DOWN&STEP-UP工藝模板。
STEP-DOWN模板
對模板進行局部減薄，以減少特定元件焊接時的錫量。
邦定模板（BondingStencil）
Bonding模板就是在模板所對應的PCB bonding位處加做一個小蓋，以避開COB器件達到平整印刷的目的。
鍍鎳模板（Ni.P.Stencil）
為了減少錫膏與孔壁之間的摩擦力，便於脫模，進一步改善錫膏的釋放效果， 在2004年初，偉創新公司在傳統減成工藝“電拋光”模板基礎上，增加了特別的後 處理加成工藝——“鍍鎳”，並獲得專利。鍍鎳模板結合了雷射模板與電鑄模板的優點。
蝕刻模板
採用美國原裝進口301型鋼片製造，蝕刻鋼網適用於角位及間距大於等於0.4MM的PCB板印刷，適合需抄板及菲林使用,可同時使用CAD/CAM及曝光方式,視不同的零件可進行縮放,不需根據零件位的多少計算價格.製作時間快捷。價格較雷射模板便宜.便於客戶的菲林存檔。
製作工藝
鋼網的製作工藝有：化學蝕刻法（chemical etch）、雷射切割法（laser cutting）、電鑄成型法（electroform）。
1、化學蝕刻法（chemical etch）
工藝流程：數據檔案PCB→菲林製作→曝光→顯影→蝕刻→鋼片清洗→張網
特點：一次成型，速度較快點；價格便宜。
缺點：易形成沙漏形狀（蝕刻不夠）或開口尺寸變大（過度蝕刻）；客觀因素（經驗、藥劑、菲林）影響大，製作環節較多，累積誤差較大，不適合fine pitch鋼網製作法;製作過程有污染，不利於環保。
2、雷射切割法（laser cutting）
工藝流程：菲林製作PCB→取坐標→數據檔案→數據處理→雷射切割→打磨→張網
特點：數據製作精度高，客觀因素影響小；梯形開口利於脫模；可做精密切割；價格適中。
缺點：逐個切割，製作速度較慢。
3、電鑄成型法（electroform）
工藝流程：基板上塗感光膜→曝光→顯影→電鑄鎳→成型→鋼片清洗→張網
特點：孔壁光滑，特別適合超細間距鋼網製作法。
缺點：工藝較難控制，製作過程有污染，不利於環保；製作周期長且價格太高。
開口設計
鋼網的開口設計應考慮錫膏的脫模性，它由三個因素決定：
①開口的寬厚比/面積比；②開口側壁的幾何形狀；③孔壁的光潔度。
三個因素中，後兩個因素同鋼網的製造技術決定的，前一個我們考慮的更多。
因為雷射鋼網很好的性價比，所以這裡我們重點探討雷射鋼網的開口設計。
首先，我們認識寬厚比和面積比：
寬厚比：開口寬與鋼網厚度的比率。
面積比：開口面積與孔壁橫截面積的比率，如下圖示：
一般地說，要獲得好的脫模效果，寬厚比應大於1.5，面積比應大於0.66。
什麼時候考慮寬厚比，什麼時候考慮面積比呢?通常，如果開口長度沒有達到寬度的5倍時，應考慮用面積比來預測錫膏的脫模，其它情況考慮寬厚比。
以下是一些元件的開口範例：
元件類型 | PITCH | 焊盤寬度 | 焊盤長度 | 開口寬度 | 開口長度 | 模板厚度 | 寬厚比 | 面積比 |
QFP | 0.635mm | 0.35mm | 1.50mm | 0.30-0.31mm | 1.45mm | 0.15-0.18mm | 1.7-2.1 | 0.69-0.85 |
QFP | 0.50mm | 0.254mm | 1.25mm | 0.22-0.24mm | 1.20mm | 0.12-0.15mm | 1.5-2.0 | 0.62-0.83 |
元件類型 | PITCH | 焊盤寬度 | 焊盤長度 | 開口寬度 | 開口長度 | 模板厚度 | 寬厚比 | 面積比 |
QFP | 0.43mm | 0.20mm | 1.25mm | 0.19-0.20mm | 1.20mm | 0.10-0.12mm | 1.6-2.0 | 0.68-0.85 |
QFP | 0.30mm | 0.18mm | 1.00mm | 0.15mm | 0.95mm | 0.07-0.10mm | 1.5-2.1 | 0.65-0.93 |
BGA | ∮1.27mm | ∮0. 8mm | ∮0. 75mm | 0.15-0.18mm | 1.0-1.25 | |||
BGA | ∮1.0mm | ∮0.5mm | ∮0. 48mm | 0.12-0.15mm | 0.80-1.0 | |||
uBGA | ∮0.8mm | ∮0.4mm | ∮0. 40mm | 0.12-0.15mm | 0.67-0.83 | |||
uBGA | ∮0.8mm | ∮0.4mm | □0. 38mm | □0. 38mm | 0.12-0.15mm | 0.63-0.79 | ||
uBGA | ∮0.5mm | ∮0.25mm | □0. 28mm | □0. 28mm | 0.08-0.10mm | 0.70-0.86 | ||
0402 | 0.5mm | 0.65mm | 0.48mm | 0.635mm | 0.10-0.12mm | 1.4-1.37 | ||
0201 | 0.25mm | 0.40mm | 0.235mm | 0.38mm | 0.08-0.10mm | 0.73-0.91 |
當然，對鋼網進行開口設計時，不能一味地追求寬厚比或面積比而忽略了其它工藝問題，如連錫，多錫等。
另外，對於0603(1608)以上的片狀元件，我們應該更多地去考慮怎樣防錫珠。
以上主要講了錫膏工藝鋼網的開口設計，下面我們來簡單介紹一下膠水工藝鋼網(SMT模板)的開口設計：
膠水因其特性的緣故，開口設計經驗值很重要。
印膠鋼網開口一般開成長條形或圓孔；非MARK點定位時應開兩個定位孔。
備註：1、長條形的寬度W應為：0.3mm≤W≤2.0mm
2、圓孔的直徑為：
元件 | 0603 | 0805 | 1206 | 3212 |
直徑(d)mm | 0.36 | 0.55 | 0.8 | 1.0 |
3、印膠鋼網的厚度一般選擇0.15 mm～0.2mm
鋼網（SMT模板）開口設計小技巧：
2、片狀元件的防錫珠開法最好選擇內凹開法，這樣可以有效地預防元件墓碑。
3、鋼網設計時，開口寬度應至少保證4顆最大錫球能順暢通過。
後處理
蝕刻及電鑄鋼網一般不做後處理，這裡講的鋼網後處理主要針對雷射鋼網而言。
因雷射切割後會產生金屬熔渣附著於也壁及開口處，所以一般要進行表面打磨;當然，打磨也不僅僅是除去熔渣（毛刺），它同時也是對鋼片表面進行粗化處理，增加表面摩擦力，以利錫膏滾動，達到良好的下錫效果。
有必要地話，還可以選擇“電拋光”，對完全除熔渣（毛刺）改善孔壁。
清洗
SMT鋼網在使用前、中、後、都要進行清洗（一般都是用SMT鋼網清洗機清洗）：
在使用前應抹拭；
在使用過程中也要定期擦拭鋼網底部，以保持鋼網脫模順暢；
使用後更要及時清洗鋼網，以便下次還能得到同樣好的脫模效果。
鋼網清洗方式一般有擦拭和超音波清洗：
擦拭
用預先浸泡了清潔劑的不起毛抹布（或專用鋼網擦拭紙）去擦拭鋼網，以清除固化的錫膏或膠劑。
特點是方便、不受時間限制、成本低；
缺點是能不徹底地清浩鋼網，尤其是密間距鋼網。
另外，有些印刷機帶有自動擦拭功能，可設定印了幾次後自動擦拭鋼網底部。這個過程也是用專用的鋼網擦拭紙，而且動作前機器會先噴射清潔劑在紙上。
超音波清洗
超音波清洗主要有浸泡式和噴霧式兩種，還有一些廠家用一種半自動式的超音波清洗機清洗鋼網。
清洗劑的選擇
理想的鋼網清洗劑必須是實用的、有效的、以及對人和環境都安全的，同時它還必須能夠很好地清除鋼網上的錫膏(膠劑)。現在有專門的鋼網清洗劑，但它可能會鋼網洗脫，使用時應慎重。若無特別要求，可用酒精或去離子水代替鋼網專用清潔劑。
使用
SMT鋼網是一個“嬌氣”的精密模具，因此，使用時應注意：
1、輕拿輕放；
2、使用前應先清洗（抹拭）鋼網，以去除運輸過程攜帶的污物；
3、錫膏或紅膠要攪拌均勻，以免堵塞開孔明；
4、印刷壓力調到最佳：以刮刀剛好能刮盡鋼網上的錫膏（紅膠）時的壓力最好；
5、印刷時最好使用貼板印刷；
6、刮刀行程走完後，可能地話，最好停2～3秒再脫模，且脫模速度不宜過快；
7、不可用硬物或鋒利的刀具撞擊鋼網；
8、鋼網用完後應及時清洗乾淨，並回包裝箱，置於專用儲藏架上。
品質影響
主要有以下幾個因素會影響到鋼網的品質：
1、製作工藝
前面我們有探討鋼網的製作工藝，可以知道，最好的工藝應當是雷射切割後做電拋光處理。化學蝕刻及電鑄都存在做壽 菲林、曝光、顯影等較易產生誤差的工藝，而且電鑄還受基板不平的影響。
2、使用的材料
包括網框、絲網、鋼片、粘接膠等。網框必須能承受一定程式的接力且有很好地水平度;絲網最好用聚脂網，它能夠長時間保持張力穩定；鋼片最好用304號，且亞光的會比鏡面的更加利於錫膏（膠劑）滾動;粘接膠必須強度足夠且能耐一定的腐蝕。
3、開口設計
開口設計的好壞對鋼網品質影響最大。前面探討過，開口設計應考慮製作工藝，寬厚比、面積比、經驗值等。
4、製作資料
製作資料的完整與否，也會影響到鋼網品質。資料越全越好。同時，資料並存時應明確以哪個為準。還有，一般來講以數據檔案製作鋼網可儘可能減少誤差。
5、使用方法
正確地印刷方法能使鋼網品質得到保持，反之，不正確地印刷方法如壓力過大、印刷時鋼網或PCB不水平等，均會使鋼網受到損壞。
6、清洗
錫膏（膠劑）比較容易固化，若不及時清洗會堵塞鋼網開口，下次印刷將產生困難。因此，鋼網由機器上取下後或者在印刷機上1小時不印刷錫膏應及時清洗乾淨。
7、儲存
鋼網套用特定的儲存場所，不能隨意亂放，這樣可以避免鋼網受到意外傷害。同時，鋼網不要疊放在一起，這樣即不好拿又可能把網框壓彎。
