无铅焊接对smt模板设计及制造的新要求

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1、---浅谈无铅焊时代对模板制造商的挑战深圳市允升吉电子有限公司魏志凌无铅焊接对SMT模板设计及制造的新要求POWERSTENCIL无铅焊接技术在经过了长时间的宣传和推广之后，已经逐渐进入了实际应用的阶段。作为一项划时代的新技术，其牵涉的面非常广泛。材料、设备、工艺、PCB、元器件、装配等等。但业界主要的精力，似乎集中在无铅材料的组合、PCB的工艺、贴片精度的控制等等方面。而在装配领域，特别是模板设计领域，却甚少涉及。许多无铅焊料的制造商几乎都指出与有铅焊料相比，没有太大的变动。果真如此吗？本文以模板制造商的角度，仅就无铅

2、浸润性较有铅焊料较差这一特性，分析无铅焊料对模板制造商的新挑战！概述POWERSTENCIL一.无铅模板开口设计的常识及制造方法的选择1.无铅焊膏和有铅焊膏在物理特性上的区别：1).众所周知，无铅和有铅最大的物理差别在于无铅焊膏的浸润性远远低于有铅焊膏;2).无铅焊膏的助焊剂含量通常要高于有铅焊膏;3).由于缺少铅的润滑作用，焊膏印刷时其下锡能力比有铅焊膏差;2.无铅焊膏对SMT的新要求:1).模板开口设计基于无铅焊膏浸润性较差这一特点，主要考虑印刷后的焊膏要尽可能完全覆盖焊盘。因此，开口设计通常要比有铅大，而不必担心有

3、铅时焊膏量大而引起的短路现象。POWERSTENCILⅰ).对于Pitch>0.5mm的器件一般采取1:1.02–1:1.1的开口，并且适当增大模板厚度，适当放大开口尺寸而不必担心短路。ⅱ).对于Pitch≤0.5mm的器件通常采用1：1开口，原则上至少不用缩小.ⅲ).对于0402的器件通常采用1:1开口，为防止墓碑、回流时旋转等现象，可考虑内侧加开小三角、半圆等；2).宽厚比和面积比由于无铅焊膏下锡能力较差，对模板开口孔壁光滑度和宽厚比/面积比要求更高，要求宽厚比＞1.6面积比＞0.71;一.无铅模板开口设计的常识及制

4、造方法的选择POWERSTENCIL3).对贴片机的要求精度要求更高。因为无铅的低浸润力性问题。回流时自校正（Self-align）作用非常小，因此，贴片精度比有铅时要高。4）对回流焊的要求ⅰ）温度更高，这是无铅较高溶点的要求;ⅱ）预热区要求更高ⅲ）冷却效率要高一.无铅模板开口设计的常识及制造方法的选择POWERSTENCIL3.制造方法的选择众所周知，开口设计是决定宽厚比和面积比从而决定焊膏转印率的关键。因此。科学合理的设计模板是SMT工艺成功的关键。充分和完善的开口设计并考虑到PRC（工艺规则检查和优化）的需求。是整

5、个SMT工艺规划和优化的关键。但是，对于模板而言，其不同的制造方法带来的不同结果，对我们具有非常重要的指导意义。以0201的器件作为例子，有资料显示，蚀刻、激光+电抛光、电铸的转印率在同样开口设计的情况下，分别有5%的差别。也就是说电铸的转印率最高。更为重要的是，在上述情况下，印刷结果的Cpk值，电铸最高。也就是说电铸的印刷质量最为稳定。这也是为什么电铸一直是模板最高制造工艺的原因。对越小的器件，Cpk值也就是印刷的稳定性就越重要。对于无铅焊接来说，电铸的重要性也就不言而喻了。所以，作为一个SMT模板制造商，具备完善的电

6、铸制造工艺，无疑也是为了迎接无铅时代的来临所应具备的基本能力。一.无铅模板开口设计的常识及制造方法的选择POWERSTENCIL二.无铅模板面临的新问题以上简述了业界现行的针对无铅焊膏而采取的一些通常做法。但是否万事大吉了呢？让我们来分析一下模板制造过程中的问题：1.模板制造设备的精度在业界制造模板的设备几乎都是德国LPKF制造的激光切割机，从设备标称精度来看，1).定位精度：≤3μm，重复精度≤1μmm；2)开口精度未作描述象贴片机的精度描述一样，一般规格标称±0.03mm（3σ下）可以用于Pitch0.3mm的IC的

7、贴片。也就是说规格标称精度与实际操作精度是有一个数量级的偏差的。模板切割设备也有相似的规律。至于开口精度为什么厂家未做明确说明，个中原因其实是设备参数的调整直接影响开口尺寸的最终精度，可控因素太多的原因。POWERSTENCIL本文仅以一个例子来说明实际模板定位精度的偏差。在切割过程中，考虑到电抛光等后工序的原因，通常采用切割时夹持钢片切割，然后后处理，最后绷网的工艺。而不采用先绷网后切割的流程，而切割机夹持钢片是两个方向气动夹持而非四个方向气动夹持。另外两个方向处于自然松弛状态，但后工序绷网时，是四个方向且张力达到38

8、N/cm以上。因此，模板在两个方向最终的定位精度是有较大差别的。我们经过测量，最大的差别可达到40μm，这就是我们所说的最终产品误差。这样数量级的误差，对于有铅焊接来说，因为其较大的浸润力，不会带来太大的影响。但对于无铅，也许就是致命的问题了。因为模板的定位误差以及贴片的综合误差是不可能指望回流时的焊膏浸润力和Sel