模板对PCB组装的重要性

表面安装组装过程使用模板作为通往准确，可重复的焊膏沉积的通道。模板是指黄铜或不锈钢的薄片或薄片，上面切有电路图案，与要使用模板的印刷电路板（PCB）上的表面安装器件（SMD）的位置图案匹配。在将模板精确定位并匹配到PCB上之后，金属刮板会迫使焊膏穿过模板的孔，从而在PCB上形成沉积物以将SMD固定在适当的位置。锡膏沉积物在通过回流焊炉时会熔化并将SMD固定在PCB上。

模板的设计，尤其是其成分和厚度以及孔的形状和大小，决定了锡膏沉积物的大小，形状和位置，这对于确保高产量的组装工艺至关重要。例如，箔的厚度和孔的开口尺寸定义了沉积在板上的浆料的体积。过量的锡膏会导致形成球，桥接和墓碑。焊膏量少会导致焊点干燥。两者都会损害电路板的电气功能。

最佳箔厚度

板上的SMD类型定义了最佳的箔厚度。例如，诸如0603或0.020“间距的SOIC的组件封装需要相当薄的焊膏模板，而较厚的模板更适合诸如1206或0.050”间距的SOIC的组件。尽管用于锡膏沉积的模板厚度范围为0.001“至0.030”，但是大多数电路板使用的典型箔厚度范围为0.004“至0.007”。

模板制作技术

目前，该行业使用五种技术来制造模版-激光切割，电铸，化学蚀刻和混合。虽然混合技术是化学蚀刻和激光切割的组合，但是化学蚀刻对于制造阶梯模版和混合模版非常有用。

模板的化学蚀刻

化学铣削从两侧蚀刻金属掩膜和柔性金属掩膜模板。由于这不仅在垂直方向上腐蚀，而且在横向上腐蚀，因此会引起底切，并使开口大于所需的尺寸。随着蚀刻从两侧进行，在直壁上逐渐变细会导致形成沙漏形，从而导致多余的焊料沉积。

由于蚀刻模版开口不会产生光滑的结果，因此行业使用两种方法来使壁光滑。其中一种是电抛光，微蚀刻工艺，另一种是镀镍。

尽管光滑或抛光的表面有助于糊剂的释放，但它也可能导致糊剂跳过模板的表面，而不是与吸水扒一起滚动。模板制造商通过选择性地抛光孔壁而不是模板表面来解决该问题。镀镍虽然可以改善模板的平滑度和印刷性能，但可以减少开孔，这需要调整图稿。

模板激光切割

激光切割是一个减法过程，将Gerber数据输入到控制激光束的CNC机器中。激光束从孔的边界内部开始并遍历其周边，同时完全去除金属以形成孔，一次仅一个孔。

几个参数定义了激光切割的平滑度。这包括切割速度，束斑尺寸，激光功率和束聚焦。通常，该行业使用约1.25密耳的束斑，可在各种形状和尺寸要求范围内切割非常精确的孔径。但是，激光切割的孔也需要后处理处理，就像化学蚀刻的孔一样。激光切割模具需要电解抛光和镀镍，以使孔的内壁光滑。由于在后面的过程中孔径尺寸减小，必须适当补偿激光切割的孔径尺寸。

使用模板印刷的方面

用模板印刷涉及三个不同的过程。第一种是孔填充工艺，其中焊膏填充孔。第二个是锡膏转移过程，其中在孔中累积的锡膏转移到PCB表面，第三个是沉积的锡膏的位置。这三个过程对于获得理想的结果至关重要-将精确体积的焊膏（也称为砖）沉积到PCB上的正确位置。

用焊膏填充模板孔需要金属刮板，以将焊膏压入孔中。孔相对于吸水扒胶条的方向影响填充过程。例如，与将短轴定向在叶片冲程方向上的孔相比，将其长轴定向在叶片冲程上的孔填充得更好。另外，由于刮板速度影响孔的填充，较低的刮板速度可以使长轴平行于刮板行程的孔更好地填充孔。

吸水扒胶条的边缘也会影响锡膏填充模版孔的方式。通常的做法是在施加最小刮墨刀压力的同时进行印刷，同时在模板表面上保持焊膏的干净擦拭。增大刮刀压力可能会损坏刮刀和模板，同时还会在模板表面下方造成糊剂涂抹。

另一方面，较低的吸水扒压力可能不允许锡膏通过小孔释放，从而导致PCB焊盘上的焊料不足。另外，留在刮刀侧面靠近大孔的焊膏可能会因重力而下拉，从而导致多余的焊料沉积。因此，最小的压力是必需的，这将实现糊的干净擦拭。

施加的压力大小还取决于所用焊膏的类型。例如，与使用锡/铅膏相比，使用无铅锡膏时，聚四氟乙烯/镀镍刮刀需要更多的压力约25-40％。

锡膏和模板的性能问题

与焊膏和模板相关的某些性能问题是：

模板箔的厚度和孔径大小决定了沉积在PCB焊盘上的焊膏的潜在体积

焊膏从模板孔壁释放的能力

印刷在PCB焊盘上的焊锡砖的位置精度

在印刷周期中，当吸水扒胶条穿过模板时，焊膏会填充模板孔。在板/模板分离周期中，焊膏会释放到板上的焊盘上。理想情况下，在打印过程中填充孔中的所有焊膏都应从孔壁释放出来并转移到板上的焊盘上，从而形成完整的焊料砖。但是，该转印量取决于开口的纵横比和面积比。

例如，在垫的面积大于内部孔壁的面积的三分之二的情况下，糊剂可以实现优于80％的释放。这意味着减小模板厚度或增加孔尺寸可以在相同面积比的情况下更好地释放焊膏。

焊膏从模板孔壁释放的能力还取决于孔壁的光洁度。通过电抛光和/或电镀的激光切割孔，可提高浆料的转移效率。但是，焊膏从模板到PCB的转移还取决于焊膏对模板孔壁的粘附力以及焊膏对PCB焊盘的粘附力。为了获得良好的转印效果，后者应更大，这意味着可印刷性取决于模板壁面积与开口面积的比值，而忽略了诸如壁的拔模角度及其粗糙度之类的较小影响。

印刷在PCB焊盘上的焊料砖的位置和尺寸精度取决于所传输的CAD数据的质量，用于制造模版的技术和方法以及模版在使用过程中的温度。此外，位置精度还取决于所使用的对齐方法。

带框模板或胶合模板

带框模板是目前最强大的激光切割模板，专为在生产过程中进行大量丝网印刷而设计。它们被永久地安装在模板框架中，其网状边框紧紧地拉紧模板中的模板箔拉紧。对于微型BGA和节距为16 mil及以下的组件，建议使用具有光滑孔壁的带框模板。当在受控温度条件下使用时，带框模具可提供最佳的位置和尺寸精度。

对于短期生产或原型PCB组装，无框模板可提供最佳的焊膏量控制。它们设计用于与模板张紧系统一起使用，该模板张紧系统是可重复使用的模板框架，例如通用框架。由于模具不是永久性地粘在框架中，因此它们比框架式模具便宜得多，并且占用的存储空间要小得多。

结论

l为了使用模板获得良好的印刷效果，各种因素必须形成正确的组合。这些包括：

l正确的糊料-正确的金属含量，粘度，最大的粉末尺寸和最低的助焊剂活性

l正确的工具-合适的模板，打印机和刮刀

l正确的过程-良好的注册和彻底清除。