■ 桂林电子工业学院 张贤文 马孝松
摘要：印刷模板的合理设计和制造是组装技术中的关键，它影响整过组装的质量。因此，分析模板的参数对可靠性的影响是非常重要的。
关键词：模板；参数；可靠性；影响
随着SMT元器件不断小型化和功能的多样化，特别是无源元件的迅速发展(例如目前正在应用间距为0.1mm的0201元件和在先进的贴装中能使用到的01005尺寸的片状元件)，使模板的设计制造越来越来走在最前面。它决定新元器件是否能在生产线广泛应用的第一步。无论是用化学腐蚀、激光切割、混合式、电铸的方法来加工模板，其目的就是为了通过模板印刷获得高质量的印刷效果和控制焊料球的产生。为了获得高质量、高可靠性的印刷效果，对模板的参数研究是不可少的。
影响焊膏模板释放到PCB焊盘上的效果的三个主要因素是：
(1) 模板开口的宽厚比(Aspect Ratio)／面积比Area Ratio)：
(2) 模板开口的形状；
(3) 孔壁的光洁度；
但是为了更好地对模板的参数印刷可靠性进行研究，在这里把模板的厚度单独作为一项来进行探讨。
在一般情况下，模板设计的开口尺寸(面积)比PCB焊盘的尺寸(面积)小。适当减少开口尺寸和模板的不同开口形状，对获得线条清晰、分辨率高的焊砖和对减少回流焊后的焊料球、桥接等缺陷有很大的帮助。开口有一个最小的圆角有利于减少焊料球的产生并有利于模板的清洗。
1. 模板的宽厚比(Aspect Ratio)／面积比(Area Ratio)
模板的宽厚比(AspectRatio)／面积比(AreaRatio)对印刷可靠性的影响及解决这些问题的措施。
在上述的模板制造工艺中，均以取得光滑、一致的开口侧壁为主要目标，而开口侧壁的光滑均以脱模息息相关。在以前研究中就注意到焊膏释放到PCB焊盘上时涉及到两个方面的作用力：一是焊膏与模板开口侧壁的附着力；另一个是焊膏与印制板焊盘之间的附着力；这两个力的大小对比直接影响到焊膏的脱模效果。由此我们引出宽厚比或面积比这两个关键的参数。
宽厚比=开口的宽度/模板的厚度=W/T
面积比=开口的面积/开口孔壁的面积=(L×W)/[2×(L+W)×T)
宽厚比／面积比是焊膏印刷后焊膏释放到PCB焊盘上的效果的主要因素之一。一般要求宽厚比1.5，面积比0.66。宽厚比是面积比的一维简化。当长度远大于宽度时，面积比与宽度比相同。当模板从电路板分离时，焊膏释放遭遇一个竞争过程：锡膏将转移到焊盘或者黏附在孔壁上。在这里，我们可以注意到在焊膏释放时涉及到两个方面的作用力：一个焊膏与漏板开口侧壁之间的附着力；另一个就是焊膏与印刷焊盘之间的附着力。这两个力的大小对于直接影响到焊膏的脱模效果。当焊盘面积大于内孔壁面积的2／3时，可达到85％或更好的锡膏释放能力。
现在举例说明宽厚比／面积比对印刷可靠性的影响及解决这些问题的措施。例如表格一，各种表面贴装元件的宽厚比／面积比：
1.1 对SMD影响
表一列出对典型表面贴装元件(SMD)的开孔设计的一些实际例子中的宽深比／面积比。
20mil间距的QFP，在5mil厚的模板上10 mil ×50 mil的开孔，得到2.0的宽深比。使用一种光滑孔壁的模板技术将产生很好的锡膏释放和连续的印刷性能。16 mil间距的QFP，在5 mil厚的模板上7 mil × 50 mil的开孔，得到1.4的宽深比，这是一个锡膏释放很困难的情况，甚至对高技术的模板都一样。
1.2 措施
(1) 对于这样情况应该考虑一个或者全部三个的方法
(2) 增加开孔宽度(增加宽度到8-mil将宽深比增加到1.6)
(3) 减少厚度(减少金属箔厚度到4.4-mil将宽深比增加到1.6)
(4) 选择一种有非常光洁孔壁的模板技术。
1.3 对BGA影响
闪存(flash momery)微型BGA正变得很普遍。通常，这些元件在板上有12 mil的圆形焊盘、15mil的阻焊层开口。最佳的焊盘设计是铜箔限定的而不是阻焊层限定的。表格一中的例5说明一个11 mil的圆形开孔。宽深比是2.2。有人可能错误地认为，因为宽深比远大于1.5，所以锡膏释放不是问题。可是，如果长度没有达到宽度的五倍，那么应该用面积比(二维模式)来预测锡膏释放。这种情况下面积比是0.55，这是一种很困难的锡释放情况。通常，模板开孔应该略小于电路板焊盘。例5遵照这个规则，为12 mil的焊盘制作11 mil的模板开孔。
1.4 措施
对于微型BGA这样一个特别情况，特别是在铜箔限定的焊盘这种情况下，我们可以增加开孔的直径。例如表格一中例六所示，模板开孔增加到13 m¨，但是面积比还比0.66小，是0.65。所以我们还应该选择提供镜亮的内孔壁的模板技术。
解决上述问题的总思想指导为：当设训模板开孔时，在长度大于宽度的五倍时考虑宽深比，对所有其它情况考虑面积比。随着这些比率的减少并分别接近1.5或0.66，对模板孔壁的光洁度就要求更严厉，以保证良好的锡膏释放。在选择提供光滑孔壁的模板技术时应该小心。作为一般规则，将模板开孔尺寸比焊盘尺寸减少l mil～2mil，特别是如果焊盘开口是阻焊层界定的。当焊盘是铜箔界定时，与多数微型BGA一样，将模板开孔做得比焊盘大1mil-2mil可能是所希望的。这个方法将增加面积比，有助于微型BGA的锡膏释放。
