钢网技术王国

钢网技术王国

表面贴装，钢网是锡膏准确重复印刷的关键。



由于锡膏通过钢网进行印刷。印刷的锡膏将部品固定，回流时，将部品固定于基板。钢网设计———钢网的结构，厚度，尺寸大小和孔型———最终决定印刷锡膏的尺寸大小，外形和位置。它是确保高产量，降低缺陷率的保证

今天，多种多样的材料和制造技术时供应商能设计出的钢网能迎接细微坡度，小型化部品和高密度封装电路板的挑战。

另外，钢网技术现在成为广泛的成像材料。钢网设计人员已经获得丰富的知识，他们知道多大的孔，怎样的外形影响沉积物，

钢网有两个基本作用，一个作用是确保焊锡，松香或胶水等物料正确放置到基板上，另一个作用是确保沉积物的尺寸和外形。

钢网原料和钢网制作

钢网最常用的材料是金属，主要是不锈钢和镍。近些年，已经采用各种各样的塑料。钢网制作技术包括化学腐蚀，激光切割和电铸。粗略回顾一下这些物料和技术，可以看出，制造商可以选择多种多样的钢网类型来满足特殊的应用要求。

过去，普遍采用的低成本的钢网制作方法是化学腐蚀。这是一个反工艺，它应用成像技术来决定孔型。然后，同时从钢网的两边腐蚀成孔。未了得到梯形墙（利于释放锡膏），钢网面向基板的一侧设计的孔稍大一些。

双侧腐蚀可导致孔型出现刀边，也会造成“未完全腐蚀”“过腐蚀”，钢网腐蚀后，可以“电抛光”除去刀边和使孔道平滑。化学腐蚀适合于大孔/粗孔，但不能满足0.5mm以下的孔径要求。

为了减少斜度，增加组件密度，激光切割已经广泛应用于钢网制作工艺。激光切割钢网直接由Gerber数据或其他数据模型做成。减少了成像的步骤，继而减少了影像登记出错的机会。计算数控（CNC）激光切割直接由Gerber数据传动，形成高精度，重复的孔。该技术的准确度为孔径允许误差为±5 µm，即使大的印刷面积，孔径允许误差也是±5 µm


激光切割的孔出现特性的条形刻痕

在制造过程中，通过调整激光的强度，钢网表面，无需内填充，就能形成基准鲜明的对比。这些特性有助于制造工艺的准确性。工艺的内在特性，导致孔内形成梯形断面，这有助于锡膏释放。人们可能关注激光切割在孔上留下特性条纹。最近的激光技术已经可以减少条纹的产生。但是，当特定的应用需要光滑的孔面，激光切割孔在切割之后可能进行电抛光或电镀。

和化学腐蚀及激光切割相比，电铸是一个附加工艺，电铸钢网是用电镀材料，通常为镍，在带负电孔型成像的卷筒，该工艺能形成精确光滑表面的孔，自然锥度另

需精加工。工艺高精度旨在生产高精度应用要求的电铸钢网。


粘合点可由单层塑胶钢网印刷而成。

标准SMT钢网可由聚合材料制作而成。塑胶已经作为钢网材料，应用于粘合剂印刷有五年。使用塑胶的主要好处是：制作的钢网的厚度达8mm以上。


塑胶底侧，有砍口，可以盖在电路板元件上。

这些钢网由标准的CNC计算机数控技术制作。通过在塑胶上钻不同尺寸的孔。由单层钢网在刮刀刮动一次可印刷成不同高度的粘合剂沉积物。一定厚度的钢网底侧可以挖空，以便能容纳事先放好的元件和焊接好的铅料。

设计规则和设计能力

钢网孔的尺寸和外形决定基板上沉积材料的体积，均匀性和精确度。因此，严格控制孔的质量是钢网成功设计的关键。特别是小量沉积材料要求精度高时的高精度要求。面积比率（开孔面积与孔壁表面积的比值）和表观比率（孔的宽度与钢网的厚度比值）的测量可用于确定孔的大致尺寸。

常用的规则是：对于锡膏释放来说，面积比率应大于0.66，表观比率应答于1.5。设计孔遵循这些规则，有必要考虑每一种制作工艺的优点。比如，表观比率低于1.5对于化学腐蚀试一大挑战，而激光切割和电铸可制成表观比率为1.1的钢网。

对于钢网设计者来说非常重要的是面积比率。它直接与锡膏释放有关。在印刷过程中，当钢网跟基板分离时，表面张力表明锡膏是否转移到印刷在基板上的焊盘还是继续粘在钢网的孔壁上。

当焊盘面积大于孔壁表面积的66%。提高锡膏有效转移的可能性。比率低于66%，锡膏转移的效率降低，印刷质量变差。这种水平对完成的孔壁有影响。制造过程电抛光和电镀处理的激光刻录的孔壁，改善了锡膏转移的效果。同理，电铸产生的光滑孔壁也有助于锡膏释放。

组件斜度和孔密度也表明要选择适当的制造技术。对于斜度低于0.5mm的用途，只能选择激光刻录或电铸。两种技术能制成高质量，精确布孔的钢网。两种技术有各自的优缺点。

激光刻录不需要工艺图纸，减少登记出错。可以切割成50-500µm，尽管主膜厚度受限。相反地，电铸钢网的厚度在2.5µm增量，总厚度为25-300µm。电铸复制卷筒照片孔型图，不需要进一步的加工。然而，激光切割可能需要进一步处理，抛光孔壁以满足高精度要求的应用。

最后，激光切割是一系列过程，孔数增加，制作的时间增加，影响钢网最终成本。电铸钢网的特性是一次形成的，因孔数对成本的影响不是那么大。这使电铸成为高密度应用，比如晶片封装优选技术。

扩展容量

顶层，底层开孔钢网制作的能力已经扩展了基本钢网印刷

的工艺。取决于原料的特性——粘性和流动性——不同的孔型和不同大小的孔可形成不同的沉积物

扩展的第二个进步是附着印刷头，它允许大量的物料通过钢网到达基板上。当物料完全包括在锡膏印刷系统，关注处置，干燥，吸潮和减少浪费。

这两大进步允许钢网印刷工艺可放入流水线，必要时，元件放置前后。结果，需要组装的元件可以通过钢网贴装到组装板上。其速度明显快于先进的分配机。一定数量的孔可以通过在钢网上简单横过印刷头，即使最高的I/O数也不会使高速高容量生产线产生瓶颈

工艺工程有内在的弹性，因为基本设备平台保持一样。钢网改变和调整至闭合印刷头，钢网印刷机用作锡膏印刷，红胶水印刷，松香，密封剂或其他的热表面材料。

晶片凸起

在这个过程，标准印刷技术用来把锡膏直接印刷到硅晶片上。为了获得要求的凸起高度，锡膏在晶片焊盘过焊。在下一个回流工序，锡膏浸润焊盘表面，形成一个固态锡膏凸起。


图4，锡膏沉积物，用110平方微米的孔150微米的斜度印刷在晶片上印刷，在下一个回流工序锡膏焊盘表面，形成一个单个锡膏凸起。

最佳特性的执行过程需要严格控制。正确的钢网的设计师关键。然而，设计很好的孔并不是高回流峰严格分区情况下不产生缺陷的关键。特别是250µm斜度的整排焊盘。

对于晶片凸起钢网，切割技术应能够生产尺寸和位置要求极其严的好几千小而密的孔。跟最佳设计的孔细微的偏差可以导致大的凸起高度变化，它所产生的严重后果是组装件出现“开路”。


图5，锡高转移的效率与孔面积比率及它对回流峰共面度的影响。

保持孔位精度跟计算机设计值尽可能接近是关键。因为晶片整个焊盘应过量印刷锡膏以达到课接受的回流峰尺寸。当焊盘锡膏在焊盘斜度过渡印刷时，孔间应有足够的空间，这样才不会产生连锡。首要规则：为了减少连锡孔网应不少于钢网厚度。

有时孔口应偏移，因此，他们不直接正对焊盘中央。在钢网的特定区域，根据孔的密度，有必要只印刷焊盘的一部分。考虑到晶片上焊盘的尺寸可能少于100 µm，钢网切割技术应能精确定位孔的开度，一个方向或另一方向仅出现几微米的偏差。


最新的300 mm钢网凸起可以包括2,000,000个孔

设计钢网孔本身时，一般的做法是凸起要求往后作业。由锡膏的用量（锡膏的用量可以计算出），可反过来用来设计孔的尺寸。实际情况，最薄的钢网，最大的孔，最大的空间距，提供最优的工艺。

大量研究生成的锡膏转移效率曲线有助于钢网设计。图5，锡高转移的效率与孔面积比

率及它对回流峰共面度的影响。从这清楚看出，工艺可以接受的孔设计的面积比率应超过0.6，


图6所示钢网的放大，150-µm斜度，110-µm2的孔

晶片凸起钢网设计是技术要求高的工作。一系列的参数，如钢网的厚度，孔的尺寸，孔的外形和其他因素，包括图像方向和图像定位，他们影响工艺。电子行业转向300 mm晶片其斜度为120 µm。挑战钢网技术的工艺更进一步。


结论
钢网设计和钢网制作技术发展，满足标准的和精斜度SMT组装件的需要，而且，将不断向前发展。面临的一个挑战是增加组件大量混用，同时要求大量和少量的物质沉积。钢网供应商应寻找新的出路克服当前面积比率规则。

然而，晶片凸起给钢网技术带来了巨大的挑战。今天，先进的应用使用300 mm晶片150 µm斜度。2002年国际技术倡导到2007达80 µm。

这个问题涉及要求的满足，包括制造能力，图像对齐精度和稳定性。当前的物质已经达到极限。为了达到斜度少于100 µm，着眼未来的制造商可能开发新的钢网材料和制造技术。