提升SMT焊點(diǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵：解析鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)

焊點(diǎn)橋連、虛焊、少錫……這些常見的SMT焊接缺陷，很大程度上源于鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)不當(dāng)和工藝參數(shù)設(shè)置不合理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，名列PCBA焊接不良前五位的缺陷中，大多數(shù)都與焊膏印刷、鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)及溫度曲線設(shè)置直接相關(guān)。

對(duì)于SMT貼片加工廠而言，鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心工作，也是工藝優(yōu)化的主要手段。1943科技將分享鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝參數(shù)如何成為提升SMT焊點(diǎn)質(zhì)量的雙刃劍。

01 鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)：焊膏精確沉積的基礎(chǔ)

鋼網(wǎng)作為焊膏從容器到PCB焊盤的轉(zhuǎn)移媒介，其開口設(shè)計(jì)直接決定了焊膏的沉積形態(tài)和體積。精準(zhǔn)的開口設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的第一道關(guān)卡。

鋼網(wǎng)制造方法的選擇

目前，鋼網(wǎng)的制造方法主要有激光切割、化學(xué)腐蝕和電鑄，每種方法各有特點(diǎn)：

• 激光切割：目前主要的制造方法，孔壁表面較粗糙，焊膏的轉(zhuǎn)移率在70%～75%，適合焊膏轉(zhuǎn)移的鋼網(wǎng)開窗與側(cè)壁的面積比大于等于0.66。

• 電鑄工藝：孔壁表面平滑、呈梯形，焊膏的轉(zhuǎn)移率高，達(dá)85%以上，可用于鋼網(wǎng)開窗與側(cè)壁的面積比小于0.66、大于0.5的場(chǎng)合。

鋼網(wǎng)厚度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵原則

鋼網(wǎng)厚度是決定焊膏量的關(guān)鍵因素，為達(dá)到最佳的焊膏釋放，鋼網(wǎng)的開窗面積與側(cè)壁面積比應(yīng)大于等于0.66。

這是一個(gè)實(shí)現(xiàn)70%以上焊膏轉(zhuǎn)移的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，也是鋼網(wǎng)厚度設(shè)計(jì)的依據(jù)。實(shí)際選擇中：

• 0.4mm間距的QFP、0201片式元器件，合適的鋼網(wǎng)厚度為0.1mm

• 0.4mm間距的CSP器件，合適的鋼網(wǎng)厚度為0.08mm

開口尺寸設(shè)計(jì)的核心要點(diǎn)

除特定情況外，鋼網(wǎng)開口可采用與焊盤1：1的原則設(shè)計(jì)，但務(wù)必了解前提是焊盤是按照引腳寬度設(shè)計(jì)的，如果不是，應(yīng)根據(jù)引腳寬度開窗。

特殊情況的開口設(shè)計(jì)策略：

• 無引線元器件底部焊接面部分，鋼網(wǎng)開孔一定要內(nèi)縮，以消除橋連或錫珠現(xiàn)象，如QFN的熱焊盤內(nèi)縮0.8mm，片式元器件要削角。

• 共面性差元器件，鋼網(wǎng)開窗一般要向非封裝區(qū)外擴(kuò)0.5～1.5mm，以便彌補(bǔ)共面性差的不足。

• 大面積焊盤，必須開柵格孔或線條孔，以避免焊膏印刷時(shí)刮薄或焊接時(shí)把元器件托起，使其他引腳開焊。

02 階梯鋼網(wǎng)：應(yīng)對(duì)復(fù)雜組裝挑戰(zhàn)的利器

隨著電子產(chǎn)品向小型化和高密度方向發(fā)展，同一PCB上常常需要組裝多種尺寸的元件，這時(shí)階梯鋼網(wǎng)就成為解決不同封裝對(duì)焊膏量個(gè)性化需求的有效方案。

階梯鋼網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)對(duì)PCBA焊接問題的統(tǒng)計(jì)分析，0.635mm及以下間距的QFP/SOP等密腳元器件的橋連和電源模塊、變壓器、共模電感、連接器等元器件的開焊名列前五大缺陷。

這些缺陷主要是因?yàn)橛∷⒌暮父嗪穸然蛄坎缓线m，階梯鋼網(wǎng)能夠兼顧各種封裝對(duì)焊膏厚度的不同需求。

階梯鋼網(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

階梯鋼網(wǎng)有兩種階梯方式：局部下沉（Step-down）和局部凸起（Step-up）。一般多采用Step-up階梯方式，因?yàn)镾tep-down方式隨著印刷次數(shù)的增加，蝕刻部分的鋼網(wǎng)會(huì)變得松弛，可能引起精細(xì)間距元器件焊膏圖形的移位。

階梯鋼網(wǎng)的蝕刻表面宜做成光亮面，粗糙的表面往往不利于刮凈焊膏。如果加大刮刀的壓力，很容易引起鋼網(wǎng)移位、焊膏網(wǎng)狀化。

03 焊膏轉(zhuǎn)移率：鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)的核心評(píng)估指標(biāo)

焊膏轉(zhuǎn)移率是指鋼網(wǎng)開窗內(nèi)焊膏沉積到焊盤上的體積百分比，是評(píng)估鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)是否優(yōu)化的關(guān)鍵指標(biāo)。

面積比與轉(zhuǎn)移率的關(guān)系

統(tǒng)計(jì)分析表明，在焊膏與印刷參數(shù)確定的情況下，轉(zhuǎn)移率的95%是由面積比決定的。當(dāng)面積比上升時(shí)，轉(zhuǎn)移率的偏差就變小，得到的印刷體積重復(fù)性更好。

隨著元器件間距的變小，鋼網(wǎng)開孔也在變小，這樣印刷的轉(zhuǎn)移率會(huì)降低。為了獲得較高的轉(zhuǎn)移率，需要引進(jìn)一些新的鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)模型——每個(gè)孔單獨(dú)做成階梯開孔。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在面積比非常低的情況下，采用單孔階梯孔的鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)，可以提高焊膏的轉(zhuǎn)移率，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在鋼網(wǎng)厚度比較厚的情況下。

04 關(guān)鍵工藝參數(shù)：確保焊膏印刷精度的保障

優(yōu)秀的鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)需要搭配精確的工藝參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定一致的焊膏印刷效果。

印刷參數(shù)設(shè)置

• 印刷壓力：壓力不足（＜5N/mm）會(huì)導(dǎo)致錫膏無法完全填充鋼網(wǎng)開孔，反而在焊盤邊緣堆積。

• 印刷速度：過快（＞50mm/s）時(shí)，錫膏因剪切力不足形成“拖尾”，這些邊緣不規(guī)整的錫膏在回流時(shí)極易粘連。

• 脫模速度：合適的脫模速度（如1mm/s）有助于焊膏清晰脫模。

PCB支撐要求

PCB支撐不足導(dǎo)致的板彎（＞0.3mm），會(huì)使鋼網(wǎng)與焊盤貼合不緊密，造成局部下錫過量。在先進(jìn)的專業(yè)代工廠里，發(fā)明了很多非常有效的PCB支撐工裝，用于矯正PCB的翹曲，保證零間隙印刷。

05 回流焊工藝：形成可靠焊點(diǎn)的最后關(guān)口

即使焊膏沉積完美，不當(dāng)?shù)幕亓骱竻?shù)也會(huì)導(dǎo)致焊接缺陷，影響焊點(diǎn)質(zhì)量。

溫度曲線的關(guān)鍵參數(shù)

• 預(yù)熱階段：升溫過快（＞3℃/s）會(huì)導(dǎo)致助焊劑提前劇烈揮發(fā)，殘留的溶劑在熔融時(shí)形成氣泡，推動(dòng)焊料向周邊擴(kuò)散。

• 峰值溫度：過高（超過錫膏熔點(diǎn) 30℃以上）會(huì)使焊料表面張力驟降，尤其是間距＜0.3mm的焊盤間極易被“淹沒”。

• 冷卻速率：過慢（＜1℃/s）會(huì)延長(zhǎng)焊料液態(tài)時(shí)間，增加流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)化策略

采用“緩慢升溫+充分保溫”策略（預(yù)熱速率1.5-2℃/s，保溫時(shí)間60-90秒），峰值溫度控制在熔點(diǎn) + 20-25℃，冷卻速率提升至2-3℃/s，縮短焊料液態(tài)停留時(shí)間。

06 協(xié)同優(yōu)化：實(shí)現(xiàn)零缺陷焊接的系統(tǒng)工程

提升SMT焊點(diǎn)質(zhì)量需要鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)、焊膏選擇和工藝參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化，這是一個(gè)系統(tǒng)工程。

焊膏特性的影響

錫膏的粘度和顆粒度是橋連的重要影響因素：

• 粘度過低（如＜80Pa?s）的錫膏印刷后易因重力或振動(dòng)自然流淌，尤其在0.5mm以下細(xì)間距焊盤間形成連接。

• 錫粉顆粒過細(xì)（＜20μm）時(shí)，比表面積增大導(dǎo)致表面張力下降，焊料熔融后流動(dòng)性過剩，更容易漫過焊盤邊界。

環(huán)境因素控制

• 車間濕度：＞60% RH時(shí)，錫膏易吸收水分，回流時(shí)水汽蒸發(fā)形成的沖擊力會(huì)推動(dòng)焊料移位。

• 潔凈度：不足（＞Class 10000）導(dǎo)致的灰塵顆粒，可能成為焊料流動(dòng)的“支點(diǎn)”，引發(fā)局部橋連。

焊膏印刷被業(yè)界稱為“SMT貼片的心臟”，它直接決定了焊接質(zhì)量的基準(zhǔn)水平。一顆顆精準(zhǔn)分布在焊盤上的錫膏，是形成可靠焊點(diǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而這背后正是鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)的精確把控。

作為SMT貼片加工廠，我們深刻理解：優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)不是檢測(cè)出來的，而是通過科學(xué)的設(shè)計(jì)和工藝控制生產(chǎn)出來的。從鋼網(wǎng)開口的微觀世界到回流焊的溫度場(chǎng)，每一個(gè)細(xì)節(jié)都值得我們精益求精。