【干货】教你如何通过优化钢网开孔来解决锡珠不良问题！

对于电子行业来说，SMT表面贴装是一项非常成熟的工艺技术，但成熟并不意味着无缺陷问题。相反，随着电子元件封装的进一步微型化，制程问题就显得尤为突出更加难以控制。根据权威性数据统计，SMT制程中最重要最关键的工序是锡膏印刷工艺，几乎70%的焊接缺陷是由于锡膏印刷不良引起的，其中锡珠问题一直困扰着SMT制程。

     锡膏印刷工艺事关SMT焊接质量成败，其中钢网的设计与制造又是锡膏印刷质量好坏的主要因素之一，设计适合的网孔可以得到良好的锡膏印刷结果，否则就会导致制程质量不稳定，缺陷问题难以控制。本文将列举几种常见的钢网开孔供大家参考。

一、钢网开孔设计原则

     钢网开孔面积与孔壁侧面积的比值，这个比值一般建议≥0.66 （IPC7525）。

面积比（Area Ratio）

                                     或

宽深比(Aspect Ratio)

钢网开孔宽度与厚度的比值，通常建议≥1.66（IPC7525）

什么时候采用面积比？什么时候采用宽深比？

     一般情况下，根据钢网开孔形状来定义，当孔的长度和宽度比值＞5时，建议采用宽深比；而其比值＜5时，则建议采用面积比来衡量网孔的设计是否有利于锡膏的释放。

     宽深比对锡膏的释放影响如上图所示，宽深比越小，孔壁对锡膏的粘附能力越强，锡膏与孔壁之间的摩擦力越大，越不利于锡膏释放。如上左图，大部分锡膏可能残留在孔内而导致焊盘锡膏沉积不足。这两张图片其实也很好地解释了面积比对锡膏释放的影响。

     从锡膏释放时的受力状态来看，印刷后脱模时锡膏主要受到三个力的作用：焊盘对锡膏粘附力；锡膏本身受到的重力；钢网孔壁对锡膏的摩擦力。焊盘粘附力及锡膏受到的重力欲将锡膏保持在焊盘上，但摩擦力却是向上拉动锡膏，这三个力的综合作用直接影响锡膏的脱模效果。增大开孔面积比或宽厚比，其实就是为了增加焊盘对锡膏的粘附作用，降低孔壁对锡膏的摩擦影响（参考附下图示）

二、钢网开孔设计要求

     钢网开孔首先要考虑面积比和宽深比，但开孔一般不会完全按照PCB焊盘形状或大小来设计，有时为了预防焊接焊接缺陷，不得不对开孔形状与尺寸比例进行适当的优化。

生产过程中，经常会发现片式元件侧面有锡珠问题

   

锡珠产生的主要因素：

1，“锡珠”在通过回流焊炉时产生的。我们大致可以将回流焊过程分为“预热、保温、焊接和冷却”四个阶段。“预热段”是为了使印 制板和表贴元件缓慢升温到120-150℃之间，这样可以除去焊锡膏中易挥发的溶剂，减少对元件的热冲击。而在这一过程中焊膏内部会发生气化现象，这时如果焊膏中金属粉末之间的粘结力小于焊剂气化产生的力，就会有少量“焊粉”从焊盘上流下或飞出，在“焊接”阶段，这部分“焊粉”也会熔化，从而形成“锡珠”。由此可以得出这样的结论“预热温度越高，预热速度越快，就会加剧焊剂的气化现象从而引起坍塌或飞溅，形成锡珠”。因此，我们可以采取较适中的预热温度和预热速度来控制“锡珠”的形成。

2，焊膏在印制板上的印刷厚度及印刷量。焊膏的印刷厚度是生产中一个主要参数，印刷厚度通常在0.15-0.20mm之间，过厚或过多就容易导致“坍塌”从而形成“锡珠”。在制作钢网（模板）时，焊盘的大小决定着模板开孔的大小，通常，我们为了避免焊膏印刷过量，将印刷孔的尺寸控制在约小于相应焊盘接触面积10％，结果表明这样会使“锡珠”现象有一定程度的减轻。

3，如果在贴片过程中贴装压力过大，当元件压在焊膏上时，就可能有一部分焊膏被挤在元件下面或有少量锡粉飞出去，在焊接段这部分焊粉熔化从而形成“锡珠”；因此，在贴装时应选择适当的贴装压力。

4，焊膏通常需要冷藏，在使用前一定要使其恢复至室温方可打开包装使用，如果焊膏温度过低就被打开包装，会使膏体表面产生水分，这些水分在经过预热时会造成焊粉飞出，在焊接段会让热熔的焊料飞溅从而形成“锡珠”。

我国一般地区夏天的空气湿度较大，把焊膏从冷藏取出时，一般要在室温下回温4-5小时再开启瓶盖。

5，生产或工作环境也影响“锡珠”的形成，当印制板在潮湿的库房存放过久，在装印制板的包装袋中发现细小的水珠，这些水分和焊膏吸潮的水分一样，会影响焊接效果从而形成“锡珠”。因此，如果有条件，在贴装前将印制板或元器件进行一定的烘干，然后进行印刷及焊接，能够有效地抑制“锡珠”的形成。

6，焊膏与空气接触的时间越短越好，这也是使用焊膏的一个原则。取出一部分焊膏后，立即盖好盖子，特别是里面的盖子一定要向下压紧，将盖子与焊膏之间空气挤出，否则对焊膏的寿命会有一定的影响，同时会造成焊膏的干燥加快或在下次再使用时吸潮，从而形成“锡珠”。

钢网防锡珠工艺：

Chip元件焊盘设计

Chip元件焊盘设计应掌握以下关键要素：
a对称性——两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡。
b焊盘间距——确保元件端子或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。
c焊盘剩余尺寸——搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。
d焊盘宽度——应与元件端子或引脚的宽度基本一致。

矩形片式元件焊盘结构示意图

PCB焊盘结构设计要满足再流焊工艺特点“再流动”与自定位效应。

下面推荐几种chip元件结合PCB焊盘的开孔方式，仅供参考

1、0201元件焊盘设计

0201(0.6mm×0.3mm）焊盘设计

模板开口设计参考

0201 Chip元件SMT钢网开孔

0201Chip元件可以1：1开口，内移或外移保证内距0.25-0.30mm
原PAD

宽：0.41mm   高：0.41mm   内距: 0.22mm

钢网开孔为0.3*0.3，内距保证0.25-0.30mm，方形倒圆角

2、0402 Chip元件焊盘设计
0402(1.0mm×0.5mm）焊盘设计

0402钢网开孔：内移或外移保证内距0.35-0.5mm

按焊盘1：1开内切圆

原PAD                           开孔后

原PAD:宽：0.60mm ，高：0.60mm，内距: 0.30mm；

整体图

开孔后：:宽：0.53mm ，高：0.55mm，内距: 0.40mm

按焊盘1：1开内切圆为常用的开孔方式

原PAD                        开孔后（四周倒圆角）

原PAD: 宽：0.63mm  , 高：0.63mm ，内距: 0.23mm

开孔后：宽：0.63mm，高：0.55mm，内距: 0.40mm

整体图：原PAD开方形倒圆角内距0.4
按焊盘1：1开孔，四周倒圆角，满足内距需要（一般建议0.4mm）

3、0603 Chip元件焊盘设计

0603(1.6mm×0.8mm）焊盘设计

0603钢网开孔：当内距小于0.6mm时,需外移至0.6mm;大于0.72mm时,内扩至0.72mm;内距一般为0.7mm-0.8mm

0603 Chip零件钢网开孔

1）内缩内凹法
0603先面积缩5-10%，再做内缩后面积6%内凹半圆防锡珠处理

2）内切内凹法
0603内切保证内距0.7-0.8mm，再做面积6%内凹半圆防锡珠处理

原始PAD: 宽：1.04mm ，高：0.80mm，内距: 0.48mm

开孔后：宽：0.90mm，高：0.80mm，内距: 0.75mm

整体图

4、0805 Chip元件焊盘设计
0805(1.4mm×1.0mm）焊盘设计

0805 Chip元件钢网开孔
0805内切保证内距1.0mm以上，再做面积6%内凹半圆防锡球处理
1）V型方式

最外边扩0.05MM;内切0.05--0.1MM; R=0.1;保持间距0.95—1.2MM内凹0.3MM

2）倒三角方式

最外边扩0.05MM;内切0.05--0.1MM 1，保持内距0.95—1.2MM,A=1/3X;B=1/3Y
3）内凹方式

最外边扩0.05MM;内切0.05--0.1MM，保持间距0.95—1.2MM,B=1/3Y；A=0.35MM

原PAD ，高：1.65mm ，宽：1.40mm ，内距: 1.14mm

开孔后 ，高：1.65mm，宽：1.15mm，内距: 1.60mm

5、封装为1206以上（含1206）开孔
1206内切0.1-0.2mm，再做面积6%内凹半圆防锡珠处理
1206以上可以采用内缩内凹法

最外边扩0.05MM，内切0.05--0.1MM， R=0.1，保持间距0.95—1.2MM内凹0.3MM。

大CHIP元件无法分类的按焊盘面积的90%开口，结合元件焊接端子做适当优化。

※注：判断元件类型不能仅凭Pitch值，还要考虑元件宽度。

※注：内距偏大或偏小，印刷后都会导致贴片不良、焊接不良。

※注：内距和标准值比较接近时，可采用内缩内凹法，内距和标准值相差较大时，可采用内切内凹法，通常指内距偏小。1206电容钢网开孔内切外拉0.2mm

SOT-23封装的元件开刻方法

8.3 SOT-23封装的元件开刻时要缩小5%–10%。
8.4 1.27mm pitch BGA开刻时开孔的直径为0.5mm–0.55mm在焊盘的基础上缩小5%。
8.5 1.00mm Pitch BGA焊盘开孔1:1。
8.6 QFP大于等于0.5mm pitch,开孔在焊盘的基础上缩小10%并且倒圆角(半径r=0.12mm).
8.7 方形二极管、钽电容：要求全孔开刻，同时由内侧外扩保证元件与锡膏之间有0.5mm的重 合。
8.8 0.5mm pitch sop开刻开孔宽度为0.23mm，长度不变。
8.9 0.65mm pitch sop 开刻宽度缩小10%来开刻。
8.10 SOT89封装元件的开孔面积缩小10%。

SOT89封装元件的开孔面积

8.11 1206的焊盘贴装0603元件的开刻孔居中按0603的元件开刻,焊盘间距0.70mm。如图：
8.12 0805的焊盘贴0603的元件开孔居中按0603元件的开孔原则,焊盘间距0.70mm。如图：
8.13 SOJ封装IC1.2mm开孔可等于95%，对于BGA直径在0.55mm以内的开孔：
8.14.1 0.55mm<d钢板开孔=d.
8.14.2 0.5mm≤d≤0.55mm钢网开孔直径在0.5mm.
8.14.3 d<0.5mm钢板开孔直径为0.46mm.例如:А 1.27mm pitch BGA / MPGA钢板开孔基本规则
B 1.00mm pitch BGA / MPGA 钢板开孔基本规则

1206以上的贴片元件和焊盘开刻

8.15 1206以上的贴片无极性电容开孔时元件和焊盘开刻如图：
开孔时只允许元件焊脚2/3有锡膏，即开孔长=2/3元件引脚，宽为1 ：1焊盘。
8.16 晶体管、功率三极管焊盘都较大，焊盘间距较小需采用防锡珠设计。其中一个管脚较大的开孔（如图）在此采用网格开孔位置在四周的2/3处。
8.17 0402 (Unit: inch) chip 钢板开孔基本规则：在Gerber 设计之基础上将焊盘四角各削去一等腰三角形, 其腰长为焊盘长度的1/4。如图：
8.18 0603的排阻、排容、电感设计宽为焊盘的90%长与焊盘一样。特殊情况处理短路较多的情况开孔长度与Gerber设计尺寸保持一致，开孔宽度: 0.35mm如图：-
8.19 6脚封装三极管钢板开孔基本规则，在Gerber设计基础上将宽度缩小10%, 如下图A所示:。三极管按原尺寸开孔，如图B。
8.20 pitch≤0.4mm的IC,连接器开孔如下图:IC引脚处0.2mm不开孔,即不开孔处应在IC或连接器引脚下,另侧外扩0.1mm.倒圆角

钢网连接器开孔

IPC7525（宽厚比：＞1.5）

图片看不到，是我的问题？

谢谢分享

谢谢分享，学习学习。。。