• 關鍵詞： PCB 模板
• 摘要：模板的主要性能是幫助錫膏的沉積(deposition)。目的是將準確數量的材料轉移到光板(bare PCB)上準確的地方。

本文介紹，在為一個印刷工藝訂購模板(stencil)時，有一個確認的經驗曲線。當對其技術的熟悉幫助產生所希望結果的時候，模板變成在一個另外可變的裝置運作中的常量。“好的模板得到好的印刷結果，然后自動化幫助使其結果可以重復。”

 

模板的采購不僅是裝置工藝的第一步，它也是最重要的一步。模板的主要性能是幫助錫膏的沉積(deposition)。目的是將準確數量的材料轉移到光板(bare PCB)上準確的地方。錫膏阻塞在模板上越少，沉積在電路板上就越多。因此，當在印刷過程中某個東西出錯的時候，第一個反應是去責備模板。可是，應該記住，還有比模板更重要的參數，可影響其功能。這些變量包含印刷機、錫膏的顆粒大小和黏度、刮刀的類型、材料、硬度、速度和壓力、模板從PCB的分離(密封效果)、阻焊層的平面度、和元件的平面性。

 

模板制造技術

模板制造的三個主要技術是，化學蝕刻(etch)、激光(laser)切割和電鑄成形(electroform)。每個都有獨特的優點與缺點。化學蝕刻和激光切割是遞減(substractive)的工藝、電鑄成形是一個遞增的工藝。因此，某些參數比較，如價格，可能是屬于蘋果與橘子 的比較。但，主要的考慮應該是與成本和周轉時間相適應的功能。 www.pcbdown.com

通常，當用于最緊的間距為0.025"以上的應用時，化學腐蝕(chem-etched)模板和其它技術同樣有效。相反，當處理0.020"以下的間距時，應該考慮激光切割和電鑄成形的模板。雖然后面類型的模板對0.025"以上的間距也很好，但對其價格和周期時間可能就難說了。

 

化學蝕刻的模板

化學蝕刻的模板是模板世界的主要類型。它們成本最低，周轉最快。PCB抄板化學蝕刻的不銹鋼模板的制作是通過在金屬箔上涂抗蝕保護劑、用銷釘定位感光工具將圖形曝光在金屬箔兩面、然后使用雙面工藝同步從兩面腐蝕金屬箔。由于工藝是雙面的，腐蝕劑穿過金屬所產生的孔，或開口，不僅從頂面和底面，而且也水平地腐蝕。該技術的固有特征是形成刀鋒、或沙漏形狀。當在0.020"以下間距時，這種形狀產生一個阻礙錫膏的機會，這個缺陷可以用叫做電拋光(electropolishing)的增強工藝來減少。

電拋光是一種電解后端工藝，“拋光”孔壁，結果表面摩擦力減小、錫膏釋放良好和空洞減小。它也可大大減小模板底面的清潔。電拋光是通過將金屬箔接到電極上并把它浸入酸浴中來達到的。電流使腐蝕劑首先侵蝕孔的較粗糙表面，對孔壁的效用大于對金屬箔頂面和底面的效用，結果得到“拋光”的效果。然后，在腐蝕劑對頂面和底面效用之前，將金屬箔移走。這樣，孔壁表面被拋光，因此錫膏將被刮刀有效地在模板表面上滾動(而不是推動)，并填滿孔洞。

對于0.020"以下間距的改進錫膏釋放的另一個技術是梯形截面孔(TSA, trapezoidal section apertures)。

梯形截面孔(TSA)是在模板的接觸面(或底面)比刮刀面(或頂面)尺寸大0.001~0.002"的開孔。梯形截面孔可用兩種方式來完成：通過采用性修飾特殊元件，即雙面顯影工具的接觸面尺寸做得比刮刀面大；或者全部梯形截面孔的模板，它可以通過改變腐蝕劑噴霧的頂面與底面的壓力設定來產生。當通過電拋光后，孔壁的幾何形狀可允許0.020"以下間距的錫膏釋放。另外，得到的錫膏沉積是一個梯形“磚”的形狀，它促進元件的穩定貼裝和較少的錫橋。

向下臺階(stepdown)，或雙層面(dual-level)模板，可以容易地通過化學蝕刻技術產生。該工藝通過形成向下臺階的孔來減小所采用的元件的錫量。例如，在同一設計中，多數0.050"~0.025"間距的元件(通常要求0.007"厚度的模板)和幾個 0.020"間距的QFP(quad flat pack)在一起，為了減小QFP的錫膏量，這個0.007"厚度的模板可制出一個0.005"厚度的向下臺階區域。向下臺階應該總是在模板的刮刀面，因為模板的接觸面務必在整個板上水平的(圖四)。盡管如此，推薦在QFP與周圍元件之間提供至少0.100"的間隔，以允許刮刀在模板兩個水平上完全地分配錫膏。

化學蝕刻的模板對于產生半蝕刻(half-etched)基準點(fiducial)和字幕名稱也是最好的。用于印刷機視覺系統對中的基準點可以半蝕刻，然后填充黑色樹脂，提供視覺系統容易識別的、與光滑的金屬背景的對比度。包括零件編號、制作日期和其它有關信息的字幕塊也可以在模板上半蝕刻出來，用作標識用途。兩個工藝都是通過只顯影雙面的一半來完成的。

化學蝕刻的局限。除了刀鋒形邊緣的缺陷之外，化學腐蝕的模板有另外一個局限：縱橫比(aspect ratio)。簡單地說，該比率限制按照手邊的金屬厚度可蝕刻的最小孔開口。典型地，對于化學蝕刻的模板，縱橫比定義為1.5 : 1。因此，對于0.006"厚度的模板，最小的孔開口將是0.009"(0.006"x1.5=0.009")。相比之下，對于電鑄成形的和激光切割的模板，縱橫比為1 : 1，即通過任何一種工藝可在0.006"厚度的模板上產生0.006"的開口。

電鑄成形(Electroforming)

電鑄成形，一種遞增而不是遞減的工藝，制作出一個鎳金屬模板，具有獨特的密封(gasketing)特征，減小錫橋和對模板底面清潔的需求。該工藝提供近乎完美的定位，沒有幾何形狀的限制，具有內在梯形的光滑孔壁和低表面張力，改進錫膏釋放。

通過在一個要形成開孔的基板(或芯模)上顯影光刻膠(photoresist)，然后逐個原子、逐層地在光刻膠周圍電鍍出模板。正如圖五中所看到的，鎳原子被光刻膠偏轉，產生一個梯形結構。然后，當模板從基板取下，頂面變成接觸面，產生密封效果。可采用0.001 ~ 0.012" 范圍的連續的鎳厚度。該工藝比較理想地適合超密間距(ultra-fine-pitch)要求(0.008~0.016")或者其它應用。它可達到1 : 1的縱橫比。

至于缺點，因為涉及一個感光工具(雖然單面)可能存在地方不正。如果電鍍工藝不均勻，會失去密封效果。還有，密封“塊”可能會去掉，如果清洗過程太用力。 激光切割的模板

直接從客戶的原始Gerber數據產生，激光切割不銹鋼模板的特點是沒有攝影步驟。因此，排除了地方不正的機會。模板制作有良好的地方精度和可再生產性。Gerber文件，在作必要修改后，傳送到(和直接驅動)激光機。物理干涉少，意味著出錯機會少。雖然有激光光束產生的金屬熔渣(蒸發的熔化金屬)的主要問題，但現在的激光切割器產生很少容易清除的熔渣。

也有問題出現，就是孔周圍出現“扇貝狀”的外形，造成孔壁粗糙。PCBA OEM代工代料雖然這會增加表面摩擦力，但粗糙都是在垂直面的。可是，最近的激光機器有里面視覺系統，它允許金屬箔以無邊框的條件切割。這是很有意義的，因為模板的制作可以先通過化學腐蝕準則間距的元件，然后激光切割密間距(fine-pitch)的元件。這種“混合”或結合的模板，得到兩種技術的優點，下降成本和更快的周轉。另外，整個模板可以電拋光，以提供光滑的孔壁和良好的錫膏釋放。激光切割工藝的主要缺點是機器單個地切割出每一個孔。自然，孔越多，花的時間越長，模板成本越高。盡管如此，如果設計允許，可以通過利用混合模板工藝來下降成本。按照激光光束的焦點，梯形孔自動產生。孔的開口實際上從模板的接觸面切割；然后 模板翻轉以刮刀面朝上安裝。

激光技術是唯一允許現有的模板進行返工的工藝，如增強孔、放大現有的孔或增強基準點。