IPC75252000中文版模板设计导则

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模板设计导则

（中文草稿）

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目录

1.目的………………3

2.适用文件…………4

3.模板设计…………5

4.模板制造技术……14

5.模板定位…………15

6.模板订购…………15

7.进料检验规范……16

8.模板清洗…………16

9.模板使用寿命……16

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模板设计导则

1.目的

本文件旨在为设计与制造锡膏及表面粘胶印刷用模板提供指导，并且仅供指

导。

1.1术语和定义（TermsandDefinitions）

本文件所用到的所有术语和定义顺从于IPC-T-50。下标为星号（*）的定义

均来源于IPC-T-50，其余对本课题之讨论有重要意义的特定术语和定义，均提

供如下：

1.1.1开孔（Aperture）

模板薄片上开的通道

1.1.2宽厚比和面积比（AspectRatioandAreaRatio）

宽厚比=开孔的宽度/模板的厚度

面积比=开孔底面积/开孔孔壁面积

1.1.3丝网（Border）

薄片外围张紧的聚合物材质或不锈钢材质丝网，它的作用是保持薄片处于平

直有力的状态。丝网处于薄片和框架之间并将两者连接起来。

1.1.4锡膏密封式印刷头

Astencilprinterheadthatholds,inasinglereplaceablecomponent,

thesqueegeebladesandapressurizedchamberfilledwithsolderpaste.

1.1.5蚀刻系数（EtchFactor）具体解释参见上页的图示。

蚀刻系数=蚀刻深度/蚀刻过程中的横向蚀刻长度。

1.1.6基准点（Fiducials）

模板（其他线路板）上的参考标记点，用于印刷机上的视觉系统识别从而校

准PCB和模板。

1.1.7细间距BGA元件/CSP元件Fine-PitchBGA/ChipScalePackage(CSP)

焊球凸点间距小于1mm[39mil]的BGA（球栅阵列），当BGA封装面积/裸芯

片面积≤1.2时，也称为CSP（芯片级封装器件）。

1.1.8细间距技术Fine-PitchTechnology(FPT)*

元件被焊端之间的中心距离≤0.625mm[24.61mil]的表面组装技术。

1.1.9薄片（foils）

用于制造模板的薄片。

1.1.10框架（frame）

固定模板的装置。框架可以是空心的或铸铝材质的，模板固定的方法是：用

胶水将丝网永久性胶合在框架上。某些模板可直接固定在具有张紧模板功能的框

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架里，其特点是不需要用丝网或一个永久性夹具固定模板和框架。

1.1.11侵入式回流焊接工艺（IntrusiveSoldering）

侵入式回流焊接也称为通孔元件的通孔锡膏(paste-in-hole)工艺，引脚通孔锡

膏（pin-in-hole）工艺或引脚浸锡膏(pin-in-paste)工艺。该工艺过程大致如

下：

一、使用模板将锡膏刷往通孔元件的焊孔或焊盘；

二、插入通孔元件；

三、通孔元件与表面贴装元件一起过回焊炉进行回流焊接。

1.1.12开孔修改（Modification）

改变开孔大小和形状的过程。

1.1.13套印（Overprinting）

这种模板，其开孔较PCB上焊盘或焊环来得大。

1.1.14焊盘（Pad）

PCB上用于表面贴装元件电气导通和物理连接的金属化表面。

1.1.15刮刀（Squeegee）

锡膏被橡胶或金属材质的刮刀有效地在模板表面上滚动，并填满孔洞。通常，

刮刀安装在印刷机头，并成一倾角，这样一来，印刷过程中，刮刀的印刷刀刃落

在印刷头和刮刀前进面的后面。

1.1.16标准BGA器件（StandardBGA）

焊球凸点距离为1mm[39mil]或更大的的球栅阵列。

1.1.17模板（Stencil）

一个由框架、丝网和开有许多开孔的薄片组成的工具，通过这个工具，将锡

膏，胶水或其他介质转移到PCB上。

1.1.18带台阶模板（StepStencil）

薄片厚度不止一个水平的模板。

1.1.19表面组装技术（Surface-MountTechnology(SMT)*）

元件的电气连接是通过导电焊盘的表面进行传导的电路装联技术。

1.1.20通孔插装技术（Through-HoleTechnology(THT)*）

元件的电气连接是通过导电通孔进行传导的电路装联技术。

1.1.21超密间距组装技术（Ultra-FinePitchTechnology）

元件被焊端之间的中心距离≤0.40mm[15.7mil]的表面组装技术。

2.适用文件

2.1IPC文件

IPC-50电子电路互联封装术语及定义

IPC-A-610电子组装件的可接受条件

IPC-SM-782表面贴装焊盘图形设计标准

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IPC-2511产品制造数据描述和传输方法的GENERIC要求

IPC-7095BGA元件的设计和组装处理技术实现

2.2联合工业文件

J-STD-005焊接用锡膏量要求

2.3Barco/ETS

GerberRS-274D格式参考指南，PartNumber414-100-002

GerberRS-274D格式用户指南，PartNumber414-100-002

3.模板设计

3.1.1数据格式

不考虑模板实际制作使用到的格式，数据格式是首选的数据格式。

可供选择的格式有等等。然而，这些数据格式在

进入模板制作阶段前需要转换成格式。

数据描述文件的格式，为制造化学蚀刻模板时与照相标图系统提供

交流语言，也用于激光切割和电铸成型模板制作。当然，不同的设计师，使用不

同的软件包，实际使用的数据格式是不同的，但是，通常，用于照相标图和激光

设备读取的数据格式采用格式。

3.1.2格式

可采用两个标准格式：

·RS-274D-需要一个标有X-Y轴坐标的数据文件，在这个坐标里确定了模板

上的开孔位置和形状，还有一个独立的格式的开孔清单，它描述了不同

格式的开孔的的大小和形状用来生成开孔的图象。

·RS-274X-这个格式下，数据文件含有开孔清单。

3.1.3开孔清单

开孔清单是有一份内含D编码的ASCII文本文件，它定义了所有文

件描述的中开孔的大小和形状。没有开孔清单，软件和照相标图系统就不能阅读

数据。对无大小和形状数据的文本，只有X-Y坐标数据有效。

3.1.5数据传输

数据能以modem，FTP（文件传输协议），e-mail附件形式或磁盘传输给模板

供应商。由于文件较大，为确保数据传输的完整性，建议在文件传送前，先进行

压缩。我们推荐发送给PCB供应商的全部数据文件（锡膏、阻焊层、PCB表面涂

层和铜箔层）也发送给模板供应商。这样，方便模板供应商对SMT焊接的实际焊

盘大小设计相匹配的开孔大小进行优化和给出建议。

3.1.10识别信息

模板必须含有识别信息，如模板编号，版本号，厚度，供应商名称和管制号，

日期和模板制作工艺。

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3.2开孔设计

表一列出了各种SMT元件的开孔设计通用指南。一些影响开孔设计的因素有：

元件类型，焊盘形状，阻焊层，PCB表面涂层，长宽比/面积比，锡膏类型和用

户的制程要求。

3.2.1开孔大小

锡膏印刷量的大小主要取决于开孔大小和模板的厚度。印刷机印刷锡膏刮刀

行进过程中，锡膏填满模板的开孔；PCB与模板脱膜过程中，锡膏须完全脱离模

板，释放到PCB上，从模板的角度来看，锡膏从开孔孔壁释放到PCB上的能力主

要有以下三个因素：

（1）设计的面积比和宽厚比；（参见）

（2）开孔孔壁的几何形状；

（3）开孔孔壁的光滑程度。

。

备注：

1.假定细间距BGA焊盘不受阻焊层限制。

2.N/A表示仅考虑面积比。

3.2.11面积比/宽厚比

开孔面积比和宽厚比，如图一所示。锡膏有效释放的通用设计导则为：宽厚

比>1.5，面积比>0.66。宽厚比是面积比的一维简化结果。当开孔长度大大地大

于宽度时，面积比（W/2T）就成了宽厚比（W/T）的一个因数。当模板与PCB相

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互剥离时，锡膏处在被相互争夺的情况：锡膏将被转移到PCB上，或粘在模板的

开孔孔壁内。当焊盘面积比开孔孔壁面积的0.66倍大时，锡膏才能完全释放到

PCB焊盘上

3.2.2开孔大小与PCB焊盘大小的比对

通用的设计标准认为，开孔大小应该比PCB焊盘要相应减小。模板开孔通常

比照PCB原始焊盘进行更改。减小面积和修正开孔形状通常是为了提高锡膏的印

刷质量、回流工艺和模板在锡膏印刷过程中更加清洁，这有利于减少锡膏印刷偏

离焊盘的几率，而印刷偏离焊盘易导致锡珠和桥连。在所有的开孔上开倒圆角能

促进模板的清洁度。

带引脚SMD元件

针对带引脚SMD元件，如间距为1.3–0.4mm[51.2–15.7mil]的J型引脚或

翼型引脚元件，通常缩减量：宽为0.03–0.08mm[1.2–3.1mil]，长为0.05–0.13

mm[2.0–5.1mil]。

塑料BGA元件

将圆形开孔直径减小0.05mm[2.0mil]。

陶瓷BGA元件

如不会干涉到PCB焊盘的阻焊层，可额将圆形开孔的直径增加0.05–0.08

mm[2.0–3.1mil]，和/或将模板的厚度增加到0.2mm[7.9mil]，并要求各对应开

孔与PCB上的焊盘一一对应。详见IPC-7095锡膏量要求。

细间距BGA元件和CSP元件

方型开孔的宽度等于或比PCB焊盘直径小0.025mm[0.98mil],方型开孔必

须开圆倒角。本标准推荐圆角的规格：针对0.25mm[9.8mil]的方孔，圆倒角

0.06mm[2.4mil]；针对0.35mm[14mil]的方孔，圆倒角0.09[3.5mil]。

片式元件—电阻和电容

有几种开孔形状有利于锡珠的产生。所有这些设计都是为了能减少锡膏过多

地留在元件下。最好的设计如图2，3，4所示。这些设计通常适用于免清洗工艺。

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MELF，微MELF元件

对MELF，微MELF元件，推荐使用“C”形状开孔（见图5）。这些开孔的尺

寸设计必须与元件端相匹配。

3.2.3胶水模板开孔设计

对与胶水片式元件的开孔厚度，典型的设计是0.15–0.2mm[5.9–7.9mil]，

胶水开孔置于元件焊盘的中部。开孔为焊盘间距的1/3和元件宽度的110%（见图

6）。关于胶水模板的更多信息将在本文件下一版提及。

3.3混合装配技术—表面贴装技术和通孔安装技术(MixedTechnology

Surface-Mount/Through-Hole(IntrusiveReflow)。

这是一个理想的工艺，这种工艺下，SMT和THT器件能够：

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（1）焊锡通过印刷实现

（2）元件贴到PCB上或插进PCB内。

（3）两种元件一起进行回流焊接。

对于通孔元件的锡膏模板印刷，目标就是要提供足够的焊锡量，以确保元件

经回流焊接后，焊锡能填满整个元件孔，并在pin的周围产生可接受的焊点弯月

面。表二描述了典型的通孔元件回流焊接制程的工艺窗口。

3.3.1锡膏量

关于锡膏量的描述（见图7）可用一个简单的公式来表达。

在这里，

V：锡膏必须量

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VP：留在PCB顶面和/或底面的锡膏量

S：锡膏焊接前后收缩因子

AH：通孔元件pin的横截面面积

TB：PCB板厚

FT+FB：必须的弯月面量的总和

TS：FOIL的厚度

LO：开孔套印的长度

LP：焊盘的长度

WO：开孔套印的宽度

WP：焊盘的宽度

VH：印刷作业中填满通孔的锡膏量计，

在这里，值得注意的是：通孔的焊环要尽可能的小，pin与通孔之间要保持

清洁，还有，pin的长度要斤可能的小。做到这样，较少的锡膏量将会符合要求。

备注：填充通孔的锡膏量可以从0%变化到100%，这取决于印刷参数的设置。

当金属刮刀的倾角具有高的冲击角度时，锡膏转移头将更有效地接近于100%的填

充量，而印刷速度变快，释放到通孔的锡膏将减小。

下面三种用于释放锡膏到通孔模板设计方法：

(1)无台阶设计模板

(2)台阶设计模板

(3)双面印刷模板

无台阶套印

这是一种为满足通孔回流焊接工艺中需释放足够量的锡膏到PCB焊盘上的

要求而采用的模板设计。这种模板的横截面显示如图8。

这种模板应用的一个例子就是用于中心距为2.5mm[98.4mil]，焊盘直径为

1.1mm[43.3mil]，板厚1.2mm[47.2mil],在通孔周围3.8mm[150mil]内没有其他

元件的双排pin连接器（CN）。套印模板开孔宽为2.2mm[86.6mil]，长为

5.1mm[200mil]，模板厚为0.15mm[5.91mil]能够释放足够的锡膏到通孔中。

带台阶套印模板

如PCB更厚，通孔更大，或PIN更小，那么需要的锡膏量就更大。这种情况

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下，就可能需要用带台阶套印模板，它能为THT元件提供更多的锡膏，而不会给

SMT元件焊盘释放太多的锡膏。这类模板如图10所示.

K1和K2是KEEP-OUT距离。K2是通孔开口到台阶边缘的距离。通用设计标准认

为，K2可小于0.65mm[25.6mil]。K1是台阶边缘到最近的一个向下台阶区域的开

孔的距离，通用设计指导认为，对每个向下厚度0.025mm[0.98mil]K1可为

0.9mm[35.4]。K1应该为向下台阶厚度的36倍（36X）。例如，一个向下台阶为

0.15mm[5.9mil]的0.2mm[7.9mil]模板，其K1KEEP-OUT距离就需要为

1.8mm[70.9mil]。也可能把台阶设置到模板与PCB的接触面上而不是刮刀面上，

如图10所示。这种类型的台阶当使用金属刮刀时更为方便，并且对于锡膏密封式

印刷头更为可取。KEEP-OUT规则同样适用。

两模板印刷

某些通孔器件，其孔大而pin小的或间距密而PCB板厚。在以上任一情况下，

如使用前两种模板设计，释放到通孔内的锡膏量均会不足。这种模板设计，典型

的厚度选取为0.15mm[5.9mil]厚，用来印刷表面贴装用锡砖。当表面贴装锡膏

量还是达不到要求时，就要用另一块模板往通孔印刷锡膏。通常，要求在线安装

第二块模板来进行印刷作业。然而，典型的模板厚度为0.4mm到0.75mm。当模

板厚度要求大于0.5mm[20mil]时，开孔可采用激光切割电抛光工艺，这种工艺

加工出来的孔壁几何形状极佳。能提供更好的锡膏释放性能和锡膏完整度。在模

板的底面（与PCB接触面）上，任何先前印刷过的表面贴装锡砖的区域，模板都

经蚀刻，蚀刻厚度至少为0.25mm[9.84mil]。如图11所示为第二块通孔印刷模

板的横截面。

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3.4混合组装技术表面贴装/倒装芯片贴装

这种技术有应用到一个样品卡，卡内包含倒装芯片，TSOPS元件和片式元件。

这是一种将倒装芯片和SMT元件放在卡上，并一起经过回焊炉进行回流焊接。

3.4.1SMT元件/倒装芯片双模板印刷工艺

双模板印刷工艺可满足使用。工艺的第一步就是印刷倒装芯片用之锡膏或助

焊剂到倒装芯片的焊盘区域。这块模板厚度通常为0.05或0.075mm[2.0或3.0

mil]，开孔大小为0.13到0.18mm[5.12到7.09mil]。如果倒装芯片要求的锡膏还

是不够，那么就要用一块印刷表面贴装锡砖的表面贴装用之模板，这种模板的一

个例子：模板厚度为0.18mm[7.09mil]，在倒装芯片锡膏/助焊剂的区域有设置局

部腐蚀区，局部腐蚀厚度为0.10mm[3.93mil]。这种应用的双模板如图12所示。

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3.5向下台阶模板

当需要利用一个薄的模板来印刷细间距器件，一个更厚点的模板来印刷其他

元件时，这类型模板就可以派上用场了。例如，一个细间距BGA元件，其间距为

0.5mm[20mil]，需要0.1mm[3.9mil]厚的模板来实现其面积比大于0.66，同时，

PCB上的其他元件需要的却是厚度为0.13到0.15mm[5.1mil到5.9mil]的模板。这

块模板的设计需要在BGA元件区域厚度为0.1mm[3.9mil]的向下台阶区，而模板其

他地方的厚度却是0.15mm[5.9mil]。台阶可设计在刮刀面或是接触面。详细参见

KEP-OUT设计指南。

3.5.2向上台阶模板

当需要在模板的一个小区域印刷更厚点的锡膏的时候，这类型的模板就派上

用场了。例如，一个陶瓷BGA元件，考虑到焊球凸点共面性要求，需要的锡膏厚

度为0.2mm[7.9mil]，而其他的表面贴装零件焊盘需要的锡膏厚度为

0.15mm[5.9mil]。这种情况下，模板的厚度在陶瓷BGA元件印刷区域要开一台阶，

高度从0.15mm[5.9mil]上升到0。2mm[7.9mil]。另一个例子就是PCB边缘区域

的通孔连接器，需要额外的锡膏量。这种情况下，模板厚度可能为

0.15mm[5.9mil]，除了在边缘区域的通孔连接器区域的模板厚度为0.3mm。

3.5.3对于含锡膏传输头

通用设计上，台阶设计不得大于0。05mm[2。0mil]。

3.5.4局部腐蚀掏空模板

这种类型的模板在模板与PCB的接触面上设计有局部腐蚀凹穴。有几种场合

需要应用到局部腐蚀模板，如：

•PCB上BARCODE标签处相应的局部腐蚀区。在BARCODE标签区域，模板厚度

应该从0.15mm[5.9mil]减去0.08mm[3.1mil];

•测试点局部腐蚀区。模板在每个增高的测试点对应区域进行局部腐蚀，以便

让紧又平地贴住PCB;

•双模板印刷，在SMT元件锡膏印刷区域模板要设计一定深度的局部腐蚀凹穴

（见和3.4.1）。这种模板应用的另一个例子就是通孔范围内和附近的厚

度为0.5mm[20mil]以印刷锡膏，而在接触面设置0.3mm[12mil]的局部腐蚀台阶以

跳过先前SMT印刷过的SMT元件处的锡膏。

•在陶瓷元件角落阻焊区的使用。模板在该腐蚀区域能使PCB和模板密封性更

好。无引脚陶瓷元件的平衡能使元件下方的清洁度得到提高，能使焊点的长度变

长。

3.6基准点

依靠机器视觉系统的定位，基准点被定位在刮刀面或接触面上，并填充黑色

环氧树脂以便于形成对比。典型的基准点为直径1.0到1.5mm[[39.4到59.1mil]

殷实的圆点。基准点可能是半通孔腐蚀，激光雕刻或全通孔腐蚀。

3.6.1全局的基准点

基准点在PCB三个方向上各设置一个，距离板边至少5mm。

3.6.2局部的基准点

重要元件附近设置基准点，如，细间距QFP。

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4.模板制造技术

4.1模板

不锈钢是化学蚀刻模板和激光切割模板首选的金属材料，其他金属材料和塑

料材料，可根据需要具体指定。对于电铸成型模板，高硬度的镍合金是首选的材

料。

4.2框架

为得到合适的框架尺寸，需要参考OEM（原始设备制造商）的模板印刷机操

作手册。框架可以是空心的或铸铝材质的，薄片固定的方法是：用胶水将丝网永

久地胶合在框架上。某些模板可直接固定在具有使模板张紧的功能框架里，特点

是不需要用丝网或一个永久性的夹具固定薄片和框架。

4.3丝网

聚酯材料是标准材料，也可选择用不锈钢。

4.4模板制造技术

模板制作工艺有两种：加成工艺和减成工艺。加成工艺如电铸成型，金属被

添加形成模板；减成工艺如激光切割和化学蚀刻，金属从模板中迁移出薄片形成

开孔。

4.4.1化学蚀刻

化学蚀刻的模板的制作是通过在金属箔上涂抗蚀保护剂、用销钉精确定位感

光工具将图形曝光在金属箔两面、然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔，

得到特定的网格尺寸。根据刻蚀系数计算出来，暴露于抗蚀保护剂开孔图形尺寸

较我们要求得到的开孔尺寸小。蚀刻系数描述了化学腐蚀剂蚀刻金属箔的横向蚀

刻量。液态化学腐蚀剂从金属箔的两面蚀刻出特定的开孔。除去多余的腐蚀剂，

得到模板。

4.4.2激光切割工艺

激光切割工艺通过激光设备软件处理数据制造出来模板。与化学蚀刻工艺不

同，这种工艺不需要用到感光工具。因为模板只从一面开始切割，锥形孔壁是激

光切割模板的一个特性。如没有特别指定，接触面的开孔要略大于刮刀面(见

4.4.5节)。

4.4.3电铸成型工艺

电铸成型模板的制作是利用感光-显影抗蚀剂技术和电镀镍技术的加成工

艺。感光胶涂覆于金属基板（心轴）上。感光胶的厚度要略大于最终得到的模板

的厚度。在感光胶上产生开孔的图形，移开模板开孔位置对应的胶柱。将带胶柱

的基板放置到电镀槽中，然后逐个原子、逐层地在光刻胶周围电镀出模板。镍膜

沉积到需要的厚度时，先清除剩余的感光胶，然后进行镍网脱膜。

4.4.4混合模板

如PCB上贴装的是标准间距组件和密间距组件，模板制作工艺可能是激光切

割和化学蚀刻的混合工艺。这类型的模板称为激光-化学结合模板或混合模板。

4.4.5梯形截面孔

梯形截面孔可用于改进锡膏的释放效果。化学蚀刻工艺，梯形形状，Z型(见

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图13)能根据指定获得。对于激光切割或电铸成型工艺，能自然产生梯形截面孔。

至于尺寸大小，供