SMT全技術-第三集.doc

免洗錫膏標準工藝(二)

By Richard R. Lathrop Jr.
　　本文介紹，瞭解一種錫膏在一個特定的應用中將怎樣表現，是達到高效生產率的關鍵。
　　一個廣泛的標準程式應該由一整套量度從印刷到測試的錫膏適用性的試驗組成。本文第一部分討論了印刷與貼裝試驗；第二部分繼續討論標準程式，看看回流焊接和其他諸如測試針的可測試性、粘性和離子色譜分析等試驗。
　　回流
　　熔濕(wetting)
　　錫膏的可熔濕性、或可焊接性，是一項難以評估的特性，因為在許多情況中的決定是很主觀性的。已經開發一個目標試驗，使用 6-mil 的鐳射切割範本，在一塊多用途的OSP塗層的測試板上的 3 平方英寸的面積上進行接觸印刷(contact print)(圖一)。對每一種錫膏印刷 12 塊板，用 6 種不同的溫度曲線空氣回流焊接兩塊板。
　　試樣設計有三種形狀。焊盤產生的線間隔的寬度變化從 8 ~ 24 mil。假設，焊盤之間發生的錫橋數量越多，材料與溫度曲線結合的可焊接性越好。另外，測量 50-mil 圓圈的平均直徑。50-mil 圓圈的擴散一般跟隨焊盤短路的結果，但很少在一個完整的圓上有焊錫擴散。因此，試驗的這部分是唯一主觀性的部分。
　　焊盤短路區左邊的小焊盤用作焊錫對諸如小引腳積體電路(SOIC, small outline integrated circuit)焊盤的熔濕情況指示。範本開孔範圍從兩列底部的完整覆蓋(85-mil 長)到頂部的只有23%覆蓋(20-mil 長)。這些焊盤排列完全熔濕越高，可焊性越好，因為隨著焊盤覆蓋的減少，完全熔濕焊盤的困難度增加。
表一、溫度曲線資料

峰值溫度
183度以上時間
35度到固化總時間
預熱斜率35度到回流
預熱時間135~145度
預熱時間145~155度

°C
秒
秒
°C/秒
秒
秒
A
260
105
266
N/A
39
113
B
234
77
234
0.67
N/A
N/A
C
234
77
231
N/A
89
19
D
222
64
150
1.08
N/A
N/A
E
211
66
217
N/A
30
11
F
219
45
112
1.38
N/A
N/A

　　溫度曲線敏感性
　　圖二和表一中的曲線在預熱方式上(平坦的保溫與斜線升溫)、峰值溫度、總共的時間和液化上的時間是不同的。圖中曲線A表示一個配方將怎樣與諸如96.5Sn/3.5Ag或95Sn/5Pb高溫合金起作用。曲線F類比的是固定資產有限、運作剛開始時經常使用的、快速的3~4溫區的爐子。通過總結線間隔之間的短路數量，提供一個配方在通過所有6種溫度曲線時的情況。
　　相對的“溫度曲線敏感性”也可通過計算單條曲線熔濕結果的標準偏差來計算，然後除以對所有六條曲線所橋接的平均間隔。在曲線之間具有很小的熔濕差異的材料將看作是對溫度曲線不敏感的。
　　焊錫結珠/錫球
　　雖然很少，錫球(solder balling)一般在免洗配方中是可接受的；但焊錫結珠(solder beading)不行。焊錫結珠通常大到肉眼可以看見，由於其尺寸，更容易從助焊劑殘留物上脫落，引起裝配上某個地方的短路。焊錫結珠不同於錫球有幾個方面：
1. 錫珠(通常直徑大於5-mil)比錫球大。
2. 錫珠集中在離板很底的較大片狀元件的邊上，比如片電容和片電阻1，而錫球在助焊劑殘留物內的任何地方。
3. 錫珠是當錫膏壓在片狀元件身體下和回流期間從元件邊上跑出來而不是形成焊接點的大錫球。
4. 錫球的形成主要是來自回流之前或期間的錫粉的氧化，通常只是一兩個顆粒。
　　沒有對準或疊印的焊錫可能增加錫珠和錫球。
　　設計一塊測試板，有一系列的片狀元件焊盤，焊盤之間的間隔尺寸上的變化覆蓋IPC所要求的全部範圍，並超過。為了產生錫珠與錫球和評估改正這兩個常見問題的範本與焊盤設計的解決方案，使用了各種範本開孔設計，對1206、0805和0603尺寸的片狀元件的開孔使用了有意的偏位。
　　圖三顯示測試板上1206元件的一部分。對0805和0603元件的測試區域使用了類似的設計邏輯。另外，測試板以不同的溫度曲線回流，該曲線和對熔濕試驗所描述的一樣，以便更加深入地瞭解對一個給定配方的最佳回流曲線。對每個測試板，記錄所有錫珠和錫球的位置，但是為了比較的目的，只報告總的錫珠和錫球。
　　殘留物水平
　　殘留物水平是另一個通常有主觀性的特性。雖然透明性、顏色和助焊劑的視覺數量影響最終裝配的整體外觀，但這些因素可能實際上與那些保留在板上的、或者弄髒回流爐較冷區域和通風口的殘留物的物理數量無關。由於這個原因，除了視覺外觀的主觀問題之外，殘留物數量是用熱重力分析方法(TGA, thermo-gravimetric analysis)來決定的。
　　錫膏的少量樣品慢慢地從室溫加熱到液化溫度之上50°C，記錄整個溫升過程中的重量損失。這個方法揭示了回流期間涉及的錫膏(助焊劑)的實際百分比。在回流焊接溫度曲線上，預熱、回流和冷卻階段失去的助焊劑成分的相對數量，也可以通過對TGA的百分比失重-溫度圖表的仔細審查來評估。
　　其他
　　測試針的可測試性
　　測試針的可測試性說的是助焊劑殘留物對ICT針床測試夾具的相容性。助焊劑一定不可以有粘性的殘留物弄髒標準的測試針。對這個特性的工業測試還在進化中，但是一些方法報告“點擊”數，直到測試針的清洗和/或強迫穿過助焊劑殘留物薄片。雖然助焊劑配方對給定的配方的測試針的可測試性起很大的作用，但是回流曲線也有重大的影響。
　　粘性
　　粘性是給定配方的而不是適用性測試的一個特性，但它有助於從流變學的角度進一步區分配方。工業上有三種主要類型的粘性儀錶：
· 單點粘度計通常使用一個“T”型的感測器，以恒定的轉速(RPM, revolutions/minute)在錫膏內轉動。這個方法是最常用的，但返回有限的流變資訊。
· 錐與盤、或盤與盤設計，使用一套旋轉盤子，盤子間隔固定，之間有錫膏的盤子溫度受控。盤子通常在一個轉速範圍內轉動，回到靜止。與單點方法一樣，為給定的材料建立流變圖譜，但是，在廣泛的剪切條件範圍上。
· 螺旋粘度計使用一個螺旋感測器，在各種剪切率上測量錫膏的阻力，並計算給定配方的流變指數。
　　離子色譜法(Ion Chromatography)
　　助焊劑殘留物析出的離子色譜法是免洗錫膏的可靠性評估的一項要求，但是，當在原錫膏(raw paste)上使用相同技術時，可達到對錫膏活性劑的理解。表二顯示了工業上最常用免洗配方的原錫膏離子色譜分析結果。溴化的活性劑是最流行的，因為它使用了很有限的氟化和氯化化合物。其含量是在每百萬個零件中(ppm, parts per million)。
表二、原錫膏的離子色譜分析結果
配方
A
B
C
D
E
F
G
H
I
氟化物
0
1.9
1.9
42.7
28.5
1.8
2
1.9
1.9
氯化物
3.9
3.3
3.3
4.2
21.3
1.8
2.4
7.2
0.1
溴化物
0
1.9
35.6
1.9
22.7
113
173
146
201
Nitrate
0
11.1
11.1
1.9
11.3
1.8
2
1.9
4.6
Phosphate
0
1.9
1.9
1.9
24.5
1.8
2
35
0
Sulfate
0
1.9
1.9
1.9
1.9
41.3
5.2
3.4
0
Sodium
0
2.1
2.1
7.8
9
1.8
8.6
1.9
0
Ammonium
6.6
2.1
2.1
1.9
6.4
1.8
2
1.9
0
Potassium
3.3
13.4
13.4
30.7
2
10.3
2
1.9
17
Magnesium
3
2.1
2.1
4.6
2
1.8
2
1.9
2.4
Calcium
6
12.3
12.3
4
2
1.8
2
1.9
0
Total
23
54
88
104
132
179
204
205
227

配方
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
氟化物
2.2
10.9
1.4
1.8
1.9
5
1.9
1.8
1.9
氯化物
5.6
4.7
1.4
5.2
25.1
1.9
1.9
8.4
1.9
溴化物
180
177
1.4
222
229
351
273
443
581
Nitrate
0
3.3
1.4
1.8
1.9
2.8
1.9
2.7
1.9
Phosphate
0
0
1.4
0
1.9
1.9
11
1.8
1.9
Sulfate
2.9
21.9
222
3.6
6.9
1.9
1.9
207
435
Sodium
0
3.5
2.6
7.5
1.9
1.8
1.9
1.9
1.9
Ammonium
0
4.3
1.4
0
7.7
1.8
19.2
7.4
2.9
Potassium
27.2
1.3
1.8
164
1.8
15.4
1.9
1.9
1.9
Magnesium
3.6
2.2
1.4
4
1.8
1.8
1.9
1.9
1.9
Calcium
8.3
1.9
1.4
4.7
1.8
3.4
3.4
1.9
3.7
Total
230
231
237
267
282
389
419
679
1036

　　表二中粗體字的結果是原配方的結果，而不是出現污染蹤跡的結果。 已二酸離子(脂肪酸)可以顯現出來，因為這個試驗中有硫酸鹽離子。這些結果表明，今天的免洗錫膏，從最初的真正的“無鹵”配方到最後的“類似RMA(rosin, mildly activated)的”材料，都存在較大的原錫膏離子濃度。很可能，由於後者不能通過鉻酸銀紙(silver chromate paper)的測試，而應該清洗掉，既使它們現在正當作免洗來使用。
　　性能折中方案
　　這裏所描述的試驗，在過去幾年已經應用於無數的配方，揭示了許多性能上的折中方案。最主要的趨勢是：
· 更高速的可印刷性可能得到較低的峰值粘持力。
· 更高的固體造成較低的粘持力。
· 更細小的粉末造成更高的峰值粘持力。
· 更細小的粉末造成更好的密間距可印刷性。
· 更多的擴散可能造成更多的焊錫結珠。
· 更多的擴散可能造成OSP上更好的熔濕。
· 更低的回流焊後板上的殘留物水平可能造成較差的焊接熔濕。
· 更低的回流焊後板上的殘留物水平可能造成較好的測試針的可測試性。
· 較多的板上殘留物結果爐內的殘留物較少，維護費用較低。
· 更多的溴化活性劑結果可能熔濕性更好。
· 更好的熔濕其結果是對溫度曲線敏感性更小。
　　對以上描述的趨勢還是有例外存在。不是每一個特性對每一個應用都有同樣的重要性，但是，如果理解了這些折中平衡，那麼就能夠應用到最適合的配方。
　　結論
　　對於OEM或者合約製造商，錫膏的標準程式有助於最終產品市場的競爭性。瞭解特定的錫膏在特定的裝配應用中如何表現，和為每一種情況作出最恰當的錫膏選擇是達到高生產效率的關鍵因素。不管製造商使用錫膏供應商的結論、還是內部進行試驗、或者兩者兼顧，標準程式提供深入的知識和比較的客觀基礎。

微量滴膠

By Russ Peek
　　本文介紹，微型閥(micro-valve)滴膠可以減少PCB運行之間的設定，和降低材料成本。
　　在消費品電子中 - 從電話手機到手提電腦到身歷聲系統，小型化的趨勢已經導致越來越小的表面貼裝技術(SMT)元件和裝配更緊密的印刷電路板(PCB)。在裝配期間，對這些小型密集封裝和基板的有效處理要求一個精密的方法來附著小量的材料(如錫膏、導電性樹脂和膠劑)，以粘住元件和完成電氣連接，不產生短路或錫橋。這已經成為直接晶片附著(DCA, direct chip attach)、多晶片模組(multi-chip module)和高密度聯接工藝的必要條件，它們大多數0.0015"(0.0381mm)或更好的貼裝精度。
　　在錫膏和導電性樹脂的情況下，膠點大小是0.010"(0.254mm)或更小(圖一)。對於面積填充與圖案，要求0.0020"(0.0505mm)或更小的厚度。這些需求已經導致專門設計用來幫助精密滴膠的技術發展。
尋找更好的附著方法
　　多年來，PCB裝配製造商已經使用範本(stencil)印刷機來將裝配材料附裝著在PCB上。雖然這個方法在過去很好地實現其功能, 並且很可能繼續對於傳統印刷應用在PCB裝配中佔有一席之地，但這些不是該技術的優勢了。
　　首先，範本(stencil)印刷不能用於附著在多層封裝、存在元件的裝配或要求不同厚度材料的裝配。還有，對於每項工作或工程更改要求，就要求一塊新的範本，可能要求兩天的時間來生產。就成本而言，範本印刷包括材料浪費、範本清洗和每個工作的設定時間。
　　範本印刷在低產量、高混合製造環境中也不是成本合算的，特別是在合約加工廠，因為有夾具硬體的成本。範本印刷處理高密度PCB裝配時有一些局限，並要求緊密的間隔和公差。
微型閥(Micro-valves)
　　高密度應用的滴膠要求精確的材料控制。滴膠系統不僅必須提供滴膠針嘴的X/Y/Z位置的控制，而且附著在基板或封裝上的材料的可重複性必須超過以前所有的標準。以前開發微量滴膠系統的努力沒有取得成功，因為泵不能附著可重複數量的錫膏或導電性材料，點的直徑達到小於0.010"(0.254mm)。
　　可是，微型閥技術的進步已經產生可以更好地控制微量滴膠的泵體機構。這個應用的理想液體滴膠系統使用一個由閉環無刷伺服馬達和數碼器(encoder)控制的微型滴膠閥。
　　這個閥，專門設計用於微量滴膠，可以按照精確的數碼器計數來控制滴膠材料。
滴膠嘴與材料特性
　　當設計微量滴膠機時，有另外的因素需要考慮。特別重要的是要有一個有效的滴膠針設計和維持材料特性的可用方法。有效的微量滴膠要求在閥上使用獨特的滴膠嘴或“針”。傳統的滴膠嘴，在大多數情況中，是滾軋的針管，這樣可能阻礙微量滴膠，因為內表面差而阻礙材料流動。在微量滴錫膏和導電樹脂的情況中，滴膠針是用單塊的不銹鋼製造的，公差非常緊，針嘴在材料流動的方向上是成圓錐形的，以減少針與材料之間的表面張力，針管的內徑是有目的地保持比針嘴出口直徑大。簡而言之，因為小點滴膠針具有光滑的濕潤表面特性，它改善材料的流動和防止材料阻塞。
　　在整個滴膠過程中維持材料特性是微量滴膠的關鍵。微量滴膠機監測泵的RPM和空氣壓力。滴膠過程可以編程達到適當的螺旋速度、進給間隔和加速/減速率，對每個應用和材料類型保證最佳的滴膠參數。
靈活性與材料節約
　　隨著電子裝配繼續進化，預計對微量滴膠技術的需求將增加。它可以為處於高混合低產量環境中的裝配製造商提供即時的優勢。通過減少範本印刷機的設定時間和材料浪費，微量滴膠使電子裝配製造商能夠有效的工作和節省成本。雖然對於高產量、低混合裝配環境，微量滴膠技術的優勢可能不是顯著的，電子工業的競爭本性，結合顧客對小型化產品的不斷增長的需求，可能會迫使裝配製造商去珍惜靈活性和自動化，把它作為維持競爭利潤的一個手段。

範本設計指南

By William E. Coleman, Ph.D.
　　本文窺視一個工業小組委員會涉及工藝工程師對範本設計的幾個共同關注的檔。
　　表面貼裝工藝工程師在對表面貼裝印刷/裝配不熟悉和/或他們有新的表面貼裝印刷/裝配要求時，經常面對類似的設計問題。新的工藝工程師在指定用於印刷錫膏或膠水的範本(stencil)時會喜歡一些基本的範本設計指南。經驗豐富的表面貼裝工藝工程師在面對一種新的表面貼裝印刷/裝配要求時會寧願在他人的經驗上來學習。
　　幾年前，對一個正規的、容易理解的範本設計指南的需求是所公認的。在1998年中，成立了一個小組委員會，包括了來自範本製造商、錫膏製造商、表面貼裝裝配製造商、印刷機製造商和裝配設備製造商的代表。該小組委員會的目標是要提供IPC：電子工業聯合會範本設計指南檔。該檔將包括：名詞與定義、參考資料、範本設計、範本製造、範本安裝、檔處理/編輯和範本訂購、範本檢查/確認、範本清洗、和範本壽命。最終檔，IPC 7525，現已發佈。
　　工藝工程師對範本設計的一些最普遍的關注列出如下。範本設計指南應該詳細地探討每一個這些問題：
· 開孔尺寸：長與寬/從電路板焊盤的縮減
· 範本厚度
· 使用的範本技術：化學腐蝕(chem-etch)、鐳射切割(laser-cut)、混合式(hybrid)、電鑄(electroformed)
· 臺階/釋放(step/release)範本設計
· 膠的範本開孔設計
· 混合技術：通孔/表面貼裝範本設計
· 片狀元件的免洗開孔設計
· 塑膠球柵陣列(PBGA)的範本設計
· 陶瓷球柵陣列(CBGA)的範本設計
· 微型BGA/晶片級包裝(CSP)的範本設計
· 混合技術：表面貼裝/倒裝晶片(flip chip)的範本設計
· 錫膏釋放與錫磚的理論體積(長 X 寬 X 厚)的比例
　　範本開孔的設計
　　IPC的範本設計指南將要談到的一個普遍詢問的關於範本的問題是，開孔設計怎樣影響印刷性能。圖一顯示錫膏印刷的三個主要性能問題。開孔尺寸[寬(W)和長(L)]與範本金屬箔厚度(T)決定錫膏印刷於PCB的體積。在印刷週期，隨著刮刀在範本上走過，錫膏充滿範本的開孔。然後，在電路板/範本分開期間，錫膏釋放到板的焊盤上。理想地，所有充滿開孔的錫膏從孔壁釋放，並附著於板的焊盤上，形成完整的錫磚。錫膏從內孔壁釋放的能力主要決定於三個因素：範本設計的面積比/寬深比(aspect ratio)、開孔側壁的幾何形狀、和孔壁的光潔度。
　　圖二中定義了面積比/寬深比。對於可接受的錫膏釋放的一般接受的設計指引是，寬深比大於1.5、面積比大於0.66。寬深比是面積比的一維簡化。當長度遠大于寬度時，面積比與寬深比相同。當範本從電路板分離時，錫膏釋放遭遇一個競爭過程：錫膏將轉移到焊盤或者粘附在側孔壁上？當焊盤面積大於內孔壁面積的2/3時，可達到85%或更好的錫膏釋放能力。
　　範本技術對錫膏釋放的百分比也起一個主要作用。開孔側壁的幾何形狀和孔壁光潔度直接與範本技術有關。經過電解拋光的鐳射切割範本得到比非電解拋光的鐳射切割範本更光滑的內孔壁。在一個給定面積比上，前者比後者釋放更高百分比的錫膏。對於接近1.5的寬深比和接近0.66的面積比，一些範本技術比其他的更好地達到較高百分比的錫膏釋放。

表一,各種表面貼裝元件的寬深比/面積比舉例
例子
開孔設計
寬深比
面積比
錫膏釋放
1
QFP 間距20 10x50x5
2.0
0.83
+
2
QFP 間距16 7x50x5
1.4
0.61
+++
3
BGA 間距50 圓形25 厚度6
4.2
1.04
+
4
BGA 間距40 圓形15 厚度5
3.0
0.75
++
5
微型BGA 間距30 方形11 厚度5
2.2
0.55
+++
6
微型BGA 間距30 方形13 厚度5
2.6
0.65
++
+ 表示難度.

　　表一列出對典型表面貼裝元件(SMD)的開孔設計的一些實際例子中的寬深比/面積比。20-mil 間距的QFP，在 5-mil 厚的範本上10 x 50-mil 的開孔，得到 2.0 的寬深比。使用一種光滑孔壁的範本技術將產生很好的錫膏釋放和連續的印刷性能。16-mil 間距的QFP，在 5-mil 厚的範本上7 x 50-mil 的開孔，得到 1.4 的寬深比，這是一個錫膏釋放很困難的情況，甚至對高技術的範本都一樣。對於這種情況應該考慮一個或者全部三個選擇：
· 增加開孔寬度(增加寬度到 8-mil 將寬深比增加到 1.6)。
· 減少厚度(減少金屬箔厚度到 4.4-mil 將寬深比增加到 1.6)
· 選擇一種有非常光潔孔壁的範本技術。
　　快閃記憶體(flash momery)微型BGA正變得很普遍。通常，這些元件在板上有 12-mil 的圓形焊盤、15-mil 的阻焊層開口。最佳的焊盤設計是銅箔限定的而不是阻焊層限定的。表一中的例5說明一個 11-mil 的圓形開孔。寬深比是2.2。有人可能錯誤地認為，因為寬深比遠大於1.5，所以錫膏釋放不是問題。可是，如果長度沒有達到寬度的五倍，那麼應該用面積比(二維模式)來預測錫膏釋放。這種情況下面積比是0.55，這是一種很困難的錫膏釋放情況。通常，範本開孔應該略小於電路板焊盤。例5遵照這個規則，為 12-mil 的焊盤製作 11-mil 的範本開孔。
　　可是，微型BGA是一個例外，特別是在銅箔限定的焊盤這種情況。如果範本開孔增加到 13-mil ，表一中例6所示，將不會發生阻焊層(solder mask)與錫膏干涉。注意現在面積比是0.65。甚至在0.65的面積比，都還應該選擇提供鏡亮的內孔壁的範本技術。Tessera 和 Intel 兩個公司都為微型BGA的範本印刷推薦帶有輕微圓角的方形範本開孔。來自顧客的所有反饋肯定這種形狀的開孔比圓形開孔提供較好的錫膏釋放。
　　臺階與陷凹臺階(relief step)的範本設計
　　在一些情況中，範本可能要求臺階。一種情況是對密間距(fine-pitch)元件的向下臺階區域。有一個例子是，對所有元件為 8-mil 厚度的範本，20-mil 間距的除外，它要求 6-mil 的厚度。
　　在範本上朝電路板這一面的陷凹臺階是範本中要求臺階的另一個例子。在板上有凸起或高點妨礙範本在印刷過程中的密封作用的時候，陷凹臺階是所希望的。例子有條碼、測試通路孔和增加性的蹤跡線。陷凹臺階的凹穴也用於兩次印刷(two-print)範本，它主要用於混合技術要求 - 或者通孔技術/表面貼裝或者表面貼裝/倒裝晶片。在通孔技術/表面貼裝的情況，第一個範本用正常厚度的範本(6-mil)印刷所有的表面貼裝錫膏。第二個範本印刷所有通孔元件的錫膏。這個範本通常是 15~25-mil 厚，為通孔元件提供足夠的錫膏。陷凹臺階(通常 10-mil 深)是在這個第二次印刷範本的朝板面上，在第一次印刷所有表面貼裝錫膏的位置上。這個臺階防止通孔印刷期間抹掉表面貼裝錫膏。
　　要求範本上臺階的第三個例子是向上凸起的範本。一個例子是，一塊範本在所有位置都是 6-mil 的厚度，除了CBGA區域的範本厚度為 8-mil。另一個例子是，一塊範本是 6-mil 的厚度，除了一個邊緣通孔連接器的厚度為 8-mil。6-mil 厚區域的寬度應該至少和刮刀寬度一樣。
　　結論
　　當設計範本開孔時，在長度大於寬度的五倍時考慮寬深比，對所有其他情況考慮面積比。隨著這些比率的減少並分別接近1.5或0.66，對範本孔壁的光潔度就要求更嚴厲，以保證良好的錫膏釋放。在選擇提供光滑孔壁的範本技術時應該小心。作為一般規則，將範本開孔尺寸比焊盤尺寸減少 1~2-mil，特別是如果焊盤開口是阻焊層界定的。當焊盤是銅箔界定時，與多數微型BGA一樣，將範本開孔做得比焊盤大 1~2-mil 可能是所希望的。這個方法將增加面積比，有助於微型BGA的錫膏釋放。這些，以及其他範本設計問題在IPC的範本設計指南中都有探討。
金屬模板概述

By BARRY R. GOUKLER
　　本文介紹，在為一個印刷工藝訂購範本(stencil)時，有一個明確的經驗曲線。當對其技術的熟悉幫助產生所希望結果的時候，範本變成在一個另外可變的裝配運作中的常量。
　　“好的範本得到好的印刷結果，然後自動化幫助使其結果可以重複。”
　　範本的採購不僅是裝配工藝的第一步，它也是最重要的一步。範本的主要功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)上準確的位置。錫膏阻塞在範本上越少，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範本。可是，應該記住，還有比範本更重要的參數，可影響其性能。這些變數包括印刷機、錫膏的顆粒大小和黏度、刮刀的類型、材料、硬度、速度和壓力、範本從PCB的分離(密封效果)、阻焊層的平面度、和元件的平面性。
範本製造技術
　　範本製造的三個主要技術是，化學蝕刻(etch)、鐳射(laser)切割和電鑄成形(electroform)。每個都有獨特的優點與缺點。化學蝕刻和鐳射切割是遞減(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，可能是屬於蘋果與橘子的比較。但，主要的考慮應該是與成本和周轉時間相適應的性能。
　　通常，當用於最緊的間距為0.025"以上的應用時，化學腐蝕(chem-etched)範本和其他技術同樣有效。相反，當處理0.020"以下的間距時，應該考慮鐳射切割和電鑄成形的範本。雖然後面類型的範本對0.025"以上的間距也很好，但對其價格和週期時間可能就難說了。
化學蝕刻的範本
　　化學蝕刻的範本是範本世界的主要類型。它們成本最低，周轉最快。化學蝕刻的不銹鋼範本的製作是通過在金屬箔上塗抗蝕保護劑、用銷釘定位感光工具將圖形曝光在金屬箔兩面、然後使用雙面工藝同時從兩面腐蝕金屬箔。由於工藝是雙面的，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。該技術的固有特性是形成刀鋒、或沙漏形狀(圖一)。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)的增強工藝來減小。
　　電拋光是一種電解後端工藝，“拋光”孔壁，結果表面摩擦力減少、錫膏釋放良好和空洞減少。它也可大大減少範本底面的清潔。電拋光是通過將金屬箔接到電極上並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，對孔壁的作用大於對金屬箔頂面和底面的作用，結果得到“拋光”的效果(圖二)。然後，在腐蝕劑對頂面和底面作用之前，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範本表面上滾動(而不是推動)，並填滿孔洞。
　　對於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)是在範本的接觸面(或底面)比刮刀面(或頂面)尺寸大0.001~0.002"的開孔(圖三)。梯形截面孔可用兩種方法來完成：通過選擇性修飾特殊元件，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範本，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。當通過電拋光後，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)範本，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少所選擇的元件的錫量。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"厚度的範本)和幾個0.020"間距的QFP(quad flat pack)在一起，為了減少QFP的錫膏量，這個0.007"厚度的範本可制出一個0.005"厚度的向下臺階區域。向下臺階應該總是在範本的刮刀面，因為範本的接觸面必須在整個板上水平的(圖四)。儘管如此，推薦在QFP與周圍元件之間提供至少0.100"的間隔，以允許刮刀在範本兩個水平上完全地分配錫膏。
　　化學蝕刻的範本對於產生半蝕刻(half-etched)基準點(fiducial)和字幕名稱也是最好的。用於印刷機視覺系統對中的基準點可以半蝕刻，然後填充黑色樹脂，提供視覺系統容易識別的、與光滑的金屬背景的對比度。包含零件編號、製作日期和其他有關資訊的字幕塊也可以在範本上半蝕刻出來，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，化學腐蝕的範本有另外一個局限：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，對於化學蝕刻的範本，縱橫比定義為1.5 : 1。因此，對於0.006"厚度的範本，最小的孔開口將是0.009"(0.006"x1.5=0.009")。相比之下，對於電鑄成形的和鐳射切割的範本，縱橫比為1 : 1，即通過任何一種工藝可在0.006"厚度的範本上產生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，製作出一個鎳金屬模板，具有獨特的密封(gasketing)特性，減少錫橋和對範本底面清潔的需要。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)，然後逐個原子、逐層地在光刻膠周圍電鍍出範本。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。然後，當範本從基板取下，頂面變成接觸面，產生密封效果。可選擇0.001 ~ 0.012" 範圍的連續的鎳厚度。該工藝比較理想地適合超密間距(ultra-fine-pitch)要求(0.008~0.016")或者其他應用。它可達到1 : 1的縱橫比。
　　至於缺點，因為涉及一個感光工具(雖然單面)可能存在位置不正。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。
鐳射切割的範本
　　直接從客戶的原始Gerber資料產生，鐳射切割不銹鋼範本的特點是沒有攝影步驟。因此，消除了位置不正的機會。範本製作有良好的位置精度和可再生產性。Gerber檔，在作必要修改後，傳送到(和直接驅動)鐳射機。物理干涉少，意味著出錯機會少。雖然有鐳射光束產生的金屬熔渣(蒸發的熔化金屬)的主要問題，但現在的鐳射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。雖然這會增加表面摩擦力，但粗糙都是在垂直面的。可是，最近的鐳射機器有內部視覺系統，它允許金屬箔以無邊框的條件切割。這是很有意義的，因為範本的製作可以先通過化學腐蝕標準間距的元件，然後鐳射切割密間距(fine-pitch)的元件。這種“混合”或結合的範本，得到兩種技術的優點，降低成本和更快的周轉。另外，整個範本可以電拋光，以提供光滑的孔壁和良好的錫膏釋放。鐳射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，範本成本越高。儘管如此，如果設計允許，可以通過利用混合範本工藝來降低成本。按照鐳射光束的焦點，梯形孔自動產生。孔的開口實際上從範本的接觸面切割；然後範本翻轉以刮刀面朝上安裝。
　　雷射技術是唯一允許現有的範本進行返工的工藝，如增強孔、放大現有的孔或增強基準點。
其他進步
　　除了鐳射切割與電鑄成形之外，範本製作中的最重要進步是電子資料轉移。近如1995年，提供給範本製造商的多數圖片都是膠片正片(film positive)，一比一地配合光銅上的圖形。元件開孔的修飾涉及重複的攝影技巧和手工操作。該工藝也決定於所提供膠片正片的質量。最後，分步重複圖片是一項繁重的任務。
　　今天，通過數據機(modem)和電子郵件的電子檔傳送是即時提供圖形資料的最常見方法。選擇性修飾、分步重複圖形、和幾何形狀轉換可以容易而且精確地完成。還有，因為消除了膠片正片的郵寄，周轉時間幾乎可以削減一整天。
　　有了Gerber檔的傳送，焊盤(pad)的幾何形狀可以從正方形和矩形改變成“home plate”、“格子”、“拉鏈”等形狀(圖六)，作為減少錫膏量的一種方法。通過修改幾何形狀來調節錫膏量，結合選擇正確的金屬板厚度，也可以消除臺階(stepdown)板的需要。單一厚度的範本，經過適當設計，從工藝的角度看總是比雙級工具更好。
膠劑範本(Adhesive Stencil)
　　電子檔也使電腦輔助設計(CAD)操作員可容易地決定一個焊盤形狀的質心點。有這個能力，設計檔中錫膏層可轉換成圓形和橢圓形。示元件尺寸而定(圖七)。因此，可製作一塊範本來“印刷”，而不是滴膠。印刷比滴膠快，將這種設備讓給其他工作上面。
返工範本
　　一個比較近期的創新發生在返修(rework)領域。現在有“小型的”範本，專門設計用來返工或翻修單個元件。可購買單個元件的範本，如標準的QFP和球柵陣列(BGA)。當然也有相應的刮板，或小型刮刀。
價格比較
1. 化學腐蝕範本的價格是有框架尺寸驅使的。雖然金屬箔是範本製作過程中的重點，但框架是單一的、最貴的固定成本。其尺寸很大程度上由印刷機類型決定。可是，大多數印刷機可接納不止一個框架尺寸。(框架尺寸是工業標準)。多數範本供應商保持一定庫存的標準框架，尺寸範圍從5x5" ~ 29x29"。因為空的金屬箔成本沒有框架的那麼多，金屬厚度對價格沒有影響。並且由於所有孔都是同時蝕刻的，其數量也是無關緊要的。
2. 電鑄成形範本價格主要是由金屬厚度驅使的。電鍍到所希望的厚度是主要的考慮：厚的範本比薄的範本成本低。
3. 鐳射切割範本價格是按照設計的孔數。
　　鐳射一次切割一個孔，即孔越多，成本越高。還要加上所要求的框架尺寸。一個用鐳射切割密間距和化學腐蝕標準間距元件的混合範本，當要求許多開孔時，可能是成本有效的方法。可是，對於少於2500個孔的設計，完全用鐳射切割整個範本也許更成本低。
結論
　　不管現代表面貼裝裝配的需求可能是什麼，目前有一個範本技術滿足這個需求。一些討論過的創新，如梯形截面孔、混合範本和電子資料傳送的優勢，都在過去三或四年得到發展和改進。範本工業傳統上已經不僅對新的要求快速反應，而且在這些行進中的發展中走在前面。
表面貼裝滴膠的趨勢

By Anthony F. Piracci
　　本文介紹，表面貼裝滴膠的每個領先技術都是描述和剖析為與現代SMT生產環境有關的，包括透視為了達到最佳的SMT生產結果，在不同的表面貼裝滴膠方法之間的基本平衡點。
　　隨著SMT技術變得更加複雜和要求更高，有效地分配(dispensing)表面貼裝膠(SMA, surface mount adhesive)的挑戰也已經變得越來越重要。從SMT技術的開始，選擇性塗敷膠劑的使用已經提供一個重要的機制，來保持元件位置直到焊接過程的完成。混合技術的板結合了通孔(through-hole)元件和底面的SMT元件，要求分配表面貼片膠(SMA)來固定SMT元件在板上，通過回流焊接或波峰焊接工序。隨著現代板設計的進行方向已經是密度、雙面SMT裝配，並具有緊密地組裝的密間距(fine-pitch)電路，表面貼片膠(SMA)的精密分配繼續在達到持續的生產結果中起關鍵的作用。
　　現在SMT代表主流的電子生產方法，使用於從電腦到通信到消費品電子的每個事物中，SMA的分配技術已經經歷一個戲劇性的進化，以保持步伐和提供與複雜的、高產量的SMT生產工藝的相容性。和與任何複雜製造環境一樣，達到成功要依靠許多不同因素的相互關係和每個單獨的工序有效地嚙合到一個集成的生產過程中去。