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SMT 鋼板(Stencil)管三件事:張力、開孔、使用次數,怎麼決定回焊後的橋接與少錫

SMT 鋼板(Stencil,也叫鋼網)要管的就是三件事:張力夠不夠、開孔對不對、用了幾次。三件裡任何一件走掉,印刷當下不一定看得出來,但錫量會變,回焊後就變成橋接、錫珠、少錫或 QFN 底部空洞。這篇照「鋼板→印刷→回焊→檢測」的順序,寫產線上常見的管法與判定數字。

一、為什麼從鋼板開始管

錫量是印刷決定的,回焊只能把它熔化。產線評估鋼板檢查機時引用的經驗是:SMT 焊接問題有 60~70% 來自印刷;不能重工的產品(例:車用)一旦錫量錯,回焊後就只能報廢。所以檢查點要往前放到鋼板入線之前,而不是等 AOI 抓。

二、鋼板張力標準:5 點量、看最小值也看差距(Stencil Tension)

鋼板靠外框的網布把鋼片拉平繃緊(IPC-7525 把外框網布定義為讓鋼片保持平整與張緊的部分)。張力計也要定期校正,量到的數字才能前後比。張力衰減後,鋼片和板子貼不緊,脫模時錫膏被拉出尾巴或滲到墊外。

產線上常見的做法:

  • 量法:中心+四角共 5 點(大鋼板可 9 點),每次換機種、換班時在首件確認。
  • 判定:每點 >30 N/cm,且最大值與最小值相差 ≤10 N/cm;新鋼板驗收常要求 >35 N/cm。
  • 紀錄:印前、印後各量一次比較,看是不是在生產中掉。
  • 一份鋼板檢測報告的實例:5 點張力 39.5~48.2 N/cm,差 8.7,在判定內。

問:鋼板張力標準是多少?

答:產線常見判定是每點大於 30 N/cm、5 點最大最小差不超過 10 N/cm,新鋼板入廠多抓 35 N/cm 以上。實際數字以鋼板廠規格與廠內管制計畫為準,重點是固定點位、固定頻率、留紀錄看趨勢。

三、開孔:入廠逐孔檢、下單前先比 Gerber

開孔錯有四種:多開、漏開、位置偏、尺寸錯。一份鋼板自動檢測報告列了 9,394 個開孔,不良 84 個(0.89%):多餘 46、缺失 16、位置偏移 13、尺寸錯誤 9;面積用 Cpk 分級,1.406 落在 B 級(1.33~1.67 可接受)。

開孔對不對要分兩關:

  1. 下單前:把 PCB 焊盤與鋼板的 Gerber 疊在一起比對,只留焊盤層,不一致處標紅,先跟設計確認,把錯誤攔在鋼板做出來之前。
  2. 入廠與定期:用鋼板檢查機量位置、尺寸、面積、堵孔、毛邊,開孔越多越難靠人眼放大燈檢查。產線評估案例中,每班上機前檢查一張鋼板,有機台約 5 分鐘、人工約 25 分鐘。

開孔設計本身也有規則。IPC-7525 用兩個比值描述開孔能不能順利脫模:面積比(Area Ratio,開孔面積÷孔壁面積)與寬厚比(Aspect Ratio,開孔寬度÷鋼片厚度)。業界普遍引用 IPC-7525B 的面積比 0.66 為門檻:大於 0.66,錫膏從鋼板脫模的轉移率才穩定(Bennett & Hanson, Low Surface Energy Coatings Rewrites the Area Ratio Rules,IPC 技術文件)。研討會論文的實測顯示,標準刮刀在面積比低於 0.5 後,錫膏轉移率掉得很快;用超音波刮刀可在面積比 0.4 時維持約 70% 轉移率(Whitmore 等,Stencil Printing Process Guidelines for 0.3mm Pitch CSP,IMAPS 2013)。

問:鋼板開孔面積比是什麼?

答:面積比=開孔開口面積除以孔壁面積,數字越小,錫膏越容易黏在孔壁上脫不下來;業界常用 IPC-7525B 的 0.66 當下限。細間距、小零件(0201、01005、0.3 mm pitch CSP)最容易卡在這裡,設計開孔時要先算。

四、厚度:用錯一張鋼板,FAI 也可能抓不到

一個模組案例良率只有 75.7%(159/210),回頭查發現同一機種有 0.08 mm 和 0.06 mm 兩種鋼板,而 FAI 錫厚規格寫成「鋼板厚度 +0.03/−0.02 mm」,兩種鋼板的允收範圍重疊在 0.06~0.09 mm,用錯了量不出來,結果錫太多造成橋接與錫珠。

產線上常見的補法:

  • 鋼板框貼厚度標籤,FAI 拍鋼板與厚度照片。
  • 錫厚規格收緊到 ±0.015 mm,讓不同厚度的鋼板量得出差別。
  • 錫膏厚度 5 點(四角+中心)量測,算 Ca/Cp/Cpk 看偏移與分散。

問:錫膏太多是鋼板的問題嗎?

答:先查鋼板厚度有沒有用錯、開孔有沒有放大,再查印刷參數。用錯厚度是最容易被規格寫法掩蓋的原因,因為錫厚可能還在允收範圍內。

五、使用次數與清洗:鋼板是耗材

  • 次數:每張鋼板編號建檔,用印刷機計數每天累加,常見上限 10 萬次(細間距可訂更低),到了就換;放在暫存區的鋼板也要列管。
  • 清洗時機:開孔堵塞造成錫量不足、換機種、收存之前都要洗;換機種後要立刻洗,殘錫放到固化再洗最難,硬刮會傷開孔。
  • 怎麼判乾淨:兩面無錫膏殘留、開孔不堵;細孔徑鋼板用孔徑最小的位置檢查。
  • 錫粉越細越要看過濾:Type 5/6 錫粉約 5~15 µm,在超音波槽容易漂浮不好濾,清洗液過濾等級要跟上。
  • 底部擦拭:起點每 5 片擦一次,再依印刷結果調整;擦拭紙毛屑與用過的紙殘留溶劑,也會讓 SPI 誤報。

產線評估鋼板清洗時用 PFMEA 排序,風險最高的是「換機種後清洗」RPN 441(7×9×7):殘留固化難洗、無法逐孔 100% 檢查、微量殘留讓印刷品質慢慢變差;改用固定條件的清洗機後降到 49。

問:鋼板多久清洗一次?

答:至少在換機種、堵孔、收存前各洗一次;長時間生產的線常見每 6 小時卸下清洗。底部擦拭是另一件事,從每 5 片一次起調。

鋼板的製法也要一起考慮。 開孔非常多的鋼板,用雷射切割可能因為熱累積而變形;這時候常見的替代是蝕刻鋼板,但蝕刻的孔壁較粗糙,錫膏轉移率通常較差。換製法之前,先用實際產品確認印刷能力(錫膏體積與轉移率),必要時評估孔壁塗層,再決定是否量產使用。

細粉錫膏的鋼板,清洗方式要配合粉徑。 同一台超音波清洗機,洗粗粉錫膏效果很好,換成細粉就不一定:細小的錫粉在超音波反覆撞擊下,會在清洗液裡一直飄動,不容易被過濾;水質不好時,洗完後孔壁或表面仍可能沾著錫粉。用細粉錫膏的鋼板,要確認清洗液的過濾能力與更換頻率,洗完用放大鏡或鋼板檢查機抽看孔壁。

問:細間距鋼板清洗要注意什麼?

答:先確認清洗方式和錫粉粒徑相配:細粉容易在清洗液中飄動、不易過濾,要管好清洗液的過濾與更換頻率;洗完抽看孔壁有沒有殘留錫粉。開孔多的鋼板若改用蝕刻製法,要先確認轉移率。

鋼板管制表(可直接改成廠內點檢表)

項目怎麼量判定(常見值)時機
張力張力計 5 點(中心+四角)每點 >30 N/cm,差 ≤10 N/cm;新品 >35入廠、換機種、換班
開孔Gerber 比對;鋼板檢查機或放大檢查無多開、漏開、偏移、尺寸錯;面積 Cpk ≥1.33下單前、入廠、定期
厚度框上標籤+FAI 拍照;錫厚 5 點錫厚依鋼板厚 ±0.015 mm每次上機
使用次數印刷機計數逐日累加上限 10 萬次(依產品訂)每日
清洗兩面目視、開孔不堵無殘留換機種、堵孔、收存、定時

嘉鴻能幫的

張力判定怎麼訂、開孔檢查怎麼排進入廠流程、清洗條件怎麼寫成 SOP,可以線上和嘉鴻一起討論;相關量測與清洗工具:

有類似問題嗎?寫信給嘉鴻,看看是否有配套方案。

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