1、 1 PCB PCBMStencilCopperPadSqueegeeSSolder paste M為在錫膏印刷時，刮刀透過鋼版將錫膏刮進PCB孔中的錫膏量。 S為鋼版開孔所提供的錫膏量。 為刮刀與鋼版所夾之角度，介於3060之間，NEC新瀉廠所採用的角度為55。 M depend on squeegee angle and speed. 當speed more slow，M埋入量將增多。 若PCB的pin hole鍍金層太薄，其Wetting一定不好；建議鍍金厚度 0.10.3m為最佳。 錫膏量計算公式原理 形成良好銲點之總所需錫膏量是依照錫膏所含金屬成份、錫膏密度、錫膏印刷參數、PCB銲墊
2、及開孔尺度、元件腳幾何形狀、鋼板開孔尺度等參數決定。此公式可計算形成一個良好銲點的弧角(Fillets)以及PCB孔口(PTH)中各所需的錫鉛合金量(Solder Alloy即總需要錫膏量)，而所置放之錫膏(Solder Paste)量則由總需要錫膏量乘以一乘法因子來決定。此因子為錫膏在銲接過程後，轉變為金屬固體之體積改變率。該乘法因子則由錫膏中合金的密度，助銲劑密度以及合金組成成份而決定。 2 首先，該乘法因子可由Greeley Formula決定，如公式(1)所示： )100()()(100FLDWPMALDWPMALDWPMVFA += (1) 其中： VFA(Volume Fracti
3、on of the Alloy)是合金在錫膏中所佔之體積百分比。 MUL(Multiplication Factor)是乘法因子。如公式(2)所示。 1001VFAMUL = (2) WPM(Weight Percent of Metal content in the alloy)是合金中金屬成份重量百分比。 ALD(Alloy Density)是合金密度，單位為g/cc。 FLD(Density of the Flux)是助銲劑的密度，單位為g/cc。 其次，形成一個良好銲點所需總錫膏量(Vtotal)，如圖1所示，大約由兩個弧角和一個PTH中之錫膏所組成。 圖1.形成良好銲點之體積橫截面
4、3 單一個弧角之所需錫膏量(Vf )之計算方式(Amp,1996)，如公式(3)所示： Vf=0.215*Rf2*(0.2234*Rf+a)*2* (3) 其中： a為元件腳橫截面的直徑 / 2 Rf為(銲墊直徑-元件腳橫截面直徑) / 2 當元件腳為圓形時，a即為其半徑；若不是圓形時，a的值可由公式(4)求得： pLbLa(4) 其中La，Lb是元件腳的X，Y邊長。 當元件腳插入PTH後，PTH中所需錫膏量(VPTH)之計算方式，如公式(5)所示： VPTH =*h*(R2-a2) (5) 其中，R為孔洞的半徑，h為PCB的厚度。 形成一個良好銲點所需總錫量之計算方式，如公式(6)所示： V
5、total=(2*Vf)+VPTH (6) 鋼板印刷機印至PCB銲墊上所需錫膏量(VS)之計算方式： Vs=Vtotal*MUL 4 而實際經由錫膏印刷所提供之錫膏量由以下兩部分之總和所組成，如圖2所示。 1.鋼板開孔所提供之錫膏量VAperture 2.錫膏印刷過程印入PCB孔口之錫膏量(Hole Fill)VHolefill，而VHolefill可如公式(7)所示。 VHolefill =*r2*h*Hole Fill Percentage (7) 圖2.錫膏印刷過程提供之實際錫膏量橫截面 理想中之鋼板開孔可由下式提供，如公式(8)所示： VAperture =VS - VHolefill
6、 (8) 其中Hole Fill Percentage是由以下幾點參數所決定： 1.刮刀種類(通常分為鋼質及塑膠兩種) 2.印刷壓力(是指錫膏印刷機在印錫膏時，所施於刮刀之力) 3.印刷速度(是指錫膏印刷機之刮刀將錫膏刮過鋼板之速度) 4.刮刀角度(是指錫膏印刷機之刮刀將錫膏刮過鋼板之間的夾5 角) 5.PCB孔洞大小 6.PCB厚度 表1所示參數將影響Hole Fill量，公式中各參數之決定比照下述兩層次 (Level)，此二層次為各參數之上下參考點。 表1. 影響Holefill之參數及其因子 參數 Level=1 Level=2 刮刀種類 塑膠 金屬 印刷壓力 0.19kg/cm 0.3
7、8kg/cm 印刷速度 18mm/sec 28mm/sec 刮刀角度 45。 60。 孔洞大小 32mils 40mils 以上各參數皆會影響入錫量，層次表中所示各參數之決定層別，此表分二層次為各參數之上下參考點。使用者可以利用外插法和內插法來估計在某參數組合下其相對應之入錫量。其中，刮刀的level只有兩種為level=1 (塑膠刮刀)，level=2 (金屬刮刀)。由於各個生產環境的變數太多，如溫度、濕度等將不列入影響參數中。 計算刮刀有關的level，如公式(9)所示： 15 451 +=AngleSAL (9) 其中 SAL為刮刀角度level 6 Angle為刮刀的角度 計算孔洞大小
8、有關的level，如公式(10)所示： Hole Level = 1+125*(Hole Size-0.032) (10) 其中 Hole Level孔洞大小之level Hole Size為孔洞大小(inch) 當所有的level被決定以後，即可開始計算Hole Fill Percentage，步驟如下： 當刮刀角度為45。時，計算方式如公式(11)所示： Hole Fill = (69.53+5.44*SL+1.1*PL+5.44*SPL+5.6*HSL) (11) 當刮刀角度非45。時，計算方式如公式(12)所示： Hole Fill = (72.45+11.858*SL-12.4417
9、*SAL+1.89*SPL +8.7583*HSL) (12) 其中 Hole Fill為Hole Fill Percentage SL為刮刀之level PL為印刷壓力之level SPL為印刷速度之level SAL為刮刀角度之level HSL為孔洞大小之level 7 需要注意的是，在此錫膏量計算公式中 PCB 厚度預設值為 0.062 inches，若所計算的PCB厚度不是0.062 inches者，原公式仍然可用，不過算出來的Hole Fill必須乘上0.062 / PCB厚度。 實例： 已知資訊：PCB厚度=1.2mm、Stencil厚度=0.15、Pin孔直徑=40mil、Pa
10、d直徑=56mil、鋼版開孔=150*85(mil)、錫膏合金金屬重量百分比=90%、錫膏合金密度=8.3g/cc、助焊劑密度=0.8g/cc、塑膠刮刀、印刷速度=25mm/sec、印刷壓力=0.35kg/cm、刮刀角度=60。 可得： SL=1 PL=1.84 SPL=1.7 SAL=2 HSL=2 WPM=90% ALD=8.3 g/cc FLD=0.8 g/cc a = 0.0018 / 2=0.0009 inch Pad diameter=0.056 inch Rf =(0.056-0.018) / 2=0.019 inch R=0.02 inch h=0.0472 inch 計算Ho
11、le Fill Percentage： HFILL=72.45+(11.858*SL)-(12.4417*SAL)+(1.89*SPL)+(8.7583*HSL)=80.1542 由於h=0.0472，所以 Hole Fill Percentage=80.1542*0.062/0.0472=105.2% 8 計算總所需錫鉛合金量： 45.4680901003.903.890100=+=VFA 153.210045.461 =MULVf=0.215*0.0192 *( 0.2234*0.019 + 0.0009)*2*3.14=0.0000025 inch3 VPTH=3.14*0.0472*(0.022-0.00092)=0.000059 inch3 VTotal=2 Vf + VPTH =0.000064 inch3 VS=VTotal*MUL=0.000138 inch3 VHolefill=3.14*R2*h*HoleFill Percentage=3.14*0.022*0.0472*1.052=0.0000624 inch3 VAperture=VS-VHolefill=0.0000756 inch3
