Tính lỗ stencil

Tỷ lệ diện tích và tỷ lệ khung hình trong thiết kế stencil là gì?

Thiết kế lỗ stencil rất quan trọng cho việc in kem hàn đồng đều trong lắp ráp SMT. Hai chỉ số chính — tỷ lệ diện tích và tỷ lệ khung hình — dự đoán kem hàn có thoát sạch từ lỗ lên pad PCB không. IPC-7525 định nghĩa ngưỡng tối thiểu cho cả hai tỷ lệ để đảm bảo in đáng tin cậy.

Tỷ lệ diện tích là tỷ số giữa diện tích mở lỗ và tổng diện tích thành: AR = L×W / (2×(L+W)×T) cho lỗ chữ nhật. Khuyến nghị trên 0.66; dưới 0.5 có nguy cơ cao chuyển kem hàn không đầy đủ. Tỷ lệ khung hình là kích thước nhỏ hơn chia cho độ dày stencil: W/T ≥ 1.5.

Đối với linh kiện mật độ cao (QFP ≤ 0.5 mm, BGA ≤ 0.4 mm), đạt tỷ lệ phù hợp thường cần giảm stencil dưới 100 μm hoặc dùng stencil bậc. Stencil cắt laser và điện tạo hình với thành hình thang hoặc phủ nano cải thiện việc thoát kem hàn.

Formula: Tỷ lệ diện tích (chữ nhật) = (L × W) / [2(L + W) × T] Tỷ lệ diện tích (tròn) = D / (4T) Tỷ lệ khung hình = W_min / T IPC-7525: Tỷ lệ diện tích ≥ 0.66, Tỷ lệ khung hình ≥ 1.5

Ví dụ tính toán

Lỗ chữ nhật 0.3 mm × 0.8 mm, stencil 0.12 mm: Tỷ lệ diện tích = (0.3 × 0.8) / (2 × (0.3+0.8) × 0.12) = 0.24 / 0.264 = 0.91 (Tốt). Tỷ lệ khung hình = 0.3 / 0.12 = 2.5 (Tốt, >1.5). Cả hai tỷ lệ đều đạt hướng dẫn IPC-7525.

Khi nào nên sử dụng máy tính này

• Thiết kế stencil cho PCB mới, kiểm tra tỷ lệ diện tích và tỷ lệ khung hình IPC-7525
• Khắc phục lỗi in kem hàn bằng kiểm tra hình học lỗ
• Đánh giá cần thay đổi độ dày stencil khi chuyển sang linh kiện fine-pitch
• So sánh phương pháp chế tạo stencil (cắt laser vs điện đúc)

Những sai lầm thường gặp

• Dùng stencil quá dày cho fine-pitch
• Chỉ chú ý tỷ lệ diện tích mà bỏ qua tỷ lệ khung hình
• Thiết kế lỗ 1:1 với pad mà không xét yêu cầu lượng kem
• Không tính dung sai chế tạo stencil

Cách diễn giải kết quả

• Tỷ lệ diện tích >0.66 (Tốt) — giải phóng kem tin cậy
• 0.50-0.66 (Biên) — cần stencil phủ nano hoặc tối ưu áp lực squeegee
• <0.50 (Kém) — cân nhắc giảm độ dày stencil hoặc mở rộng lỗ
• Tỷ lệ khung hình <1.5 thì kem có thể dính vào thành hẹp

Tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo

• IPC-7525 — Hướng dẫn thiết kế stencil
• IPC-7527 — Yêu cầu in kem hàn
• IPC-7351 — Tiêu chuẩn mẫu pad SMD

Câu hỏi thường gặp

Phải làm gì khi tỷ lệ diện tích hoặc tỷ lệ khung hình dưới ngưỡng khuyến nghị?

Các tùy chọn: (1) giảm độ dày stencil — stencil bậc có thể mỏng hơn cục bộ; (2) phóng to lỗ nếu hình dạng pad cho phép; (3) dùng stencil điện tạo hình để cải thiện thoát kem hàn; (4) phủ nano giảm ma sát bề mặt; (5) tối ưu tốc độ và áp lực thanh gạt. Khi tỷ lệ diện tích dưới 0.5, có thể cần thiết kế lại stencil.

Loại linh kiện ảnh hưởng thế nào đến thiết kế lỗ stencil?

BGA dùng lỗ tròn khớp đường kính pad, cần tỷ lệ diện tích trên 0.66. QFP dùng lỗ chữ nhật, đôi khi sửa đổi hình dạng để giảm bắc cầu. Linh kiện chip (0402, 0201) cần lỗ được điều chỉnh kích thước cẩn thận để ngăn tombstoning — lỗi mà lượng kem hàn không đều khiến một đầu bật lên khi reflow.

Stencil bậc là gì và khi nào nên dùng?

Stencil bậc có độ dày thay đổi cục bộ — mỏng hơn ở vùng fine-pitch và dày hơn ở vùng pad lớn. Dùng khi board có cả BGA ≤0.4 mm pitch và connector lớn.