摘  要
        本文简要介绍了SMT工艺流程及模板的作用，探讨了激光切割SMT模板的优点，从激光参数、切割速度、辅助气体参数、机构电控和软件部分分析了SMT模板的切割质量，并结合深圳市木森科技有限公司生产的StencilCut系列激光模板切割机做了详细的研究，最终经实验验证了分析结果。

关键词：SMT；激光模板； 激光切割； 切割质量

1 前言
        SMT是Surface Mount Technology的缩写，即表面组装技术，是相对于传统的THT（Through-hole technology）技术而发展起来的一种新的组装技术，诞生于上世纪60年代。它实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本和生产的自动化。SMT技术组装密度高、产品体积小、重量轻，贴片组件的体积和重量只有传统插装组件的1/10左右，采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%；可靠性高、抗振能力强、焊点缺陷率低、高频特性好、减少了电磁和射频干扰；易于实现自动化，提高生产效率，降低成本达30%~50%，节省材料、能源、设备、人力、时间等。目前，先进的电子产品，特别是在计算器及通讯类电子产品中，已普遍采用SMT技术。

        由于组装工艺类型的不同，具体的SMT工艺流程也有所不同，目前，SMT工艺流程大致分为如下几个步骤：
        <1>生产准备→<2> 丝网印刷锡膏/点胶→<3>贴装SMD/插装组件→<4>回流焊/波峰焊→ <5>清洗→<6>检验测试→<7>返修/包装
        其中丝网印刷是使用模板将焊料印刷到承印物上的工艺过程，在SMT工艺中它是使用金属漏板将焊锡膏转移到印制板焊盘上。SMT模板（Stencil）又称钢网，是丝印用印刷工具，由网框、丝网和掩膜图形构成。它是根据印制板设计成的金属漏板，通过印刷机准确定位并覆盖于印制板之上，在模板上将施加的焊锡膏用刮刀推刮，锡膏就会通过模板上的开孔漏印到焊盘上。

        虽然，在SMT生产中，我们将贴片胶、锡膏、钢网称为辅助材料，但其重要性却不能忽视，其中模板是整个工艺的第一环节，它的好坏直接影响到印刷质量。据统计，在SMT工艺中，印刷引起的SMT缺陷超过60%，其中仅由模板不良而引起的缺陷占35%，另外，60%的组装缺陷和87%的回流焊接缺陷也是由于模板不良造成的。因此，模板对SMT的品质、生产效率起着至关重要的作用，选择优质的模板可以提高SMT工艺的质量。

        影响模板质量的因素主要体现在三个方面，首先是材料质量，即钢片本身的质量、硬度、弹性。其次模板的设计，包括钢片厚度的选择、孔的开口尺寸和开口形状。其中厚度与开口尺寸决定了焊膏的涂覆量和准确程度，其是整个生产过程中非常重要的一环，开口的形状则对施加锡的质量有影响。第三是模板的制造方法，包括尺寸精度、切边平直度、开口孔壁的粗糙度及形状。尺寸精度是使用的基本要求，开口孔壁的粗糙度及形状决定了施锡质量。其中前两个因素在选好钢片，设计完成后便具有稳定性，但模板的制造方法却具有多变性，是对模板质量影响最大的因素。

        目前，模板的制造方法有三种，即化学刻蚀、激光切割、电铸成型。三种方法各有优缺点，通过对生产工序、模板质量等方面的比对，通常，采用的是激光模板，它具有以下优点，
        ‧质量好：非接触式加工，无应力不变形，绷网后张力分布均匀。
        通过调整激光聚焦位置使开口自动形成锥形，利于锡膏脱模。
        切边光滑，可与电铸模板媲美。 
度快：成产工序少、操作简便、成产速度快、交货日期短。
        ‧成本低：工序少，因此耗材少，模板重复使用率高，可达30万次以上。
        实现机器自动化控制，操作简便，节约人力资源。
        ‧精度高：直接使用设计文档，没有摄影步骤，消除了位置不正的因素 。                  
        孔的尺寸精度小，位置精度高，非常适合高密度设计。
        ‧功能强：唯一实现了对现有模板进行返工的工艺，如增孔、补孔、扩孔。
        ‧无污染：生产过程无化学药液，对环境没有污染，对操作人员身体健康无害。
        基于模板对SMT工艺的重要性及激光模板所具有的优点，我们将对SMT激光模板的切割质量做一个深入而详细的探讨，这对实际应用中工艺的改进及一些问题的克服有积极且重要的意义。

2 SMT激光模板切割

        激光经过聚焦后照射到材料上，光能转化为热能，使被切割材料温度急速升高，然后，使之熔化或汽化。与此同时，与光束同轴的气流从喷嘴喷出，将熔化或汽化了的材料由切口的底部吹走。随着激光与被切割材料的相对运动，在切割材料上形成切缝从而达到切割的目的。如果吹出的气体和被切割材料产生放热反应，则此反应将提供切割所需的附加热源。气流还有冷却已切割表面、减少热影响区和保证聚焦透镜不受污染的作用，如图1所示。

        从切割的精密度来看，激光切割大致可分为大功率切割和精密切割。激光的精密切割主要应用于精密机械以及电子工业中，应用的重点为小于0.5mm的薄板，一般具有复杂的结构，尺寸小于200μm[1]，SMT激光模板正是其典型的应用之一。常用的SMT模板的材质为不锈钢，辅助气体通常采用工业氧气或者压缩空气。

3 切割质量分析
        分析切割质量应当从切割过程和设备即激光切割机入手，长期以来，激光精密切割一直被国外垄断，国内依赖进口，直到2006年，由深圳市木森科技有限公司研制出国内第一台拥有自主知识产权的高精密激光模板切割机之后才打破国际垄断，并通过国家验证，性能已达到国际同等水平，已经投入生产使用和对外销售，在激光切割和SMT行业具有划时代的意义，因此，我们以木森的StencilCut系列激光模板切割机为例来分析SMT激光模板切割质量。

        激光切割机大致上可以分为激光、机构电控和软件三大部分，下面将依次从这三大方面讨论其对切割质量的影响。图2所示为光路图。

3.1 激光参数对切割质量的影响
        在切割中，“刀”是最关键的环节，因此，激光的参数是切割过程中的关键因素，包括光斑直径、激光功率、重复频率、焦点位置等，下面做逐一分析。

3.1.1 光斑直径的影响
        激光切割的精密度同光束模式和聚焦后光斑直径有很大关系。在切割中激光采用基模模式的激光，基模光束在任意截面内的光强按高斯函数分布，称为高斯光束。由光强降落到中心值的1/e2的点所确定的范围为光斑半径，在这个圆内包含了光束能量的86.5%。光斑直径对切缝宽度的影响最大，光斑直径越小则切缝越小，则切割的精度越高。

        光路中的两个重要光学镜组是扩束镜和聚焦镜。扩束镜是为了降低激光发散角，获得尽 量接近平行光的光束。聚焦镜是用来减小光斑尺寸增大光束能量密度，提高加工的精密度及效率。设激光的束腰半径为ω0，光束质量因子为M2，激光波长为λ，聚焦镜焦距为f，扩束镜准直倍率为A，由激光原理[2]可得，当物高斯光束束腰在透镜的物方焦平面上时，像方高斯光束束腰亦处在像方焦平面上，此时，经过聚焦镜后激光的束腰半径焦深