摘 要:電子裝聯(lián)在努力向小型化發(fā)展。元件的尺寸也隨之減小。今天,尺寸非常小的電阻和電容01005(長400微米、寬200微米)也可以生產(chǎn)了。在不遠(yuǎn)的 將來,上述元件的印刷電路板設(shè)計(jì)組裝會(huì)成為使模板和手持產(chǎn)品小型化的關(guān)鍵能力。本文基于0201元件以前的經(jīng)驗(yàn),調(diào)查了01005元件的焊盤和孔徑設(shè)計(jì)、 焊膏印刷、元件貼裝和回流焊接。也包括了間隔100微米的元件。使用抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、截面以及光學(xué)顯微鏡檢查和掃描電子顯微鏡檢查(SEM)對結(jié)果進(jìn)行了檢 驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：01005 最小化 電阻 電容

介紹：

隨著便攜式電子設(shè)備體積小型化及功能綜合化的趨勢增強(qiáng)，對電子元件的高密度封裝也提出了更高的要求。其中一個(gè)有效的提高封裝密度的方式是減小無源元 件的尺寸以節(jié)約空間。在過去的三年時(shí)間里，為了獲得0201元件量產(chǎn)過程中高的良率，偉創(chuàng)力發(fā)展并總結(jié)了在設(shè)計(jì)，組裝，檢查及返修方面的能力要求。通過這 些努力所獲得的經(jīng)驗(yàn)表明：許多同樣重要的參數(shù)有必要控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)慕缦迌?nèi)。找出這一界限范圍，并通過工具以確保達(dá)到界限要求這本身就是一個(gè)挑戰(zhàn)。在工藝 方面、硬件及軟件工具方面，這些實(shí)驗(yàn)對于接下來的尺寸發(fā)展過程是非常有效的。同時(shí)也可以更好的理解整個(gè)過程中所用到的各種裝置。

盡管0201元件仍然被認(rèn)為非常小并且對組裝過程中如何保持高的良率是一個(gè)挑戰(zhàn)。但這一尺寸并非電子裝聯(lián)道路上的最終尺寸。此時(shí)，人們的興趣及需要 已經(jīng)轉(zhuǎn)入了下一個(gè)更小的尺寸，01005（見圖1）的需求量將會(huì)逐漸增長并最終克服存在的障礙。這一驅(qū)動(dòng)力來自于電子產(chǎn)品尺寸及重量的減小所帶來的可能的 好處。與0201元件所需的PCB板面積相比，在焊盤布局優(yōu)化及焊盤相鄰間距為150µm的情況下，01005元件可以節(jié)省大約50%的面積。

本文描述了基于01005元件焊盤設(shè)計(jì)及組裝過程相關(guān)的兩組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及其分析。

挑戰(zhàn)及目標(biāo)：

01005尺寸元件的使用對SMT（表面組裝技術(shù)）組裝過程帶來了一系列的挑戰(zhàn)。首先,切實(shí)可行的印刷工藝必須要達(dá)到。為了保證高良率的焊接過程， 需要充分的焊膏量.同時(shí)焊膏體積的差異要做到最小。許多因素影響印刷質(zhì)量:模板厚度、焊膏特性、焊膏種類(焊粉顆粒尺寸) 以及印刷參數(shù)比如印刷速度,刮刀壓力,分離速度. 其他因素諸如模板的制造工藝,清洗頻率,PCB板的平整度以及印刷過程中對PCB板的支撐方式同樣對印刷質(zhì)量產(chǎn)生影響。

另一個(gè)方面與貼裝相關(guān)。當(dāng)前使用的貼片機(jī)必須要具備準(zhǔn)確貼放以及可復(fù)驗(yàn)的能力,在機(jī)械方面能夠做到微小尺寸的精密貼裝。放置后的準(zhǔn)確性還依靠元件回 流中的自對準(zhǔn)能力。理論上,自對準(zhǔn)能力取決于焊膏成分(有鉛焊料與無鉛焊料的最低熔點(diǎn)相比)回流中的氣體環(huán)境(對于焊接時(shí)的表面張力以及焊點(diǎn)表面質(zhì)量的影 響)。

我們第一個(gè)目標(biāo)是制作一個(gè)測試樣板,可以保證組裝過程中的高良率以及最接近真實(shí)生產(chǎn)中的狀態(tài)。第二個(gè)任務(wù)是對01005類元件的印刷和貼裝過程進(jìn)行評(píng)估同時(shí)提出改進(jìn)的建議。

測試板:

如(圖2)所示01005類元件被設(shè)計(jì)成一些陣列排列在測試板上。（見圖3）測試板的整體尺寸是170×145×1mm，其中為816個(gè)01005元件位置所設(shè)計(jì)的面積僅占測試板整體尺寸的很小一部分。板的厚度為1mm。為六層基扳結(jié)構(gòu)，基扳材料為FR-4。

元件:

使用的仿真元件電阻和電容有兩個(gè)不同的供應(yīng)商提供，其中對電容的尺寸做了一個(gè)特定的限制，電容的尺寸限制為0.39×0.19mm，厚度為 0.08mm.一般而言，01005的元件看上去雖然小，但這種變異是可接受的。盡管太小的元件體尺寸給測量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)帶來了困難，但是合理的貼片機(jī)拋料 率也從另一方面說明了這種觀點(diǎn)的正確性。

01005元件裝在8mm寬的料帶中，裝料的元件槽的間隔為2mm。在接下來的實(shí)驗(yàn)中，這一類型的料帶在使用中沒有產(chǎn)生任何問題。盡管與0201類元件所使用的料帶相比，裝料的元件槽的尺寸已接近01005元件體尺寸公差范圍的臨界值。

焊盤設(shè)計(jì)優(yōu)化：

在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們對兩種不同的焊盤進(jìn)行測試。大部分使用焊膏印刷。也有一些01005的仿真電阻貼放在雙面膠紙上。在首次實(shí)驗(yàn)后。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn) 行了分析，并且作為下一次焊盤尺寸設(shè)計(jì)的依據(jù)?；谑占暮父嘤∷?shù)據(jù)重新設(shè)計(jì)焊盤是為了確定符合標(biāo)準(zhǔn)的開孔尺寸。再流前以及再流后的檢查，包括使用光學(xué) 顯微鏡，X-RAY，SEM進(jìn)行可視化檢查，以及焊接后的焊點(diǎn)測試。結(jié)果表明：三個(gè)不同的焊盤設(shè)計(jì)之間的區(qū)別非常小,但對于成功處理這種小的元件仍然非常 重要.一些因素,諸如元件尺寸及其公差,PCB板的可制造性,貼裝的準(zhǔn)確性,生產(chǎn)過程中的變異和產(chǎn)品的可靠性都需要被考慮到。

在最初的實(shí)驗(yàn)中，錫鉛焊膏被使用在ENIG（無電鍍鎳浸金）的PCB板上。在第二次的實(shí)驗(yàn)中，使用無鉛焊膏在OSP（有機(jī)可焊性保護(hù)膜）的PCB板上。所使用的鋼網(wǎng)厚度為100 µm。

如圖4：最初使用A型焊盤，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)X和Y方向的焊盤面積都太小，導(dǎo)致焊盤表面無法進(jìn)行足夠的潤濕。并且焊盤寬度小于元件寬度。這一不匹配是因 為在設(shè)計(jì)焊盤時(shí)沒有充分的考慮到01005元件的公差范圍。第一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果同樣證明了使用這種焊盤無法達(dá)到可接受的印刷效果。

從第一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，B型焊盤更加合適。在這種類型中，焊盤具有足夠的寬度同時(shí)擁有足夠的表面來完成潤濕。借助此類型焊盤。盡管焊膏體積的工序能力達(dá)到和維護(hù)存在困難，但印刷效果在視覺檢查下看起來是可接受的。圖5顯示了仿真電阻貼放在B型焊盤的雙面膠紙上。

出于將尺寸減小的主要原因。在不犧牲良率的情況下。根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化焊盤布局產(chǎn)生了C型焊盤。其X和Y的尺寸進(jìn)行了修改。最終這一焊盤設(shè)計(jì)（如圖6：C型焊盤）被選用進(jìn)行接下來的實(shí)驗(yàn)。

第二種疊代布局使用在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中。大約1600個(gè)仿真電容使用無鉛焊膏貼裝并進(jìn)行回流焊接。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，元件布置在無阻焊膜的基板位置。焊盤間距為150µm。

鋼網(wǎng)開孔設(shè)計(jì)：

目標(biāo)厚度是100µm。激光切割電拋光不銹鋼模板被認(rèn)為是一種低成本的選擇。先前的實(shí)驗(yàn)以及早期的研究認(rèn)為選用電鑄成型模板以及更小厚度的模板具有 更好的效果。但在實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：更薄的模板無法為同一PCB板上的其它類型元件提供充足的焊膏。而電鑄成型的模板成本要高于激光切割電拋光模板。

基于偉創(chuàng)立早期關(guān)于0201以及其他小型的焊盤和模板開孔的經(jīng)驗(yàn)。最理想的焊膏量經(jīng)過計(jì)算并轉(zhuǎn)換為鋼網(wǎng)的開孔尺寸。三種不同的模板開孔尺寸經(jīng)過了調(diào) 查研究（見表1）其中。區(qū)域比率（AR）在設(shè)計(jì)中已經(jīng)過計(jì)算并考慮。區(qū)域比率的定義為：開孔面積與開孔內(nèi)壁面積之間的比率關(guān)系。