元件對制造工藝的影響

1、0201元件對制造工藝的影響-11、 0201元件對PCB設(shè)計的影響0201元件的應(yīng)用對印制電路板的設(shè)計與制造有著很大的影響。其主要影響方面是設(shè)計的方面，主要包括焊盤設(shè)計、元件間距和布線設(shè)計。0201元件要求更小的焊盤，更細(xì)更密的布線，以及更小的元件間距。對于這些方面的改變，從技術(shù)上都是可行的，但是直接影響到了PCB的生產(chǎn)成本，是成本大幅提升。下面我們詳細(xì)的討論一下0201對PCB元件問距和布線設(shè)計的影響。1.1 元件間距與布線設(shè)計使用0201元件的最主要原因就是節(jié)省PCB上的空間。這樣可以將更多的元件設(shè)計到PCB上，以增加產(chǎn)品的功能和減小產(chǎn)品的體積。0201元件帶來的好處除了本身體積減小之外

2、，還包括元件間距的減少。這樣進(jìn)一步節(jié)省了空間。一些制造商和研究機構(gòu)做過這方面的研究，結(jié)果顯示，使用0201元件的PCB和使用0402的PCB相比節(jié)省了60%以上的空問。研究結(jié)果還顯示，元件的間距最小可以小到6mil。元竹山J曲H卜宴r亓件匕中孑0/=受與危當(dāng)前，針對0201元件的應(yīng)用，對合同制造商的元件間距的要求是16mil。我們可以見到的經(jīng)常使用的間距是8mil、12mil、16mil、20mil。當(dāng)然，元件的間距越小，所節(jié)省的空間就越多。但是更小的間距對貼片設(shè)備的精度，模板的精度以及PCB布線的設(shè)計都有很大影響。元件間距越小，貼片機的精度應(yīng)該越高，模板上的開口的間距也越小，模板就越難制作。

3、如果要實現(xiàn)8mil的間距，則需要在PCB的布線方面作一些改進(jìn)。首先先看一下PCB布線的線寬和線距的標(biāo)準(zhǔn)，參見表1.1-1.3表1.1線寬和線距線寬/英寸線間距/英寸備注線寬/英寸線間距/英寸備注0.100.010簡便0.0050.005困難0.0070.008標(biāo)準(zhǔn)0.0020.002極困難表1.2外層線寬和線距功能0.012/0.100.008/0.0080.006/0.0060.005/0.005線寬/英寸0.0120.0100.0100.010焊盤間距/英寸0.0080.0080.0080.008線間距/英寸0.0080.0080.0060.006線-焊盤間距/英寸0.0060.0060.

4、0070.005環(huán)形圖*/英寸0.0050.0050.0050.006*為孔邊緣到焊盤邊緣的距離表1.3內(nèi)層線路線寬和線距功能0.012/0.100.008/0.0080.006/0.0060.005/0.005線寬/英寸0.0120.0080.0060.005焊盤間距/英寸0.0100.0080.0060.005線間距/英寸0.0100.0080.0060.005線-焊盤間距/英寸0.0100.0060.0060.005環(huán)形圖/英寸0.0080.0080.0070.006線-孔邊緣/英寸0.0180.0160.0130.016板-孔邊緣/英寸0.0180.0160.0130.016我們這里一

5、般討論的是外層線路，所以可以看到線寬和線XX。比如，線寬為7mil，線間距為8mil，則記：78。當(dāng)前PCB布線的最小標(biāo)準(zhǔn)為55，即5mil的線寬和5mil的線間距。由于使用了0201元件，以在一定范圍內(nèi)可以適當(dāng)?shù)氖褂?3，44的布線設(shè)計。另外，當(dāng)有BGA元件時，可以在一定的范圍內(nèi)使用44的布線設(shè)計。不過如果較大規(guī)模的使用33，44的布線設(shè)計將會帶來負(fù)面影響，也就是PCB成本的增加。如果使用的是33的布線設(shè)計，其成本的增加幅度大概為15-25。另外還有一個要考慮的方面就是布線寬度、間距和元件焊盤間距之間的相互影響。比如如果使用8mil的焊盤間距，即使33的布線設(shè)計方案也不能夠使用。因為元件之間

6、沒有足夠的空間。最低的要求為9mil。0201元件對制造工藝的影響-21.2 0201對印刷工藝的影響在整個SMT的生產(chǎn)過程中，焊膏的印刷通常是第一道工序，也是最關(guān)鍵的工序。因為有統(tǒng)計表明，在SMT的生產(chǎn)過程中，有60-70的焊接缺陷都與焊膏的印刷有關(guān)。在印刷工藝當(dāng)中，又有幾個重要的方面：焊膏、模板、印刷設(shè)備參數(shù)。在這里我們主要討論以下0201的使用對模板設(shè)計的影響。首先介紹一下常用的三種模板制作方法：化學(xué)蝕刻、激光切割、電鑄成型?；瘜W(xué)蝕刻的模板開口呈碗狀，焊膏的釋放性能不好，并且開口極易堵塞，所以要經(jīng)常清洗，改種模板的精度也比較低，通常用于元件間距大干20miI的情況下，但是其成本比激光切割

7、和電鑄成型都要低；激光切割模板是用激光切割而成，開口上下自然呈梯形，有利于焊膏的釋放，但是其孔壁沒有電鑄成型的模板光滑，推薦用于元件間距低于20mil的情況其價格介于化學(xué)蝕刻和電鑄成型之間：電鑄成型的模板開口也是呈梯形，有理與焊膏的釋放，孔壁光滑極利于焊膏的釋放，通常用于細(xì)間距和超細(xì)間距的印刷，有著良好的耐磨性和使用壽命，價格在三種中最貴，制作周期較長。這種模板比較適合于0201元件。下面是三種模板的示意圖。旭，涉二匕二二卑，史楊5L二曲創(chuàng)領(lǐng)用土質(zhì)租拄模板中有兩個重要的參數(shù)就是開口的面積比率和寬厚比。（見下圖）一般的要求為寬厚比1.5,面積比0.65。0201元件對制造工藝的影響-3對于020

8、1元件，由于焊盤的尺寸減小了，所以模板的開口面積也減小了。這導(dǎo)致了面積比率的減小。對于0201元件的模板設(shè)計的時候，有一點非常重要的問題要注意，就是，對于激光切割模板來說其面積比率要大于0.65;對于電鑄模板來說其面積比率要大于0.6。稍后我們會討論一下為什么激光切割的模板的面積比率要大于電鑄模板的。這里我們有一個圖來顯示焊膏的釋放體積百分比和面積比率之間的關(guān)on凡5建手b.ai面租比率素郎理冷口耙漆漆加百片U和百落7引“美餐ZKo從這個圖中我們可以看到，當(dāng)面積比率大于0.7的時候焊膏釋放體積的百分比也高于80%,而當(dāng)面積比率低于0.5的時候，釋放百分比也低于60%。在0.5-0.7的面積比率

9、之間，其釋放百分比在60-80%之間。這些數(shù)據(jù)是從電鑄模板上得來的。在面積比率低于0.6的時候，我們可以看到體積比率開的偏差開始較快增長。由現(xiàn)這個問題的原因是，在這個時候開始由現(xiàn)了更多的部分堵塞或者全部堵塞的開口。由于被堵塞的開口越來越多，這樣也導(dǎo)致了隨著面積比率的減小，0201組件中的缺陷情況越來越多。下面的一個圖顯示了使用電鑄模板的0201元件印刷的缺陷數(shù)目和面積比率的關(guān)系。（見圖7）圖7缺陷數(shù)目和面積比率的關(guān)系從上面的圖中可以看到，當(dāng)面積比率大于0.65的時候,缺陷的數(shù)目在0.625附近開始增長。在大概0.565的面積比率的時候，缺陷的數(shù)目開始大幅度增長。另外一個在0201生產(chǎn)工藝中的問

10、題就是模板種類的選擇問題，也就是選擇電鑄模板還是激光切割模板。激光切割的模板是通過激光鉆孔，然后再經(jīng)過電拋光把孔壁上的粗糙部分去除。電鑄模板則是通過成型技術(shù)制造，通過這種技術(shù)，可以產(chǎn)生非常光滑的孔壁，這將十分有利于焊膏的釋放。現(xiàn)在對于電鑄模板的主要問題是它的成本要比激光切割模板高2-3陪。從兩種模板在0201元件的印刷的試驗中可以發(fā)晚，電鑄模板印刷焊膏的量要高于激光切割模板。電鑄模板的釋放比率一般在85左右，而激光切割模吸的在70-75之間。在試驗中我們發(fā)現(xiàn)，是用激光切割模板時出現(xiàn)的缺陷的數(shù)目要比電鑄模板的高。所以，綜合各個方面的影響，在生產(chǎn)中，如果條件允許，應(yīng)該優(yōu)先選用，電鑄模板。在0201

11、元件的工藝中，推薦使用電鑄模板。2、 0201元件對貼片設(shè)備的影響在整個0201工藝中貼裝可以認(rèn)為是最重要的一環(huán)。因為貼裝系統(tǒng)從供料系統(tǒng)吸取0201元件，視覺只別和準(zhǔn)確地貼裝元件，在設(shè)定這個過程中必須小心?；旧希?201貼裝過程涉及四個分開的動作：A首先從送料器吸取元件。最常見的，0201無票元件包裝在紙帶上，8mm寬紙帶上的凹坑裝納元件。當(dāng)設(shè)定吸取過程時，必須注意到細(xì)節(jié)。因為0201只是自從1999年才作為SMTI藝的元件，生產(chǎn)元件和送料帶的誤差問題仍然存在。雖然在帶上似乎包裝得緊密，在微米級，但是實際上相當(dāng)松散。使用幾乎與元件一樣大的吸嘴，誤吸的機會可能高。因為這個理由，吸嘴通常制造得比

12、元件稍微大一點。B一旦吸取到元件，真空檢查決定元件的存在或不存在。這是檢查的一個重要方面，因為如果元件不存在，貼裝頭必須處理掉無吸的0201或再吸取元件。吸取錯誤一般不直接影響實際的過程，但會影響總的處理時間和產(chǎn)量。現(xiàn)時的研究也評估了帶與盤(tape-and-reel)、Surftape和最后的散裝盒(bulk-case)送料的區(qū)別。0201元件對制造工藝的影響-4C.一旦通過真空檢查確認(rèn)元件的存在，視覺系統(tǒng)將元件定位到電路板。高級的視覺系統(tǒng)可完成元件的外形測量或識別兩個元件端。為了做到這一點，視覺系統(tǒng)決定是否元件附著在吸嘴上不正確或是否超出可靠的元件與貼裝所要求的公差。如果元件超出公差，則被

13、放棄，重新吸取。D最后步驟是將0201貼裝到焊盤的焊錫內(nèi)。雖然這個過程必須快速完成，但也必須準(zhǔn)確，以保證元件完全貼放在各個焊盤上。如果元件貼放不準(zhǔn)確，諸如墓碑或相鄰元件之間的錫橋等缺陷機會相應(yīng)地增加。當(dāng)考慮使用0201元件設(shè)計電路板的最小元件間距的時候，貼裝系統(tǒng)的精度也應(yīng)該考慮。下面的圖中表示在貼裝精度的基礎(chǔ)上，應(yīng)該使用的最小間距。例如，如果貼裝系統(tǒng)的精度為口45口m,那么應(yīng)該設(shè)定大約90口m的最小間距。E38I土用汽cum,牛丁發(fā)司共貼裝力與速度也是重要的貼裝過程方面。因為每臺機器都不同，必須定由特性，保證速度夠快以保持焊錫不從錫膏磚濺由，使用的力不至于將元件過分壓入錫膏。如果使用太大的力或

14、太高的速度，會增加焊錫球或元件偏移的可能性。貼裝課題評估速度、力量和降低限制。通常，速度和力是依賴機器的，但對精度，焊錫熔濕與自我定位力等物理現(xiàn)象是不依賴機器的，因此平臺與平臺之間都是一致的。數(shù)據(jù)顯示，如果使用較早前所提及的焊盤設(shè)計，長度方向的貼裝偏移將比寬度方向的偏移允許更多的自我定位。長度方向過多的偏移產(chǎn)生比寬度方向更多的缺陷。回流焊接之后的元件偏移是寬度方向偏移引起的較常見的缺陷。0201的貼片設(shè)備對整個生產(chǎn)還有另外一個重要的影響，那就是成本問題。一臺貼片設(shè)備也許具有貼裝0201的能力，但是該設(shè)備的一些子系統(tǒng)，如檢測系統(tǒng)（包括攝像頭和視覺分辨裝置）、吸嘴、真空裝置、供料器等等，并不滿足所

15、需的精度要求。因此，無論是購買新的貼片設(shè)備還是升級現(xiàn)有的貼片設(shè)備，都要有一個較大的資金投入。增加的貼片設(shè)備所投入的成本對0201制程的影響可分為資金方面、消耗方面和資源方面。第一，資金方面的影響包括新設(shè)備的采購，舊設(shè)備的升級；第二，消耗方面的影響包括吸嘴，敏感耐用元件的增加，過濾器，潤滑油等等；資源方面的影響指的是設(shè)備預(yù)防性的維護，制程工藝開發(fā)，問題的解決以及額外的技術(shù)支持。3、 0201元件對再流焊工藝的影響再流焊是一個重要的工藝過程，因為通常這是一個發(fā)現(xiàn)問題的地方。因為前面的工序，如PCB、模板設(shè)計、焊膏印刷、元件貼裝等，在這些工序中產(chǎn)生的潛在問題，都會在再流焊之后表現(xiàn)出來。比較常見的有橋

16、接、立碑、元件滑移、少錫、多錫等等。當(dāng)然，再流焊本身的一些工藝參數(shù)也會引起這些缺陷。比如，焊接曲線的設(shè)計不合理。在焊接0603以下的元件時最容易出現(xiàn)的問題就是元件的位移（包括立碑、錯位、滑移等），這個問題也是在焊接0201元件時最常見的問題。出現(xiàn)這種問題的原因是，這些元件的重量比較小，當(dāng)進(jìn)行焊接時，如果元件兩端焊料熔化后所產(chǎn)生的表面張力不相等，則會引起元件本身受力不平衡，于是元件便會翹起或錯位，就產(chǎn)生了位移現(xiàn)象。這個問題對于0201尤為明顯，因為其重量僅為0402元件的1/4,大概只有10-3次方的數(shù)量級。0201元件對制造工藝的影響-5我們在這里主要討論以下在0201元件的再流焊接中立碑問題

17、產(chǎn)生原因以及解決方法。A.焊盤的設(shè)計和布局不合理I出，A.JB4>1BSIB.I11.9aHaanariiii購城才事曹后世對r圖90201焊盤設(shè)計優(yōu)化對于一般設(shè)計的焊盤，如果將焊盤的寬度適當(dāng)增加，即圖中的W和W',則可以減少使元件發(fā)生豎立的縱向表面張力。這樣可以減少0201元件的立碑現(xiàn)象。而在元件的布局方面，應(yīng)該盡量使用如下圖中元件1的布局方向。因為當(dāng)PCB板以圖示方向進(jìn)入爐中時元件2的B端比A端要先進(jìn)入爐內(nèi)，因此B端的溫度始終都比A端高，因此其溫度也比A端先到達(dá)焊料熔點。這時候，元件2的A、B兩端的受力便會不平衡，A端便會立起，產(chǎn)生立碑現(xiàn)象而元件1就不會由現(xiàn)這種問題.S10元

18、件三徘布B.焊膏及其印刷的影響焊膏方面的原因主要是其活性不夠和粘性不夠，因此焊料熔化后兩邊的張力也不等。有印刷產(chǎn)生的原因主要是印刷后兩邊焊盤的焊膏的量不等。焊膏量多的一邊因吸熱量多，熔化時間滯后，導(dǎo)致表面張力不等.印刷所產(chǎn)生的影響的解決方法是改善印刷參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)挠∷⑺俣取毫Φ?。還要選擇適當(dāng)?shù)哪０宓拿娣e比率和模板厚度.C.元件和焊盤的可焊性元件或者焊盤的可焊性差，是指元件或者焊盤對熔化焊料的浸潤性不好。原因是，元件或者焊盤被氧化或者不潔凈。D.貼片造成的影響貼片所造成的立碑的影響主要是由元件在Z軸方向受力不均勻所導(dǎo)致的，如下圖所示.由于在Z軸方向受力不均勻，導(dǎo)致元件浸入到焊膏中的深淺不一，焊膏熔化后受力就會不均勻圖11元件荏2軸方由受力不均勻E.溫度曲線不合適用大的預(yù)熱斜度處理0201元件可能增加立碑的機會，因為0201元件本身的重量十分的輕。較大的升溫的坡度可能引起元件一端的錫膏稍微比另一端回流快。如果元件一邊首先回流，不平衡力將作用在元件上，由于表面張力，在首先回流焊盤的方向上立起元件。F.N2再流焊中氧氣的濃度采用氮氣保護的再流焊會增加材料的潤濕力。但含氧量過低比較容易造成立碑現(xiàn)象。一般應(yīng)保持氧氣的含量在100X10-6左右為宜.4、小結(jié)隨著0201元件的逐步的廣泛使用，每一個制造商都會將面對使用