高效率的0201工艺特征7)

高效率的 0201 工艺特征
最近的研究找到了影响 0201 元件装配工艺缺陷数量的变量...。虽然目前大多数公司还
没有达到 0201 这一工艺水平，但是本文所使用的研究方法和得到的研究结果值得我们学
习和借鉴，以便更好地做好我们的 1206、0805、0603、0402...
　　在过去几年中，消费品电子工业已经明显地出现迅猛的增长，这是因为越来越多的
人佩带手机、传呼机和个人电子辅助用品。有趋势显示，每年所贴装的无源元件的数量
在迅速增加，而元件尺寸在稳步地减小。将产品变得越来越小、越快和越便宜的需求，
推动着对提高小型化技术研究的永无止境的需求。大多数消费品电子制造商正在将 0201
元件使用到其最新的设计中去，在不久的将来，其它工业也将采取这一技术。
　　因此，将超小型无源元件的装配与工艺特征化是理所当然的。我们需要研究来定义
焊盘的设计和印刷、贴装与回流工艺窗口，以满足取得 0201 无源元件的较高第一次通过
合格率和较高产出的需求。最近进行了一个 0201 元件的高速装配研究，对每一个工艺步
骤进行了调查研究。研究的目标是要为高速的 0201 装配开发一个初始的工艺特征，特别
是工艺限制与变量。
试验的准备
　　对应于锡膏印刷、元件贴装和回流焊接，进行了三套主要的试验。为了理解每个工
艺步骤最整个 0201 装配工艺的影响，我们进行检查了每个工艺步骤。在工艺顺序方面，
只改变研究下的工艺步骤的变量，而其它工艺参数保持不变。我们设计了一个试验载体
(图一)，提供如下数据：
图一、试验载体

0201 到 0201 的间距：焊盘边沿到边沿的距离按 4, 5, 6, 8, 10 和 12 mil(千分之一
英寸)变化

焊盘尺寸的影响，标称焊盘尺寸为 12x13mil 的矩形焊盘、中心到中心间距为
22mil。标称焊盘变化为±10%、20%和 30%。

元件方向，在单元 A、B、C 和 D 中，研究的元件方向为 0°和 90°。E 和 F 单元研
究±45°角度对 0201 工艺的影响。

单元 1 至 6 研究 0201 与其它无源元件包括 0402、0603、0805 和 1206 之间的相互
影响。这些分块用来决定 0201 元件对其它较大的无源元件的大致影响，它可影响
印刷、贴装和回流焊接(散热)。这里，焊盘对焊盘间距为本 4、5、6、8、10 和 12mil。
另外，0201 焊盘尺寸在这六个单元上变化。
　　测试载体含有 6,552 个 0201、420 个 0402、252 个 0603、252 个 0805、252 个 1206，
总共 7,728 个无源元件。基板是标准的 FR-4 环氧树脂板，厚度 1.57mm。迹线的金属喷镀
由铜、无电解镍和浸金所组成。所有测试板使用相同的装配设备装配：一部模板印刷机、
一部高速元件贴装机、和一台七温区对流回流焊接炉。
模板印刷试验
　　为了表现对 0201 无源元件印刷的特征，我们使用了一个试验设计方法(DOE, design
for experiment)，试验了印刷工艺的几个变量：锡膏的目数、刮刀的类型、模板的分开
速度、和印刷之间模板上锡膏滞留时间。这个 DOE 是设计用来决定是否这些因素会影响
0201 装配的印刷工艺。度量标准是印刷缺陷的数量和锡膏厚度的测量。结果是基于 95%
的可信度区间，从统计分析上决定重要因素。印刷缺陷定义为在印刷后没有任何锡膏的
空焊盘以及锡桥。
　　对于这个印刷试验，模板厚度为 125 微米，100%的开孔率，商业使用的免洗锡膏。
印刷机的设定是基于锡膏制造商的推荐值，在推荐范围的中间。
　　模板印刷的试验结果
　　表一列出只检查印刷影响的试验。使用了三个度量标准来评估每个试验条件。第一
个度量标准是平均锡膏印刷高度。使用一部激光轮廓测定仪从四个象限测量 16 个数据。
表一、第一个模板印刷试验的试验设计
试验编号
锡膏类型
刮刀类型
锡膏滞留时间(分钟)
分开速度(cm/s)
1
III
金属
0.5
0.05
2
III
金属
10
0.13
3
III
聚合物
0.5
0.05
4
III
聚合物
10
0.13
5
IV
金属
10
0.05
6
IV
金属
0.5
0.13
7
IV
聚合物
0.5
0.05
8
IV
聚合物
10
0.13