贴装
在整个0201工艺中贴装可以认为是最重要的一环。因为贴装系统从供料系统吸取0201元件,视觉识别和准确地贴装元件,在设定这个过程中必须小心。基本上,0201贴装过程涉及四个分开的运作:
- 首先从送料器吸取元件。最常见的,0201无源元件包装在纸带上,8mm宽纸带上的凹坑装纳元件。图三详细地表示出元件是怎样从纸带吸取的。当设定吸取过程时,必须注意到细节。因为0201只是自从1999年才作为SMT工艺的元件,生产元件和送料带的误差问题仍然存在。虽然在带上似乎包装得紧密,在微米级,但是实际上相当松散。使用几乎与元件一样大的吸嘴,误吸的机会可能高。因为这个理由,吸嘴通常制造得比元件稍微大一点。
- 一旦吸取到元件,真空检查决定元件的存在或不存在。这是检查的一个重要方面,因为如果元件不存在,贴装头必须处理掉无吸的0201或再吸取元件。吸取错误一般不直接影响实际的过程,但会影响总的处理时间和产量。现时的研究也评估了带与盘(tape-and-reel)、Surf tape和最后的散装盒(bulk-case)送料的区别。
- 一旦通过真空检查确认元件的存在,视觉系统将元件定位到电路板。高级的视觉系统可完成元件的外形测量或识别两个元件端。为了做到这一点,视觉系统决定是否元件附着在吸嘴上不正确或是否超出可靠的元件与贴装所要求的公差。如果元件超出公差,则被放弃。
- 最后步骤是将0201贴装到焊盘的焊锡内。虽然这个过程必须快速完成,但也必须准确,以保证元件完全贴放在各个焊盘上。如果元件贴放不准确,诸如墓碑或相邻元件之间的锡桥等缺陷机会戏剧性地增加。当考虑使用0201元件设计电路板的最小元件间距的时候,贴装系统的精度也应该考虑。图四表示在贴装精度的基础上,应该使用的最小间距。例如,如果贴装系统的精度为±45µm,那么应该设定大约90µm的最小间距。
贴装力与速度也是重要的贴装过程方面。因为每台机器都不同,必须定出特性,保证速度够快以保持焊锡不从锡膏砖溅出,使用的力不至于将元件过分压入锡膏。如果使用太大的力或太高的速度,会增加焊锡球或元件偏移的可能性。
贴装课题评估速度、力量和降低限制。通常,速度和力是依赖机器的,但对精度,焊锡熔湿与自我定位力等物理现象是不依赖机器的,因此平台与平台之间都是一致的。数据显示,如果使用较早前所提及的焊盘设计,长度方向的贴装偏移将比宽度方向的偏移允许更多的自我定位。长度方向过多的偏移产生比宽度方向更多的缺陷。回流焊接之后的元件偏移是宽度方向偏移引起的较常见的缺陷。
回流焊接
回流0201元件与回流稍微较大的0402没有大的差别;可是必须注意0201回流过程使用的温升率。用大的预热斜度处理0201元件可能增加墓碑的机会。大于每分钟2°C的坡度可能引起元件一端的锡膏稍微比另一端回流快。如果元件一边首先回流,不平衡力将作用在元件上,由于表面张力,在首先回流焊盘的方向上立起元件。
回流过程的另一方面是空气与氮气的使用。资料显示使用空气可减少大多数缺陷4,5。因为焊锡在氮气中比在空气中熔湿较好,使用空气环境减少熔湿,允许时间将元件两头熔湿更一致。研究采用的变量如表三所示,在三个级别上参数的变化,以理解其对焊接点质量和其它过程有关缺陷的影响。
表三、Reflow DOE Variables Reflow Screening |
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Reflow Parametric Study | |||||||||||||||
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结论
完全地理解0201过程是不可能的。在未来几年内,将会进行无数的研究,带着理解所有可能的过程和设计因素的目标,来考察0201过程。因为每个过程单元有如此之甚的变量依赖于其它因素,很难找到一个满足所有可能的过程问题的答案。随着SMT的进步,新的技术改革将要求通过研究去找到工艺窗口和适当的电路板设计。
* 由西门子和乔治亚工学院实施的联合课题研究。