01005器件在手机相机模组上的应用

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1、01005 器件在手机相機模組上的应用引言近年来，随着消费者对手机（Mobile Phone）之高性能、多功能和轻薄短小便 于 携 带 的需求，其重要组件相機模組（Camera module）也得比类从事 。表面贴装工艺的成熟，使得 01005 被动元件得以推广应用；影像器件技术的不断创新，不仅提高了相机模组的性能也缩小了它的外型尺寸；相机模组多功能与小型化趁势和正面剖视结构，见图 1A&1B。时下，2MP（Mega Pixels）以上高分辨率像素、自动对焦 AF(Auto-Focus)、光學變焦 OZ（Optical-Zoom）、高稳定度图像以及微型化构造，业已成为相機模組的热门配置。除像素

2、之外，其中 AF 与 OZ 成为消費者评定手機相機規格優的關鍵。因而，引导时尚潮流的手机原生厂 OEM(Original Equipment Manufacturer)，对其相机模組代工厂商提出了相应的规格性能要求，使得产品研发人员在设计上变得更加复杂，在 SMT 装配上也变得更加困难。为了实现相机模组的微小型化，研发人员选用微型的表面器件如 0201 与 01005 器件，自动对焦马达 VCM (Voice Coil Motor)的驱动控制器（Driver IC） ，选用晶片级比例封装 WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package） ，为降低 WLCSP 封装高度

3、采用 0.15mm 超小型球径。在手机相機模組小型化的进程中，被动器件 01005 取代 0201 是必然的选择，两者相比 01005 器件的面积缩小了 45%，体积缩小了 30%，重量是 0201 的 50，它们的外形与尺寸对比见图 2。01005 器件为相機模組小型化提供了一定空间，它的实施给 SMT 相关产品的制程、工艺和设备却带来新的挑战。经验表明，一种全新的工艺或精密器件的导入初期，都会带来一个生产制程的不稳定阶段，在生产工艺设计时需要考虑所有可能造成质量问题的潜在因素。01005器件从纯技术角度上早已具备实际应用的可行性，但由于元件成本高、工艺复杂和设备投资大，许多电子代工厂至今不

4、愿或无力把它导入生产。为了经济高效地应用01005器件，企业需要一套整体成熟的工艺体系，在生产中要求人员、机器、物料、工艺和现场环境有机地结合在一起；以相关的技术理论为指导，依靠试验验证和工艺创新，从而获得稳定制程和高效产出，此类型元件才会显现其价值，比如在相机模组上得以成功应用。要获得01005元件成功组装，需要有良好的PCB基材、元件品质及料带包装、焊锡膏，并通过正确的焊盘设计、模板设计、印刷工艺、元件贴装、回流焊接和有效检测以及相关的工艺参数设置。SMT生产线的治工具和工艺参数都必须控制得更为严格，比如上线前的网板、载具、吸嘴和进料器的清洁检验确认变得不可或缺。在制程中首件检验FAI(F

5、irst Article Inspection) 及不良反馈需要没有借口的执行力：印刷品质首件检验，回焊炉前贴装品质的首件确认，回流焊后的首件确认等等显得至为重要，同时要求01005元件的整个组装过程的稳定。 当市场对产品价格变的越来越敏感时，使用01005元件的竟争力将是个主要问题；有效控制材料损耗、降低制程成本，减少不良返修是其成功导入的关键。 图 1A 相机模组多功能与小型化趋势 图 1B 相机模组的正面剖视图 图 2 被动元件从左到 右 依 次 为 ： 0402,0201,01005 大 小 与 其 尺 寸 对 比 关键词相機模組（camera module） ，01005 器件，电阻

6、，电容，小型化，工艺控制，首件检验FAI(First Article Inspection)，统计过程控制 SPC（Statistical Process Control），过程控制能力指数 Cpk（Complex Process Capability Index） ， SPI（Solder Paste Inspection） ，AOI（Automated Optical Inspection）一. 手机影像模组的发展趋势传统的手機相機在寻求多功能、低成本與稳定度的解決方案時，往往受限於它的外形尺寸，小型化成了它的瓶颈。而今相机模组的小型化，研发人员已经有了一整套的方法。首先，通过采用新型的光

7、學元件，比如壓電元件、液體鏡片和位AF三种新技術，相机模組在丰富功能的同时还能使其小型化。高档次的手機相機像素通常都在百萬之上，由於解析提高，需要較精準的對焦，故需加入AF 装置；而 光学变焦（OZ ）有利于相机远距离拍摄清晰录像。其二，如果采用陶瓷（Ceramic）基材代替传统的FR4有机玻纤（ Organic） ，不仅能降低有机材质因受热翘曲变形对邦定(Wire Bonding)的干扰和COB净化车间的污染问题，更重要的是基板可以由传统的平面结构（Flat Substrate）开发出凹陷多层结构（Cavity Structure ） ，使影像感应器(Imaging Sensor)与其傍路元

8、件如Chip电阻电容和VCM Driver IC不在同一个平面， 从而有效的使模组小型化，见下图3A&B&C。不过这种凹陷结构PCB，对于SMT传统的模板印刷 工艺不适应，需要采用点涂锡膏机的全新工艺方式。其三，影像芯片(Imaging Sensor)的封装采用覆晶接合技术FCOB (Flip Chip on Board)，它是倒装芯片(Flip Chip)技术之一，FCOB 是指一种Die与 焊垫直接的连接方式， 用它取代COB 打线 键合(Wire Bonding)的CMOS或表面贴装的CCD封装形态，也是未来相机模组小型化的主要方向。 图 3A&B 凹陷多层陶瓷板与平面有机板结构 图 3

9、C 凹陷多层陶瓷板使相机模组小型化然而，由于元器件小型化一直以来就是使电子产品小型化最有效最直接的途径，所以我们下面将主要介绍无源被动器件的极限元件 01005 器件在相机模组上的组装应用。 首先需要注意的是，焊盘的尺寸、类型以及两个元器件之间的最小间隙设计。二. 01005 器件尺寸与焊盘设计被动元件 01005 器件以片式电阻器和电容器为主，目前在所有的 chip 件中它是最小的元件，它们的外形尺寸有关长度和宽度无疑是相同的，但它们的厚度略有差异，电容器通常要稍微厚一些：电阻器的规格长宽高分别是 0.4 毫米，0.2 毫米和 0.12 毫米；而电容器为 0.4 毫米，0.2 毫米和0.2

10、毫米。请参考下图 3A&3B 所显示。图 3A 电阻/电容尺寸标注三维图 图 3B 01005 电阻/电容关键尺寸PCB 的设计是成功贴装的基础，01005 器件焊盘可以做成圆形焊盘，通常焊盘直径可以是 0.23 mm，内距 0.15mm；也可以做成长方形焊盘。焊盘圆形设计有助于元件焊接过程中的自对中效果，对改善空焊或立碑有一定帮助，但它比长方形焊盘要占用更多的焊盘面积。本司经实验验证DOE（ Design of experiments）：电阻电容焊盘统一尺寸设计也是可行的，焊盘长宽 A*B: 0.16*0.18mm，焊盘间内距 0.15mm，与之相配的钢网开孔（Stencil Apertur

11、e）长宽为 : 0.20*0.22mm，开孔内距 0.16mm。这种设计可满足焊接要求，过炉后锡珠的产生也较少，制程比較穩定。不过也有资料显示，对于 01005 电容器， 0.21mm 的焊盘长度，0.22mm 焊盘宽度和 0.16mm内间距是焊盘的最佳尺寸，可以形成合格的焊点，而且占用电路板的面积最小。电阻器最佳的焊盘尺寸的长度为 0.18 mm、宽度为 0.22mm 和间距为 0.16mm。另外，01005 元件的厂商推荐的焊盘尺寸范围较宽，而其基准标称尺寸大体相同。01005 器件焊盘的尺寸设计，目前业界还见仁见智，没有绝对的最佳尺寸，这不仅与焊盘的防焊层类型和误差有关，也与各公司的制程

12、工艺水平有关，不过它们基本都在下图表的规格尺寸和+/0.025mm 公差之内，见图表 4。图 4 01005 器件焊盘实验验证良好的尺寸被动元件之间的安全距离需设计正确，依据制程能力与工艺条件不同，安全间距分为最佳、标准和常规三种，在一般情况下应当选择常规的焊盘间距，相关尺寸请见图 5A&5B。优化焊盘尺寸并确保元器件间的最小间隔，对于避免回流焊后的不良连锡或桥接很重要。01005 被动元件焊盘内间距被认为是一个在回流焊后形成立碑的关键因素，通常要求小于 0.15mm。另外，相机模组的元件与邦定焊垫（Wire Bonding Pad），与 Lens Holder 内壁之间的安全距离也必需足够。

13、SMT 元件焊盘与邦定焊垫之间距建议不小于 0.25mm，避免焊锡脏污邦定焊垫； 与 Holder 内壁之间距离需大于 0.15mm，以免组装困扰； WL CSP 因通常需要做底部填充，它与影像芯片（Image Sensor ）边沿和 Holder 内壁之间最小距离 要求不少于 0.18mm。某自动对焦相机模组产品的排版草图和CMOS 邦定后实装图，见图 5 C&5D（仅供参考） 。图 5A 0201 与 01005 元件间距标注 图 5B 0201 与 01005 元件安全间距 图 5C 某相机模组之影像器件排版简图 图 5D AF (Auto-Focus)&FF（Fixed Focus）影

14、像器件状况 實際制作的焊盘需保证它的几何形状和尺寸符合设计者要求。焊盘的阻焊层需注意选择，通常有两种不同阻焊层类型的焊盘可以使用：NSMD 焊盘（非阻焊膜定义）：广泛用于表面贴装技术，阻焊空隙大于金属焊盘。焊膏可以包裹在金属焊盘周围，焊盘形状往往因表层的走线造成不规则不对称，这种焊盘对微型被动元件不良影响明显；SMD 焊盘（阻焊膜定义）：用于铜箔在阻焊层下面延伸的小封装形式，焊盘形状较为规则，不过焊盘形状受阻焊膜工艺精度不高的限制；而 HSMD 焊盘是 NSMD 或 SMD 焊盘的特例：焊盘的三个面上覆盖阻焊膜，只有两个焊盘的内距之间阻焊膜被蚀刻掉，这种焊盘可以避免阻焊膜偏厚时对 01005

15、器件的不利影响。 焊盘类型选择是否恰当，对于 01005 元件回流焊接后的焊点品质有较大影响，必须审慎选择。有资料显示，01005 的焊盘采用 HSMD 较为理想，SMD 焊盘可以接受，由於相機模組上的元件之間的微小間隙不充許它們有二分之一的偏移量，所以在一般性產品上應用較廣的 NSMD 焊盘通常不建议用于相機模組的 0201/01005 元件上，见图 6B。对于 NSMD 类型焊盘，為了避免空焊不良問題，焊锡量需适当增加，钢网开孔比焊盘略大有助于改善缺陷获得良好焊接点。图 6A 焊盘的阻焊膜主要类型 SMD&NSMD 结构 图 6B 01005 NSMD 焊盘不良设计正确的电路板设计是超小型

16、元件装配的关键，相机模组的PCB厚度通常仅0.4mm ，基板的材质不一而足，比如有机玻纤树脂（ FR4）、陶瓷(Ceramic) 、聚酰亚胶树脂（Polyimide）等，有机基材的选用必须要考虑到基板的翘曲变形，比如FR4 的Tg 点需达到170-190 C。焊盘的表面处理工艺需充分地考虑平整度要求，表面平整度应该控制在2微米之内，而化镍浸金(ENIG)、浸银 (Immersion Ag)和有机可焊性保护皮膜（OSP ）能较好的适应这种精密器件的要求，不过日前相机模组大多需要邦定键合（Wire Bonding），只有化镍浸金(ENIG)或电镀軟金能较好的适应这种产品的特点。PCB 的基准标记点（ Fiducial Marks），需要控制好它的形状及大小，反光点以直径1.0毫米的圆形首选。基准标记点为中心的3