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1、0201 元件元件装联装联工艺工艺和和辅辅料料选择探讨选择探讨 （湖州生力电子有限公司 沈新海） 电子产品的持续小型化推动片式分立元件越变越小，从 0805、0603、0402 变到 0201， 只用了很短的时间。在追求更轻更小的数码电子产品中，0201 元件有着广阔的应用前景，因 为它可以大大节约 PCB 空间，并使功耗更低。 然而分立元件小型化也带来了一些负面影响，主要是增加了 SMT 工艺难度，不良率会 有明显上升。常见的不良现象有： “立碑” （如图 1） ； “锡珠” （如图 2） ； “桥连” （如图 3） 。 图 1 立碑 图 2 锡珠 图 3 桥连 通过工艺优化和辅料选择等手段
2、可以尽量降低不良率，如焊盘设计、钢网设计、印刷、 贴装和回流工艺优化、焊锡膏合金和颗粒大小等。本文旨在讨论怎样优化这些工艺参数来使 0201 元件 SMT 制程不良率降至最低。 0201 元件 SMT 工艺过程中最常见的不良是 “立碑” ， 指的是元件的一端脱离焊盘浮起， 另一端仍留在焊盘上。 “立碑”是由于回流焊过程中焊锡熔化时，元件两端的焊锡表面张力 不一致造成的。可能的原因是不均衡的冷却或加热、过量的焊锡膏沉积、焊盘设计过大、钢 网太厚、元件和焊盘的可焊性差、助焊剂的性能差、焊锡膏合金类型不适合、贴装精度差等。 1、焊盘设计焊盘设计 通常，焊盘面积和焊盘间距越大越容易产生“立碑” ，研究
3、表明 0.30.38mm 尺寸的焊 盘和 0.23mm 的焊盘间距，可以使“立碑”减至最少。 PCB 设计时对焊盘热平衡的考虑不周，也是导致“立碑”的重要原因，通常焊盘与大 面积铜箔（如接地等）之间需进行热隔离设计，采用一根细的铜线连接。 2、钢网设计钢网设计 优化钢网设计是减少“锡珠”和“立碑”的最有效的方法之一， “房形”漏孔和“U 形” 漏孔是两种常用的开孔方式。 “锡珠”是在回流焊过程中，熔化的焊锡脱离焊盘引起的。通常是由于焊锡膏印刷过 量，元件贴装后将焊锡膏挤出焊盘而造成的。 “房形”漏孔和“U 形”漏孔的设计可以减少 焊锡膏的沉积量，避免被元件挤出焊盘，从而减少锡珠产生的机率，同时
4、也可以减少“立碑” PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http:/ 的产生机率。图 4 是一种“房形”漏孔设计的范例，图 5 是一种“U 形”漏孔的设计范例。 图 4 “房形”漏孔 图 5 “U 形”漏孔 除了焊锡膏的印刷量，焊锡膏在焊盘上的位置是否精准，也是一个很重要的因素，所 以需提高印刷精度。 “U 形”漏孔的设计规则是将焊盘宽度均分成三份，长度均分成二份，挖去焊盘内侧 中间的 1/3 部分， 所有边角进行弧形处理。 这种 “U 形” 漏孔， 对降低 0402 及更大元件的 “立 碑”现象也是十分有效的。 3、钢网厚度
5、钢网厚度 钢网的厚度会直接影响到焊锡膏的沉积厚度，进而影响“立碑”产生的机率。为了简 化设计，通常将 0201 元件与其他更大体积的分立元件的钢网厚度设计成一样的，这样，相 对较厚的焊锡膏产生了额外的杠杆作用（如图 6） ，就更易引起“立碑” 。为了防止“立碑” 的产生，设计成更薄的钢网是必需的，推荐的钢网厚度是 0.10- 0.12mm，实验表明 0.10mm 厚的钢网比 0.12mm 厚的钢网更能降低“立碑”的发生率。 图 6 1206 元件对 0201 元件的影响 4、贴装精度贴装精度 贴装偏移，特别是元件纵向偏移，使元件两端与焊盘重叠部分面积严重不对称，很容 易导致“桥连” 、 “锡珠
6、” 、 “立碑” 、 “偏移”等不良。目前大部分贴片机处理 0201 元件都已 达到其设计极限，取料、识别对中、贴装等过程的精度和可靠性都会有所下降，所以比较实 际的目标是在60m、3- sigma 的贴装精度要求下达到 99.9%的取料率。要达到这个目标也 不是很容易的，须事先对现有贴片机进行精度调校和验证，必要时进行设备升级或更新。 5、印刷工艺印刷工艺 印刷精度和焊锡膏的沉积量也是很重要的，由于 0201 元件体积很小，印刷稍有偏移就 可能引起不良。以下是几个关键的印刷工艺参数： 印刷间隙印刷间隙 印刷间隙指的是印刷时钢网底面与 PCB 表面之间的间隙，设置不当极易引起“桥连” 。 通过
7、调节印刷间隙可以调整焊锡膏的印刷沉积量，但也容易使焊锡膏污染钢网底面，使印刷 粘连。所以，接触印刷（印刷间隙为零）是推荐的印刷方式。 印刷速度和压力印刷速度和压力 PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http:/ 高速和高压力印刷会加快焊锡膏劣化并导致“漏印”和“焊锡膏沉积量不一致” 。在设 置印刷速度前，首先要根据贴装速度来确定印刷周期，尽量做到“即印即贴” ，无谓的提高 印刷速度是有害无益的。 印刷压力与印刷速度是相关的，印刷速度越高，印刷压力就越大。高速和高压力印刷会 使焊锡膏失去粘性而变得很稀，易使印刷后的焊锡膏塌落，
8、引起“桥连”和“锡珠” 。推荐 的印刷压力是按照刮刀的长度以 0.14- 0.26 Kg/cm 计算。 分离速度分离速度 分离速度是指印刷完成后钢网与 PCB 分离的速度。一般认为，分离速度越慢，印刷效 果越好。分离速度太快，容易引起焊锡膏“拉尖” （俗称“狗耳朵” ） 、 “钢网漏孔堵塞” 、 “焊 锡膏沉积量过少”和“漏印”等不良。推荐的分离速度是 2.5- 5mm/s。 6、回流曲线回流曲线 在生产高密度的 PCBA 时， “立碑”问题会一直困扰着你。因为 0201 元件易受周边大元 件的影响，解决的办法是降低升温斜率，尽量使 0201 元件两端的焊锡膏保持相同的升温速 度，同时达到熔点
9、，从而使两端焊锡张力达到一致，避免“立碑”产生。推荐的工艺参数： 从室温至 170左右的升温斜率是 11.5/S，峰值温度为 215，从 215降至 183的降 温斜率也是 11.5/S。 一般情况下，可以采用“直线型”回流曲线，升温斜率 0.6-1.8/S，效果最好。 但特殊情况下，如受回流炉长度和链速限制使回流曲线过短，PCB 过分复杂使 0201 元 件升温过快， 冷却部分使用氮气保护而使 0201 元件两端从液相到固相的转换时间不一致等， 都容易引起“立碑”不良率的上升。在这些情况下，采用“保温型”回流曲线是必需的。保 温区的温度为 150- 170，保温时间不能过长，否则会影响助焊剂
10、的作用效果，但也不能过 短，需保证 PCB 上所有元件达到热平衡。 7、焊锡膏的合金焊锡膏的合金 由于 Sn63/Pb37 是共晶合金，有着单一熔点，从液相到固相的转化是在 183时瞬间完 成的，这使元件两端焊锡的表面张力不一致的可能性大大增加了，所以 Sn63/Pb37 是共晶合 金更容易产生“立碑”不良。 而非共晶合金的两种焊接金属材料熔点不同，所以，在焊接过程中熔化有先后，使非共 晶合金有着从液相到固相的一个共存区，液相时间延长，使这有利于 0201 元件两个焊端的 充分润湿， 同时达到热平衡。 试验表明， 采用非共晶焊料可以显著提高焊接效果和焊点强度。 所以要降低“立碑”不良率，采用非
11、共晶合金是一个可行的办法。 8、合金粉颗粒大小合金粉颗粒大小 焊锡膏中的合金粉末是按尺寸分类的，分类号越大，粉末颗粒越细。0201 元件最常用的 是 3 类焊锡膏，4 类焊锡膏虽然可以使印刷更容易，但因其有更大的合金表面积，所以更容 易氧化和变干，另外，4 类焊锡膏也更贵。 9、结论结论 由于 0201 元件尺寸的缩小，装联工艺中不良（特别是“立碑” ）的发生率会显著上升， 按照以上工艺方法，可以降低或消除许多不良，但要取得更好的效果，还需要在生产实践中 对印刷、贴装、回流各工序的工艺参数作深入的优化，当然，钢网设计和焊锡膏选型也是不 能忽视的。 本文根据SMTA 2004 Conference Proceedings on CD- ROM资料编译： 0201 ASSEMBLY & MATERIALS CONSIDERATIONS David Suraski AIM Cranston, RI, USA PDF created with FinePrint pdfFactory trial version http:/
