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高效率0201工艺特征

最近研究找到了影响0201元件装配工艺缺点数量变量...。即使现在大多数企业还没有达成0201这一工艺水平，不过本文所使用研究方法和得到研究结果值得我们学习和借鉴，方便愈加好地做好我们1206、0805、0603、0402...

在过去几年中，消费品电子工业已经显著地出现迅猛增加，这是因为越来越多人佩带手机、传呼机和个人电子辅助用具。有趋势显示，每十二个月所贴装无源元件数量在快速增加，而元件尺寸在稳步地减小。将产品变得越来越小、越快和越廉价需求，推进着对提升小型化技术研究永无止境需求。大多数消费品电子制造商正在将0201元件使用到其最新设计中去，在很快未来，其它工业也将采取这一技术。

所以，将超小型无源元件装配和工艺特征化是理所当然。我们需要研究来定义焊盘设计和印刷、贴装和回流工艺窗口，以满足取得0201无源元件较高第一次经过合格率和较高产出需求。最近进行了一个0201元件高速装配研究，对每一个工艺步骤进行了调查研究。研究目标是要为高速0201装配开发一个初始工艺特征，尤其是工艺限制和变量。

试验准备

对应于锡膏印刷、元件贴装和回流焊接，进行了三套关键试验。为了了解每个工艺步骤最整个0201装配工艺影响，我们进行检验了每个工艺步骤。在工艺次序方面，只改变研究下工艺步骤变量，而其它工艺参数保持不变。我们设计了一个试验载体(图一)，提供以下数据：

图一、试验载体

0201到0201间距：焊盘边缘到边缘距离按4,5,6,8,10和12mil(千分之一英寸)改变

焊盘尺寸影响，标称焊盘尺寸为12x13mil矩形焊盘、中心到中心间距为22mil。标称焊盘改变为±10%、20%和30%。

元件方向，在单元A、B、C和D中，研究元件方向为0°和90°。E和F单元研究±45°角度对0201工艺影响。

单元1至6研究0201和其它无源元件包含0402、0603、0805和1206之间相互影响。这些分块用来决定0201元件对其它较大无源元件大致影响，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改变。

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FR-4环氧树脂板，厚度1.57mm。迹线金属喷镀由铜、无电解镍和浸金所组成。全部测试板使用相同装配设备装配：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无源元件印刷特征，我们使用了一个试验设计方法(DOE,designforexperiment)，试验了印刷工艺多个变量：锡膏目数、刮刀类型、模板分开速度、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原因会影响0201装配印刷工艺。度量标准是印刷缺点数量和锡膏厚度测量。结果是基于95%可信度区间，从统计分析上决定关键原因。印刷缺点定义为在印刷后没有任何锡膏空焊盘和锡桥。

对于这个印刷试验，模板厚度为125微米，100%开孔率，商业使用免洗锡膏。印刷机设定是基于锡膏制造商推荐值，在推荐范围中间。

模板印刷试验结果

表一列出只检验印刷影响试验。使用了三个度量标准来评定每个试验条件。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

锡膏厚度标准偏差用作第二个度量标准。图二显示来自八个试验平均高度和高度标准偏差。

图二、从第一次模板印刷试验得到印刷高度结果

第三个度量标准是缺点总数。用光学检验单元1-6和A-D选择部分，统计缺点数量。含有锡桥焊盘和没有锡膏焊盘被认为是缺点(图三)。

图三、从第一次模板印刷试验得到缺点结果

基于这些度量标准和使用95%可信度区间，在统计分析上唯一关键关键影响是刮刀类型。锡膏类型、分离速度和锡膏滞留时间有低于85%可信度区间。

分离速度和擦拭频率试验

进行第二个更小试验是要检验分离速度和擦拭频率影响。调查模板擦拭频率，是因为它影响产量。因为模板擦拭大大增加模板印刷机周期时间，所以在生产中应该避免或降低这个步骤。

进行这个试验是要决定是否对于0201装配必需做模