优化0201元件装配工艺参数提高焊点良品率

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:547

摘要：0603和0402元件已普遍使用了很多年，在批量应用时具有很高的成品率。最近0201元件也开始在高密度产品中使用，尺寸大约只有0402的四分之一。本文对0201元件焊点进行研究，主要讨论组装工艺和线路板设计等参数在批量进行回流焊时对这些元件成品率产生的影响。

随着表面贴装技术越来越成熟，人们不断要求缩小电子产品的尺寸和重量。由于主动和被动元件尺寸的缩小以及印刷电路板技术的改进，出现了体积更小、重量更轻、性能更优良的终端产品。目前还在做进一步研究继续缩小元件尺寸，使得设计者能用更小的印刷电路板实现预定功能。

0201元件特性

电子消费品的小型化发展趋势使得电子零件从80年代的1210、1206缩小到90年代末期的0402和0201，变化的主要动力来自于市场对小型化低成本高性能产品的需求。0201元件在体积和重量上比0402小75%，占用板面空间小66%，用这种零件可以大大降低手持式或便携式消费类电子产品的尺寸、重量和体积。图1是五种元件的尺寸对比情况。

在高频应用场合，0201电容的等效串联电阻(esr)和阻抗较低，所以比0402性能更优。电介质层的厚度减小及层数增多使0201电容的容值范围和0402电容相同，其容值范围能满足大约百分之八十高频模组的要求。

试验条件

试验采用一块既有0201又有0402元件的印刷线路板，它是一个单面板，长12.5英寸宽7.5英寸，厚度是标准的0.062英寸。两种元件的焊盘分别设计了三种不同的宽度、长度和焊盘间距，互相组合可以得到27种不同的焊盘形式，将同样的焊盘复制120个排成一排。

试验中分别采用0.008英寸、0.012英寸、0.016英寸和0.020英寸四种元件间隔，每种焊盘以三十个为一组进行间隔测试。所有焊盘的走线都从焊盘端部延伸出去，元件间隔试验以相邻元件的侧向(而非端对端)间隔进行。设计的试验板在组装完成后，上面共有12,960个元件。另外试验板上对每一种焊盘都同时设计了0°和90°两个方向。

试验中焊膏印刷使用厚度为0.005英寸的不锈钢激光切割模板，模板开孔间距约为0.008英寸，模板没有用微蚀刻及表面电镀。选择0.005英寸厚度是在0.004英寸和0.006英寸之间折衷的结果，更薄的0.004英寸模板能使0201元件焊膏印刷效果更好，但同时却会减少大多数应用中经常用到的其他类元件的焊锡量；而不使用0.006英寸模板则是因为0201元件焊膏印刷效果不能接受。

试验同时使用免清洗型和水溶型焊膏，两种焊膏均为90%固体含量和四号锡粉颗粒，选择两种焊膏是因为它们包含了两种应用最广的助焊剂类型。焊膏分别由两家不同的供应商提供，焊膏稠度约为900kcps。

焊膏印刷使用dek公司的265 gsx印刷机，印刷工艺参数设定如下：

a) 印刷速度：1.0英寸/秒

b) 刮刀类型：金属刀片(自动转换)

c) 刮刀角度：60度

d) 刮刀压力：2.3磅/英寸

e) 印刷间隙：0(全接触)

f) 分离速度：0.02英寸/秒

元件贴片由环球仪器公司的4796r hsp贴片机完成，自始至终对x轴和y轴同时使用自动拾取校正。自动拾取校正能提高元件拾取的可靠性，z轴(高度)在零件拾取和贴装时也采取完全受控方式，以提高拾取的可靠性并保证在试验中不会出现贴装压力过大或不足的情况。

回流焊使用一台heller公司的1,800w强制对流炉，该回流焊系统包含8个加热区和一个冷却区。试验使用了两种回流焊接环境，一种是空气环境，另一种是充氮环境(回流焊接区内的氧气含量在50ppm以下)。图2给出了试验使用的回流焊温度曲线。

不良种类

试验过程中我们观察到在试验板上出现了五种不良，分别是立碑、锡桥、焊球、锡量不足和锡量过多。

试验结果

图1显示出三种不同组装工艺的良品率情况。由图可见，使用免清洗焊膏在空气环境下进行回流焊产生的不良最少，总数为66个；使用水溶性焊膏在空气环境下进行回流焊次之，不良有1,499个；使用免清洗型焊膏在充氮环境下进行回流焊产生的不良数最多，为5,665个。图3还表明在充氮环境下以及焊膏助焊成分活性增大(水溶性焊膏)时，产生的不良数目会增多。

研究三种组装工艺的不良类型分布发现，立碑(开路)和锡桥是两个主要缺陷。水溶性焊膏在空气环境下焊接产生的锡桥比例最低，为7.0%，接下来是免清洗焊膏在充氮环境中焊接，为15.0%，而免清洗焊膏在空气环境中焊接产生的锡桥最多，为21.0%。

图2是三种不同组装工艺中锡桥与元件间隔之间的关系。从图中看出，元件间隔在0.012英寸或更大时没有发生任何锡桥