高效率的0201工藝特征

高效率的0201工藝特征ByDanialF.Baldwin,PaulN.Houston,BrianJ.LewisandBrianA.Smith最近的研究找到了影響0201元件裝配工藝缺陷數量的變量...。雖然目前大多數公司還沒有達到0201這一工藝水平，但是本文所使用的研究方法和得到的研究結果值得我們學習和借鑒，以便更好地做好我們的1206、0805、0603、0402...在過去幾年中，消費品電子工業(yè)已經明顯地出現迅猛的增長，這是因為越來越多的人佩帶手機、傳呼機和個人電子輔助用品。有趨勢顯示，每年所貼裝的無源元件的數量在迅速增加，而元件尺寸在穩(wěn)步地減小。將產品變得越來越小、越快和越便宜的需求，推動著對提高小型化技術研究的永無止境的需求。大多數消費品電子制造商正在將0201元件使用到其最新的設計中去，在不久的將來，其它工業(yè)也將采取這一技術。因此，將超小型無源元件的裝配與工藝特征化是理所當然的。我們需要研究來定義焊盤的設計和印刷、貼裝與回流工藝窗口，以滿足取得0201無源元件的較高第一次通過合格率和較高產出的需求。最近進行了一個0201元件的高速裝配研究，對每一個工藝步驟進行了調查研究。研究的目標是要為高速的0201裝配開發(fā)一個初始的工藝特征，特別是工藝限制與變量。試驗的準備對應于錫膏印刷、元件貼裝和回流焊接，進行了三套主要的試驗。為了理解每個工藝步驟最整個0201裝配工藝的影響，我們進行檢查了每個工藝步驟。在工藝順序方面，只改變研究下的工藝步驟的變量，而其它工藝參數保持不變。我們設計了一個試驗載體(圖一)，提供如下數據：

圖一、試驗載體0201到0201的間距：焊盤邊沿到邊沿的距離按4,5,6,8,10和12mil(千分之一英寸)變化焊盤尺寸的影響，標稱焊盤尺寸為12x13mil的矩形焊盤、中心到中心間距為22mil。標稱焊盤變化為±10%、20%和30%。元件方向，在單元A、B、C和D中，研究的元件方向為0°和90°。E和F單元研究±45°角度對0201工藝的影響。單元1至6研究0201與其它無源元件包括0402、0603、0805和1206之間的相互影響。這些分塊用來決定0201元件對其它較大的無源元件的大致影響，它可影響印刷、貼裝和回流焊接(散熱)。這里，焊盤對焊盤間距為本4、5、6、8、10和12mil。另外，0201焊盤尺寸在這六個單元上變化。測試載體含有6,552個0201、420個0402、252個0603、252個0805、252個1206，總共7,728個無源元件。基板是標準的FR-4環(huán)氧樹脂板，厚度1.57mm。跡線的金屬噴鍍由銅、無電解鎳和浸金所組成。所有測試板使用相同的裝配設備裝配：一部模板印刷機、一部高速元件貼裝機、和一臺七溫區(qū)對流回流焊接爐。模板印刷試驗為了表現對0201無源元件印刷的特征，我們使用了一個試驗設計方法(DOE,designforexperiment)，試驗了印刷工藝的幾個變量：錫膏的目數、刮刀的類型、模板的分開速度、和印刷之間模板上錫膏滯留時間。這個DOE是設計用來決定是否這些因素會影響0201裝配的印刷工藝。度量標準是印刷缺陷的數量和錫膏厚度的測量。結果是基于95%的可信度區(qū)間，從統(tǒng)計分析上決定重要因素。印刷缺陷定義為在印刷后沒有任何錫膏的空焊盤以及錫橋。對于這個印刷試驗，模板厚度為125微米，100%的開孔率，商業(yè)使用的免洗錫膏。印刷機的設定是基于錫膏制造商的推薦值，在推薦范圍的中間。模板印刷的試驗結果

表一列出只檢查印刷影響的試驗。使用了三個度量標準來評估每個試驗條件。第一個度量標準是平均錫膏印刷高度。使用一部激光輪廓測定儀從四個象限測量16個數據。表一、第一個模板印刷試驗的試驗設計試驗編號錫膏類型刮刀類型錫膏滯留時間(分鐘)分開速度(cm/s)1III金屬0.50.052III金屬100.133III聚合物0.50.054III聚合物100.135IV金屬100.056IV金屬0.50.137IV聚合物0.50.058IV聚合物100.13錫膏厚度的標準偏差用作第二個度量標準。圖二顯示來自八個試驗的平均高度和高度標準偏差。

圖二、從第一次模板印刷試驗得到的印刷高度結果第三個度量標準是缺陷總數。用光學檢查單元1-6和A-D的選擇部分，記錄缺陷數量。含有錫橋的焊盤和沒有錫膏的焊盤被認為是缺陷(圖三)。

圖三、從第一次模板印刷試驗得到的缺陷結果基于這些度量標準和使用95%的可信度區(qū)間，在統(tǒng)計分析上唯一的重要的主要影響是刮刀類型。錫膏類型、分離速度和錫膏滯留時間有低于85%的可信度區(qū)間。分離速度與擦拭頻率試驗進行第二個更小的試驗是要檢查分離速度和擦拭頻率的影響。調查模板擦拭頻率，是由于它影響產量。因為模板擦拭大大增加模板印刷機的周期時間，所以在生產中應該避免或減少這個步驟。進行這個試驗是要決定是否對于0201裝配必須做模板擦拭，以獲得良好的印刷。另外還希望確定是否分離速度是一個重要因素，所以將它包括在本試驗中。使用0.05和0.13cm/sec的分離速度。對這兩次運行，使用了IV類型的錫膏和金屬刮刀，沒有滯留時間。表二中列出試驗9和10的結果。這些結果與試驗5和6(來自表一)比較，也是使用了IV型錫膏和金屬刮刀?；谶@些結果，模板擦拭頻率是這個試驗的唯一主要影響。表二、第二次模板印刷試驗結果試驗編號分離速度(cm/s)擦拭頻率平均(mil)標準偏差缺陷數50.05每次印刷149.9713.451560.13每次印刷149.3620.204390.05無145.7715.41236100.13無136.4515.19238貼裝試驗做一個試驗來確定是否基準點形狀或基準點定義方法對元件貼裝有影響。基準點形狀使用了圓形和十字形基準點，而基準點清晰度方面使用了阻焊與金屬界定的基準點。這些試驗的度量是使用視覺元件檢查。用來評估每個試驗條件的標準是0201元件的貼裝精度。元件貼裝在板上的四個象限內(象限4、19、25和40)。這些象限是橫穿電路板的，象限4和25使用+30%的焊盤尺寸(17x19mil)，而象限19和40使用標稱焊盤尺寸(12x13mil)。元件貼裝在水平與垂直兩個方向。四百八十個0201元件貼裝在每塊板上，每個試驗總共1920個元件。元件焊盤邊沿到邊沿的間隔范圍從5-12mil。在貼裝試驗中。最好的貼裝發(fā)現在象限4，逐漸地在板上向左偏移，很可能是由于在很大的試驗載體上伸展的緣故。因此，貼裝的最大偏移發(fā)生在象限40。當使用金屬界定的十字型基準點時發(fā)生最壞的偏移，在象限40的元件幾乎跨接焊盤。同時也注意到對于金屬界定的圓形基準點比無任哪一種阻焊界定的基準點的偏移更大。表三顯示對于象限40的四個試驗的平均的X和Y的偏移。基于這些結果，阻焊界定的基準點提供比金屬界定的基準點更好的板上貼裝精度?；鶞庶c的形狀對元件的貼裝精度沒有大的影響。表三、對象限40的貼裝試驗的平均試驗偏差基準點圖案平均X偏差(微米)平均Y偏差(微米)阻焊界定的圓223金屬界定的十字1122金屬界定的圓539阻焊界定的十字154回流焊接試驗為了確定是否某些變量對0201回流焊接有影響，我們進行了另一個試驗。研究的變量是保溫時間、保溫溫度、液相線以上的時間和峰值溫度。這些參數在一個要求九次不同反復的DOE中設定(表四)。所有變量都在錫膏供應商所提供的錫膏規(guī)格范圍內。表四、回流試驗設計試驗編號保溫時間(秒)保溫溫度(°C)液相以上時間(秒)峰值溫度(°C)145-50125-13555-65217-219255-60165-17555-65211-214345-50145-15545-50211-214425-35165-17545-50217-219525-35145-15555-65222-225625-35125-13535-40211-214745-50165-17535-40222-225855-60125-13545-50222-225955-60145-15535-40217-219對這個試驗，印刷和貼裝工藝保持不變，而對回流溫度曲線作改變。使用的印刷工藝與印刷試驗中使用的相同，是本研究中找到的較好的變量。使用的貼裝參數是與在貼裝期間使用阻焊界定的圓形基準點相同的。使用了對錫橋和直立的視覺和X射線檢查標準，對于統(tǒng)計上認為重要的因素要求95%或更高的可信度區(qū)間?；亓骱附釉囼灲Y果

對于在表五中所列出的每一個試驗，重復做三次，每次重復總共564個元件，或者每個試驗1692個元件。在每一塊測試板上，貼裝了396個0201無源元件。這些元件貼裝在15x17mil和12x13mil的焊盤上，以6mil和10mil的焊盤邊沿對邊沿的距離排列。除了0201元件之外，168個0402、0603、0805和1206也貼裝，以決定一個產生可接受的0201元件的工藝會怎樣影響較大的無源元件。使用了三個標準來評估每個試驗條件：焊點質量、元件豎立和錫橋。所有的試驗條件都產生良好的焊接點，完全以細粒度濕潤。我們也檢查了回流焊接的元件中缺陷的數量。確定的缺陷是錫橋和元件豎立。錫橋在兩個相鄰的焊接點連接到一起的時候發(fā)生，將元件短接在一起。這個缺陷很可能在以非常密的焊盤對焊盤間距貼裝的元件上發(fā)生。當一個元件脫離一個焊盤而立起的時候發(fā)生元件豎立(tombstoning)。元件豎立一般是由元件不均衡的濕潤所造成的，或者當元件放在一個表面積大得多的焊盤上的時候。所有這些缺陷都在0201元件上找到。可是，沒有一個較大的元件出現元件豎立或錫橋，這顯示使用的裝配工藝對較大的元件并不是不利的。

圖四、錫橋與元件豎立的X射線圖象圖四顯示顯示一個X射線圖象，它包含錫橋和元件豎立。錫橋、元件豎立的數量和總的缺陷在表五中顯示。圖五描述每個試驗發(fā)生的缺陷數量。表五、回流焊接試驗結果試驗編號貼裝0201總數錫橋豎立總缺陷缺陷率(%)其它元件缺陷缺陷率(DPM)11,188615211.77017,67721,1881010.08084231,1880000.000041,1880000.000051,1880220.1701,68461,188611171.43014,31071,1880000.000081,1884370.5905,89291,1880000.0000

圖五、回流焊接試驗結果基于這些度量標準和使用95%的可信度區(qū)間，唯一在統(tǒng)計上重要的主要影響是保溫溫度，它具有大于97%的可信度區(qū)間。保溫時間、液相線以上的時間和峰值溫度具有的可信度區(qū)間小于40%，因此被認為是隨機誘發(fā)的影響。保溫溫度的主要作用是在低保溫溫度和其它水平之間，因為在中等與高保溫溫度的結果之間存在的差別很小。結論從第一次模板印刷試驗的數據顯示，只有刮刀類型對錫膏高度和缺陷數量具有統(tǒng)計意義上的重要影響。如錫膏高度數據所顯示的，在第III和IV類錫膏之間就錫膏數量而言存在很少甚至沒有差別。雖然存在很少差別，我們選擇了第IV類錫膏作進一步研究，因為在研究的這個階段只檢測大的模板開孔。第二次印刷試驗證實分離速度對錫膏高度和缺陷沒有統(tǒng)計意義上的影響，但是擦拭頻率有。錫膏缺陷的數量在這兩次試驗中比在用每一次印刷都擦拭模板的類似試驗中要多得多。從貼裝試驗的數據顯示，只有用于定義基準點的方法對貼裝精度有重要影響。阻焊界定的基準點-不管圓形還是十字形-都比金屬界定的基準點達到更高的貼裝精度。從回流焊接試驗的數據顯示，只有保溫溫度對焊接點品質和缺陷數量有重要影響。如缺陷數據所顯示，在不同保溫時間、液相線以上時間或峰值溫度之間存在很少或沒有差別。當使用低的保溫溫度時，缺陷數量大大增加。本研究檢驗了某些變量對0201無源元件工藝的影響。研究發(fā)現諸如刮刀類型、模板擦拭頻率和保溫溫度這些變量影響工藝缺陷的數量。還有，諸如錫膏滯留時間、液相線以上時間和峰值溫度等變量對工藝缺陷數量有很小到沒有影響。潮濕敏感元件ByRobertRowland本文介紹，應該清楚地認識到元件對潮濕的敏感性是一個復雜的主題。潮濕敏感性元件的主題是相當麻煩但很重要的-并且經常被誤解的。由于潮濕敏感性元件使用的增加，諸如薄的密間距元件(fine-pitchdevice)和球柵陣列(BGA,ballgridarray)，使得對這個失效機制的關注也增加了。當元件暴露在回流焊接期間升高的溫度環(huán)境下，陷于塑料的表面貼裝元件(SMD,surfacemountdevice)內部的潮濕會產生足夠的蒸汽壓力損傷或毀壞元件。常見的失效模式包括塑料從芯片或引腳框上的內部分離(脫層)、線捆接損傷、芯片損傷、和不會延伸到元件表面的內部裂紋等。在一一些極端的情況中，裂紋會延伸到元件的表面；最嚴重的情況就是元件鼓脹和爆裂(叫做“爆米花”效益)。

IPC-美國電子工業(yè)聯合會制訂和發(fā)布了IPC-M-109,潮濕敏感性元件標準和指引手冊。它包括以下七個文件：IPC/JEDECJ-STD-020塑料集成電路(IC)SMD的潮濕/回流敏感性分類IPC/JEDECJ-STD-033潮濕/回流敏感性SMD的處理、包裝、裝運和使用標準IPC/JEDECJ-STD-035非氣密性封裝元件的聲學顯微鏡檢查方法IPC-9501用于評估電子元件(預處理的IC元件)的印刷線路板(PWB,printedwiringboard)的裝配工藝過程的模擬方法IPC-9502電子元件的PWB裝配焊接工藝指南IPC-9503非IC元件的潮濕敏感性分類IPC-9504評估非IC元件(預處理的非IC元件)的裝配工藝過程模擬方法原來的潮濕敏感性元件的文件，IPC-SM-786,潮濕/回流敏感性IC的檢定與處理程序，不再使用了。

IPC/JEDECJ-STD-020定義了潮濕敏感性元件，即由潮濕可透材料諸如塑料所制造的非氣密性包裝的分類程序。該程序包括暴露在回流焊接溫度接著詳細的視覺檢查、掃描聲學顯微圖象、截面和電氣測試等。

測試結果是基于元件的體溫，因為塑料模是主要的關注。`標準的回流溫度是220°C+5°C/-0°C，但是回流試驗發(fā)現，當這個溫度設定為大量元件的電路板的時候，小量元件可達到235°C。如果可能出現更高的溫度，比如可能出現小量與大量元件的情況，那么推薦用235°C的回流溫度來作評估?？墒褂脤α鳛橹?、紅外為主或汽相回流設備，只要它可達到按照J-STD-020的所希望的回流溫度曲線。

下面列出了八種潮濕分級和車間壽命(floorlife)。有關保溫時間標準的詳情，請參閱J-STD-020。1級-小于或等于30°C/85%RH無限車間壽命2級-小于或等于30°C/60%RH一年車間壽命2a級-小于或等于30°C/60%RH四周車間壽命3級-小于或等于30°C/60%RH168小時車間壽命4級-小于或等于30°C/60%RH72小時車間壽命5級-小于或等于30°C/60%RH48小時車間壽命5a級-小于或等于30°C/60%RH24小時車間壽命6級-小于或等于30°C/60%RH72小時車間壽命(對于6級，元件使用之前必須經過烘焙，并且必須在潮濕敏感注意標貼上所規(guī)定的時間限定內回流。)增重(weight-gain)分析(參閱J-STD-020)確定一個估計的車間壽命，而失重(weight-loss)分析確定需要用來去掉過多元件潮濕的烘焙時間。J-STD-033提供有關烘焙溫度與時間的詳細資料。

IPC/JEDECJ-STD-033提供處理、包裝、裝運和烘焙潮濕敏感性元件的推薦方法。重點是在包裝和防止潮濕吸收上面-烘焙或去濕應該是過多暴露發(fā)生之后使用的最終辦法。

干燥包裝涉及將潮濕敏感性元件與去濕劑、濕度指示卡和潮濕敏感注意標貼一起密封在防潮袋內。標貼含有有關特定溫度與濕度范圍內的貨架壽命、包裝體的峰值溫度(220°C或235°C)、開袋之后的暴露時間、關于何時要求烘焙的詳細情況、烘焙程序、以及袋的密封日期。

1級。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標貼是不要求的，除非元件分類到235°C的回流溫度。

2級。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是要求的、標貼是要求的。

2a~5a級。裝袋之前干燥是要求的，裝袋與去濕劑是要求的、標貼是要求的。

6級。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標貼是要求的。

元件干燥使用去濕或烘焙兩種方法之一。室溫去濕，可用于那些暴露在30°C/85%RH條件下少于8小時的元件，使用標準的干燥包裝方法或者一個可以維持25°C±5°C、濕度低于10%RH的干燥箱。

烘焙比許多人所了解的要更復雜一點。對基于級別和包裝厚度的干燥前與后的包裝，有一些烘焙的推薦方法。預烘焙用于干燥包裝的元件準備，而后烘焙用于在車間壽命過后重新恢復元件。請查閱并跟隨J-STD-033中推薦的烘焙時間/溫度。烘焙溫度可能通過氧化引腳或引起過多的金屬間增生(intermetallicgrowth)而降低引腳的可焊接性。不要將元件存儲在烘焙溫度下的爐子內。記住，高溫托盤可以在125°C之下烘焙，而低溫托盤不能高于40°C。

IPC的干燥包裝之前的預烘焙推薦是：

包裝厚度小于或等于1.4mm：對于2a~5a級別，125°C的烘焙時間范圍8~28小時，或150°C烘焙4~14小時。

包裝厚度小于或等于2.0mm：對于2a~5a級別，125°C的烘焙時間范圍23~48小時，或150°C烘焙11~24小時。

包裝厚度小于或等于4.0mm：對于2a~5a級別，125°C的烘焙時間范圍48小時，或150°C烘焙24小時。

IPC的車間壽命過期之后的后烘焙推薦是：

包裝厚度小于或等于1.4mm：對于2a~5a級別，125°C的烘焙時間范圍4~14小時，或40°C烘焙5~9天。

包裝厚度小于或等于2.0mm：對于2a~5a級別，125°C的烘焙時間范圍18~48小時，或40°C烘焙21~68天。

包裝厚度小于或等于4.0mm：對于2a~5a級別，125°C的烘焙時間范圍48小時，或40°C烘焙67或68天。

通過了解IPC-M-109，潮濕敏感性元件標準與指引手冊，可避免有關潮濕敏感性的問題。焊盤的結構ByRobertRowland本文介紹，焊盤的基本概念及其有關的行業(yè)標準。焊盤(land)，表面貼裝裝配的基本構成單元，用來構成電路板的焊盤圖案(landpattern)，即各種為特殊元件類型設計的焊盤組合。沒有比設計差勁的焊盤結構更令人沮喪的事情了。當一個焊盤結構設計不正確時，很難、有時甚至不可能達到預想的焊接點。焊盤的英文有兩個詞：Land和Pad，經?？梢越惶媸褂?；可是，在功能上，Land是二維的表面特征，用于可表面貼裝的元件，而Pad是三維特征，用于可插件的元件。作為一般規(guī)律，Land不包括電鍍通孔(PTH,platedthrough-hole)。旁路孔(via)是連接不同電路層的電鍍通孔(PTH)。盲旁路孔(blindvia)連接最外層與一個或多個內層，而埋入的旁路孔只連接內層。如前面所注意到的，焊盤Land通常不包括電鍍通孔(PTH)。一個焊盤Land內的PTH在焊接過程中將帶走相當數量的焊錫，在許多情況中產生焊錫不足的焊點?？墒牵谀承┣闆r中，元件布線密度迫使改變到這個規(guī)則，最值得注意的是對于芯片規(guī)模的封裝(CSP,chipscalepackage)。在1.0mm(0.0394")間距以下，很難將一根導線布線通過焊盤的“迷宮”。在焊盤內產生盲旁通孔和微型旁通孔(microvia)，允許直接布線到另外一層。因為這些旁通孔是小型和盲的，所以它們不會吸走太多的焊錫，結果對焊點的錫量很小或者沒有影響。有許多的工業(yè)文獻出于IPC(AssociationConnectingElectronicsIndustries),EIA(ElectronicIndustryAlliance)和JEDEC(SolidStateTechnologyAssociation)，在設計焊盤結構時應該使用。主要的文件是IPC-SM-782《表面貼裝設計與焊盤結構標準》，它提供有關用于表面貼裝元件的焊盤結構的信息。當J-STD-001《焊接電氣與電子裝配的要求》和IPC-A-610《電子裝配的可接受性》用作焊接點工藝標準時，焊盤結構應該符合IPC-SM-782的意圖。如果焊盤大大地偏離IPC-SM-782，那么將很困難達到符合J-STD-001和IPC-A-610的焊接點。元件知識(即元件結構和機械尺寸)是對焊盤結構設計的基本的必要條件。IPC-SM-782廣泛地使用兩個元件文獻：EIA-PDP-100《電子零件的注冊與標準機械外形》和JEDEC95出版物《固體與有關產品的注冊和標準外形》。無可爭辯，這些文件中最重要的是JEDEC95出版物，因為它處理了最復雜的元件。它提供有關固體元件的所有登記和標準外形的機械圖。JEDEC95出版物庫中的任何圖都可從JEDEC的網站()免費下載。JEDEC出版物JESD30(也可從JEDEC的網站免費下載)基于封裝的特征、材料、端子位置、封裝類型、引腳形式和端子數量，定義了元件的縮寫語。特征、材料、位置、形式和數量標識符是可選的。封裝特征：一個單個或多個字母的前綴，確認諸如間距(pitch)和輪廓等特征。

封裝材料：一個單字母前綴，確認主體封裝材料。

端子位置：一個單字母前綴，確認相對于封裝輪廓的端子位置。

封裝類型：一個雙字母標記，指明封裝的外形類型。

引腳新式：一個單字母后綴，確認引腳形式。

端子數量：一個一位、兩位或三位的數字后綴，指明端子數量。表面貼裝有關封裝特性標識符的一個簡單列表包括：E擴大間距(>1.27mm)F密間距(<0.5mm)；限于QFP元件S收縮間距(<0.65mm)；除QFP以外的所有元件。T薄型(1.0mm身體厚度)表面貼裝有關端子位置標識符的一個簡單列表包括：Dual引腳在一個正方形或矩形封裝相反兩側。Quad引腳在一個正方形或矩形封裝的四側。表面貼裝有關封裝類型標識符的一個簡單列表包括：CC芯片載體(chipcarrier)封裝結構FP平封(flatpack)封裝結構GA柵格陣列(gridarray)封裝結構SO小外形(smalloutline)封裝結構表面貼裝有關引腳形式標識符的一個簡單列表包括：B一種直柄或球形引腳結構；這是一種非順應的引腳形式F一種平直的引腳結構；這是一種非順應的引腳形式G一種翅形引腳結構；這是一種順應的引腳形式J一種“J”形彎曲的引腳結構；這是一種順應的引腳形式N一種無引腳的結構；這是一種非順應的引腳形式S一種“S”形引腳結構；這是一種順應的引腳形式例如，縮寫詞F-PQFP-G208，描述0.5mm(F)塑料(P)方形(Q)平面封裝(FP)，翅形引腳(G)，端子數量208。對元件和板表面特征(即焊盤結構、基準點等)的詳細公差分析是必要的。IPC-SM-782解釋了怎樣進行這個分析。許多元件(特別是密間距元件)是嚴格公制單位設計的。不要為公制的元件設計英制的焊盤結構。累積的結構誤差產生不配合，完全不能用于密間距元件。記住，0.65mm等于0.0256"，0.5mm等于0.0197"。在IPC-SM-782標準內，每個元件與相應的焊盤結構組織在四個頁面中。結構如下：第一頁包括有關元件的通用信息，包括可應用文件、基本結構、端子或引腳數量、標記、載體封裝格式、工藝考慮、和焊接阻力。第二頁包括設計焊盤結構所必須的元件尺寸，對于其它元件信息，參考EIA-PDP-100和95出版物。第三頁包括相應焊盤結構的細節(jié)與尺寸。為了產生最適合的焊接點條件，在這頁上描述的焊盤結構是基于最大材料情況(MMC,maximummaterialcondition)。使用最小材料情況(LMC,leastmaterialcondition)時，尺寸可能影響焊接點的形成。第四頁包括元件與焊盤結構的公差分析。它也提供對于焊接點的形成應該期望得到什么的詳細內容。焊點強度受錫量的影響。在決定不使用基于MMC尺寸的焊盤結構之前，應該進行公差分析和焊接點評估。在IPC的網站上()有免費的、可下載的焊盤結構計算器。在IPC-SM-782的附錄A中可找到詳細的計算器的解釋。SMTPlus也有焊盤結構庫的書或CD-ROM。也可購買計算機輔助設計(即,Allegro,PADS)許可證。IPC,EIA()和JEDEC文件可以直接從這些組織購買，或通過GlobalEngineeringDocuments()購買?！秚heStatusandActionPlan2000》中的第四章是另一個元件信息來源?？梢詮腟urfaceMountCouncil的網站()免費下載。SMT貼片膠的印刷ByHeraeusLtd.本文介紹，印膠模板的制作要求與特點、及膠劑印刷工藝。技術上的考慮最近印刷技術已經得到許多的重視。大家都知道該技術是用于錫膏印刷的。對印刷SMT膠的主要推動力是這個應用方法具有更高的產出。多年來，世界上許許多多的制造商都已經在用一種80目的絲網或一種模板來施膠，使用的是通常用于錫膏印刷的一種傳統(tǒng)印刷技術。賀利氏的SMT膠PD860002、PD922、PD943和PD945在該工藝中得到成功應用。一個主要問題是要用不同的高度來產生膠點，以使得能夠處理離地間隙很大的元件。在1995年介紹了一種“新的”印刷技術，它允許可重復地得到不同直徑和不同高度的膠點。一種專門開發(fā)的膠劑PD955PY就是用來用來獲得最佳的結果。1.以不同的高度產生膠點

當印刷錫膏時，人們希望的是所有錫膏都從模板的開孔轉移到PCB。這種“新的”印刷技術利用了這樣一個事實，即不是所有的膠劑都會從模板轉移到PCB。該工藝是基于膠對模板和PCB有不同的附著力這個特點，(模板厚度是常數)：

如果模板開孔小，例如0.5mm，那么膠與模板之間的附著力好，以至于膠大部分的膠還留在模板內。PCB上膠點的高度小(GDH低).隨著模板開孔的尺寸增加，膠與PCB之間的附著力也增加，更多的膠劑從模板轉移到PCB-GDH增加。2.模板類型

2.1金屬模板

大體上，可以使用象錫膏印刷相同的模板。主要差別是在模板的厚度上。印刷膠劑的最小厚度實際上為250微米。在這個行業(yè)，激光切割的模板可以得到良好的結果，相當重要的原因是交貨時間短和可以從本地供應商那里采購這樣一個事實。金屬模板在印刷期間出現很小的XY方向上的延伸，這使得可以在板上得到更加精密的膠點。清潔比塑料模板更加容易，沒有可能發(fā)生靜電放電的危險。250-300微米厚度的金屬模板優(yōu)點缺點交貨時間短

可以從本地供應商采購

印刷期間延伸小

容易清潔柔性小金屬模板的一個缺點是其較低的柔性，柔性是與不平的PCB改善密封性的一個優(yōu)勢。為了補償這一點，金屬模板應該固定在一個絲網盡可能寬的框內。金屬模板用于超密間距的錫膏印刷，這里印刷的精確度比在印刷膠劑是更加關鍵。2.2塑料模板

2.2.1DEK公司在1-2mm厚度的塑料模板上使用了TermPumpPrinting(泵壓印刷)。開孔都是由鉆孔簡單地產生。1mm厚的模板允許膠點高度達到2mm或更多。具有很大的離地間隙的元件(如一些SO、PLCC、QFP等)可以毫無問題地膠著。1mm厚用于泵壓印刷的模板優(yōu)點缺點柔性

與PCB良好的氣密性

接觸印刷可以得到極其高的膠點

模板底面可以底部切割以讓出已印焊盤的位置難于清洗

在印刷期間延伸2.2.2薄的塑料模板

制造方法與DEK的模板相同，只是該模板較薄-大于等于250微米。在印刷期間模板的延伸問題比泵壓印刷(PumpPrinting)的厚模板更嚴重。250-350微米厚的模板優(yōu)點缺點柔性

與PCB的良好密封性難于清洗

在印刷期間模板延伸

供應商的數量有限3.膠的選擇/附著力

膠點的形狀和一致性取決于膠劑的流變學特性：屈服點與塑性粘度。目標是要得到兩者：膠點的理想形狀和良好的一致性。用一種特別開發(fā)研制的膠劑PD955PY，得到膠點的理想形狀和極好的一致性兩者都是可能的。這種膠劑可以在模板上停留好幾個小時而對結果不會產生可見的影響。它對標準的和難以膠著的元件(低應力塑料密封材料)都具有極好的附著力。在印刷、元件貼裝和固化之后所測的附著力至少與點膠技術所施的膠以一樣好。這種新的膠對溫度和濕度都不敏感。4.印刷參數

印刷參數對最終結果有至關重要的影響。4.1用250微米的金屬和塑料模板印刷

4.1.1接觸印刷

用接觸式印刷時，由于模板相對較小的厚度，所以膠點高度受到局限。刮板會把大膠點(如1.8mm)的膠切割掉，因此高度與模板的厚度差不多。對于中等尺寸的交點(如0.8mm)，可能發(fā)生不規(guī)則的膠點形狀，因為與模板和與PCB的膠劑附著力幾乎相等。在模板與PCB的分離期間，模板拖長膠劑，因此膠點高度大于模板厚度。對于0.3-0.6mm的尺寸，由于膠劑與模板的附著力比與PCB的好，部分膠留在模板內。這些膠點的高度較低，一致性非常好。接觸式印刷有印刷間隙的印刷4.1.2有印刷間隙的印刷

用薄的模板，只有當在模板與PCB之間存在一定的印刷間隙印刷時才可以達到很高的膠點。在印刷期間膠被壓在模板底面與PCB之間的間隙內。通過模板與PCB之間的緩慢分離(如0.5mm/sec)，膠被拉出和落下，這取決于膠的流變性，得到一種或多或少的圓錐形狀。4.1.3對用250微米模板印刷所推薦的參數印刷速度：50mm/sec刮板：金屬的印刷間隙：0.6mm

對于達到1mm或更多的極高的膠點。如果只印刷小膠點，那么印刷間隙可以為零。印刷順序：雙向印刷或Print-Flood

在一點對于薄的模板來提供足夠的膠量時特別重要的。雙向印刷另外幫助避免在最后膠點中的空氣混入，推薦Flooding或雙向印刷，特別當要印刷較大的膠點時。第一次印刷的刮板壓力：0.2-0.3kg/cm

在印刷期間，刮板下的模板開孔應該接觸PCB(通常對于典型的絲網印刷)。第二次印刷(或Flood)的刮刀壓力：0.01-0.05kg/cm

在印刷期間，刮板下的模板開孔不接觸PCB。即模板與PCB分開的。理想地所有開孔(也就是大的開孔)應該在模板與PCB分離之后密封/充滿膠劑。PCB-模板分離速度：0.1-0.5mm/sec分離高度：>3mm

分離高度應該總是高于膠劑的倒塌高度。在刮板運動之后，在模板上應該留有一層膠劑薄膜。4.2用1mm厚的塑料膜板的泵壓印刷(PumpPrinting)(由DEK推薦)刮刀：金屬的，45度角印刷速度：25mm/sec印刷間隙：0mm(接觸式)刮刀壓力：0.33kg/cm印刷順序：單程印刷分離速度：0.2mm/cm5.PD955PY的膜板開孔推薦直徑

下面所說的參數是相對于250微米的金屬模板和在4.1.3節(jié)中所提到的印刷參數。模板的開孔直徑被優(yōu)化，以得到在貼裝之后不會污染元件金屬端的最大膠點直徑。膠點之間的距離被優(yōu)化，以避免印刷期間模板底面上膠涂污。首選雙膠點以得到最佳的附著力和最小的元件丟失。如果用雙膠點，貼裝期間元件的扭曲不太要緊。元件尺寸模板開孔直徑(mm)膠點中心之間的距離(mm)06032x0.5

0.908052x0.61.112062x0.81.4SOT232x0.71.4MiniMelf1x1.0n.a.Melf2x1.52.018122x1.42.4SO83x1.42.5SO144x1.42.56.模板的清潔

6.1金屬模板的清潔

為了避免清潔劑對模板框膠的侵蝕，推薦使用專門設計的清潔劑(例如ZestronSD300)。這種新的清潔劑也設計用來避免清潔設備之外的暴露保護措施。這允許設備的貼裝放在于一個所希望的位置。當印刷小膠點，例如=<0.6mm，或在模板被膠劑嚴重污染的情況，我們推薦使用用于預清洗的ZestronES，然后是用于最終清潔的ZestronSD300。可是，用ZestronES的清潔必須認真地手工完成，以避免ZestronES與模板框的膠接觸。6.2塑料模板的清潔

在6.1所提到的推薦也對塑料模板的清潔有效。另外，還需要更加注意下面的問題：在清潔塑料模板期間，可能發(fā)生靜電放電。這可能擾亂印刷工藝。應該用專門的清潔劑，以避免這個現象，例如ZestronSD300與防靜電添加劑ZestronplusAS10。應該避免手工清潔(用布抹)，因為塑料容易被刮花。長期這樣可能造成印刷品質的問題。只用手工清潔很大程度上不足以徹底清潔通孔。殘留物可能累積和負面地影響印刷品質。開發(fā)膠劑絲印工藝ByManuelOsuna,CirduitsAssembly本文介紹摩托羅拉公司的一個業(yè)務部門是怎樣選擇滴膠方案的，希望您從中受到啟發(fā)。在墨西哥索納那Nogales的摩托羅拉寬帶業(yè)務，面臨著到1999年第四季度末為其DCT2000產品擴容的挑戰(zhàn)。DCT2000是一種消費終端產品，它將數字音頻和視頻品質帶入電視接收器。與此同時，開發(fā)該產品的下一個版本的計劃也必須開始。新的DCT5000將允許消費者同時看電視、沖浪英特網和使用摩托羅拉的互動數字電纜網絡打IP電話。在該項目的制造計劃中要考慮的一個關鍵因素是在有限的底面積內達到最大可能的容量。被指定開發(fā)和實施該計劃的小組決定，最有效的制造策略是專門為DCT2000的裝配設計一條高產量的表面貼裝線，但是配置要接收DCT5000產品的未來發(fā)展。生產速度目標是每個印刷電路板(PCB)25秒的周期時間?，F在的產品是以這樣一個工藝步驟制造的：錫膏印刷、元件貼裝、回流、通孔元件安裝、滴膠、元件貼裝、固化和波峰焊接。由于每個板大量的元件，最初的分析顯示要求在一個非常優(yōu)先、或無法得到的空間內放兩臺滴膠機。一些迅速完成的研究提供了市場上現有滴膠設備和工藝及其優(yōu)缺點的詳細情況。在表面貼裝裝配中最普遍使用的施膠方法是針滴(needledispensing)。雖然被廣泛接受，但這個方法有局限性。它是一個緩慢、連續(xù)的過程，膠劑放入一個注射器內，通過壓力或正向位移的方法從一個空心的針嘴中滴出。針滴的膠劑局限于圓形，膠點的高度和直徑受限與給定的針嘴直徑。該工藝的整體速度是滴在基板上膠點數量的函數，這滿足不了摩托羅拉的能力要求，除非增加更多的機器?？墒牵捎玫目臻g已經是有限的。因此，考慮到地面空間和成本的問題，這個滴膠的技術是不適合的。也考慮了針梢沉積(pindeposition)工藝。針梢沉積使用專門的定位工具和一個陣列的針梢，專門設計配合所要求施于PCB的膠點分布。該陣列浸入一個開式的膠劑托盤，濕潤針梢達到預計的數量，然后向下接觸板來轉移膠劑。該工藝對現有的地面空間是合適的，但是有幾個缺點。定位工具必須在每一次膠點分布變化是更換。膠劑在開式的托盤內的暴露可能導致吸收潮濕，造成多個品質問題，使得維護要求非常關鍵并費時間。在評估所有現有的工藝和設備之后，小組決定買不到可以所要求的速度滴膠的滴膠機。必須有幾臺滴膠機滿足所要求的能力，而現有的地面空間卻是有限的。膠劑印刷工藝是下一個要考慮的邏輯選項，它使用一臺絲印機和一個塑料或金屬模板來將膠印刷到PCB上。印刷膠劑將滿足產量和空間限制的要求?？墒?，PCB設計要求膠劑是在通孔自動插件工藝之后印刷的。結果，即便膠劑印刷工藝已經使用幾年了，但是標準的模板還是解決不了這個特殊情形。要求一個比通常厚的模板來提供在模板的板面上的必要間距，使得通孔元件引腳不會干擾板上的平坦的印刷。選擇一個模板設計者幾個問題在模板制造商的選擇中是關鍵的：交貨時間、以前的經驗、技術支持和塑料模板的能力。DEK印刷機器有限公司是選擇的供應商，來自該公司的現場工程師包括在摩托羅拉的小組中，幫助模板的設計。最終的模板設計出來，使得所有的敲彎的板上的引腳都坐落在凹槽內，允許模板底面接觸到PCB的表面(圖一)。

圖一、所選擇的模板設計一旦小組完成了摸板設計，就必須決定特定的膠劑印刷工藝。在小組了解到當使用塑料模板印刷時刮刀會造成另外的問題之后，選擇了一個全封閉的、增壓的印刷頭，ProFlow?DirEKtImaging。(圖二)。

圖二、封閉的印刷頭封閉的印刷頭將膠劑裝在傳送頭內，留下相對干凈的模板，并且保護膠劑不受環(huán)境問題的影響，如吸水或干燥。圖三描述了在幾次印刷之后要保持多干凈和連續(xù)性。

圖三、印刷之后的板試驗設計開始進行了一個絲印試驗，來驗證該工藝的能力。在仔細考慮與模板印刷機有關的所有可能的參數之后，選擇了五個參數來做實驗：印刷速度、分離速度、頭的壓力、印刷頭的壓力與分離。膠點直徑用作輸出變量。表一顯示在試驗中與每個因素有關的設定水平。FactorLowLevelHighLevelPrintspeed10mm/s90mm/sSeparationspeed0.5mm/s20mm/sHeadpressure1.5psi3.5psiPrintheadpressure4kg20kgSeparation1mm10mmTABLE1:Levelsettingsforeachfactorintheexperiment.一個兩級部分析因設計用來確認最關鍵的因素及其整體影響。在表二中列出了在這個實驗中所進行的全套試驗組合。所有試驗組合都是以隨機的次序分布，以減少在這個實驗中不受控因素的試驗錯誤的影響。Pattern(mm/s)PrintSpeed(mm/s)SeparationSpeed(psi)HeadPressure(kg)PrintHeadPressure(mm)Separation-+++-10203.5201---+-100.51.5201+++++90203.52010++--+90201.5410+----900.51.541++-+-90201.5201--+--100.53.541-++-+10203.5410-+-++10201.52010----+100.51.5410+-+-+900.53.5410+-++-900.53.5201--+++100.53.52010+--++900.51.52010+++--90203.541-+---10201.541TABLE2:Testcombinations.使用計量設備來測量在這個實驗中印刷膠點的直徑。預先已經進行了校準已確認精度和準確度。在PCB上選擇十個不同的位置來測量。五個是0805元件，五個是1206元件。每種方式運行三塊板。測得的輸出是十個膠點的每一個的平均值。結果那些對膠點直徑產生最大影響的參數或輸入變量是印刷速度和頭的壓力。剩下的參數對膠點的直徑尺寸影響很小或沒有影響。模板的開孔界定了最小的膠點尺寸。一旦模板的開孔確定，證明通過簡單地改變速度和頭的壓力可以非常容易地增加膠點直徑。結論膠劑印刷工藝的開發(fā)幫助達到初始的項目目標，證明對于該小組是一個非常令人興奮的學習經驗。以下是取得的目標：所要求的周期時間小于25秒，該工藝現在優(yōu)化達到的時間小于17秒。通過一整臺機器減少生產線的長度，允許整個生產線的設計布局充分利用到可用空間。培訓要求減少一半，因為相同的印刷機已經在用于錫膏。通過減少其他方法可能要購買的設備數量，節(jié)省相當數量的金錢。該工藝的開發(fā)和實施在兩個月的時間內完成。精密微量滴膠BySvenWedekin本文介紹，隨著半導體元件及封裝繼續(xù)縮小尺寸，0.01"及更小的膠點直徑要求對滴膠設備的設計采用一種“綜合工程”的方法。隨著電子產品，如手機、尋呼機和便攜式電腦等，繼續(xù)不斷進化，這些產品中的柔性電路與印刷電路板(PCB)越來越密集地安裝越來越小的芯片與封裝。在設計者尋找方法在縮小的面積上設計電路的同時，制造商面臨一些特殊的挑戰(zhàn)：在極其精密的圖形上滴涂錫膏、導電性膠和底部充膠，這些應用包括超密間距的引腳元件、BGA、CSP(包括微型BGA與倒裝芯片)、和直接芯片安裝(DCA,directchipattach)元件。

本文討論在電子制造中與錫膏和膠的微量精密滴涂有關的技術挑戰(zhàn)。為了在基板上裝配引腳與面積排列“微型”元件的滴涂材料，“綜合工程”已經成為達到滴涂精度的方法。這個產品工程概念考慮了滴涂系統(tǒng)主要元件的累積誤差-泵、平臺和控制軟件-因為它們影響最終的結果。綜合工程(IntegratedEngineering)在為電子裝配設計開發(fā)液體滴涂設備中，制造商考慮許多的參數，設定目標，這些參數包括：速度(DPH,dotsperhour)、靈活性、精度與可重復性、以及產量。這些參數和其它有關的因素(臺式與落地模式、平臺尺寸與穩(wěn)定性、自動化程度、是否有加熱、傳送帶類型等)是根據目標價格范圍和產品的應用范圍決定的。任何系統(tǒng)的心臟都是泵；因為這個原因，一個滴膠系統(tǒng)的性能通常是通過滴膠頭的能力來衡量的。除此之外，制造商通?！扒度搿北M可能多的平臺和軟件技術，只要價格允許，這也是市場上競爭產品推動的結果。小膠點直徑與微量材料的精密滴涂要求一種不同的方法。微量滴涂所要求的精度與可重復性只有通過一個系統(tǒng)設計來達到，要考慮到由于平臺的機械與電氣特性所產生的誤差累積。軟件也是必要的，它控制滴膠和拱架的運作，補償運動與速度上的偏差。雖然誤差累積影響安裝諸如QFP和SOIC這些傳統(tǒng)SMT元件的液體滴涂，膠點的直徑和X-Y精度隨著元件尺寸變得越來越小而變得更加重要?？梢哉f，沒有容忍誤差的余地。例如，平臺的X-Y公差范圍內的偏差，加上滴膠頭的角度公差范圍內的偏差，可以造成錫膏點不能準確地滴在目標焊盤上。在設計一部直徑0.10"或更小的膠點精密滴膠機器時，整個系統(tǒng)必須反復作工程上的考慮，設計和建造可以累積滿足性能目標與規(guī)格的子系統(tǒng)，使用閉環(huán)反饋的軟件。子系統(tǒng)包括泵與馬達、滴膠針、絲桿、線性導軌、甚至框架本身。這就是綜合工程。材料與工藝參數錫膏與膠的精密滴涂決定于各種參數，包括材料本身的成分。在電子裝配中，液體滴涂機用于批量或在線的滴涂錫膏和樹脂膠在基板上。膠可以是安裝元件的非導電性膠，或者可以提供導溫與導電性，取決于類型和膠接劑內金屬顆粒的裝填，以及其物理結構(薄片與球狀)。表一、滴膠中的材料參數干燥/老化特性溫度流動特性粘性混合物的同質性濕潤特性空氣的出不出現表二、滴膠中的工藝/工具參數節(jié)拍時間泵控制精度針嘴離基板的距離X/Y精度與可重復性針嘴內徑Z軸精度與可重復性針嘴設計

圖一、針嘴的離板高度決定膠點的徑高比。離表面太遠的

針嘴可能造成滴出材料的塌落。太靠近表面的針嘴可造

成材料的拖尾和橋接，以及拖過下一個點的位置。滴涂的材料參數在表一中列出。粘度決定于樹脂膠接劑和混入樹脂中的金屬。諸如材料在壓力下流動的能力和對于錫膏濕潤引腳或錫球的能力這些特性，對沉積量和連接的品質是有影響的。其它可以分類為工藝與工具參數的變量在表二中列出，針嘴離基板的距離是達到膠點的適當徑高比的必要因素(圖一)。一般，對于低粘性的材料，徑高比應該大約為3:1，對于高粘度的錫膏為2:1(圖二)?；迳线m當的距離是容易保證的，使用裝備有偏移腳的滴膠針嘴(圖三)。在帶偏移腳的針嘴不能使用的地方，如區(qū)域填充、滴膠靠近封裝壁、或元件密度高，Z軸的高精度控制是重要的。

圖二、低粘性材料的徑高比可高達3:1，高粘性的為2:1

圖三、有高度偏移腳的針嘴保證滴膠期間適當的離板高度優(yōu)化的設計特征在為微量滴膠設計滴膠機時，泵技術的工藝水平進步使得可以達到0.01"或更小的直徑的膠點?？墒?，正如在“綜合工程”中所提及的，精度與可重復性只有通過涉及整個滴膠系統(tǒng)的設計考慮才能保證。這里描述一個能夠滿足在基板上和封裝內裝配現有最小元件挑戰(zhàn)的系統(tǒng)。泵技術與滴膠針嘴。滴膠過程涉及流體材料的轉移，經常