高效率的工艺特征

高效率的0201工艺特征最近的研究找到了影响0201元件装配工艺缺陷数量的变量...。虽然目前大多数公司还没有达到0201这一工艺水平，但是本文所使用的研究方法和得到的研究结果值得我们学习和借鉴，以便更好地做好我们的1206、0805、0603、0402...在过去几年中，消费品电子工业已经明显地出现迅猛的增长，这是因为越来越多的人佩带、传呼机和个人电子辅助用品。有趋势显示，每年所贴装的无源元件的数量在迅速增加，而元件尺寸在稳步地减小。将产品变得越来越小、越快和越便宜的需求，推动着对提高小型化技术研究的永无止境的需求。大多数消费品电子制造商正在将0201元件使用到其最新的设计中去，在不久的将来，其它工业也将采取这一技术。因此，将超小型无源元件的装配与工艺特征化是理所当然的。我们需要研究来定义焊盘的设计和印刷、贴装与回流工艺窗口，以满足取得0201无源元件的较高第一次通过合格率和较高产出的需求。最近进行了一个0201元件的高速装配研究，对每一个工艺步骤进行了调查研究。研究的目标是要为高速的0201装配开发一个初始的工艺特征，特别是工艺限制与变量。试验的准备对应于锡膏印刷、元件贴装和回流焊接，进行了三套主要的试验。为了理解每个工艺步骤最整个0201装配工艺的影响，我们进行检查了每个工艺步骤。在工艺顺序方面，只改变研究下的工艺步骤的变量，而其它工艺参数保持不变。我们设计了一个试验载体(图一)，提供如下数据：图一、试验载体0201到0201的间距：焊盘边沿到边沿的距离按4,5,6,8,10和12mil(千分之一英寸)变化焊盘尺寸的影响，标称焊盘尺寸为12x13mil的矩形焊盘、中心到中心间距为22mil。标称焊盘变化为±10%、20%和30%。元件方向，在单元A、B、C和D中，研究的元件方向为0°和90°。E和F单元研究±45°角度对0201工艺的影响。单元1至6研究0201与其它无源元件包括0402、0603、0805和1206之间的相互影响。这些分块用来决定0201元件对其它较大的无源元件的大致影响，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变化。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。基板是标准的FR-4环氧树脂板，厚度1.57mm。迹线的金属喷镀由铜、无电解镍和浸金所组成。所有测试板使用相同的装配设备装配：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无源元件印刷的特征，我们使用了一个试验设计方法(DOE,designforexperiment)，试验了印刷工艺的几个变量：锡膏的目数、刮刀的类型、模板的分开速度、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因素会影响0201装配的印刷工艺。度量标准是印刷缺陷的数量和锡膏厚度的测量。结果是基于95%的可信度区间，从统计分析上决定重要因素。印刷缺陷定义为在印刷后没有任何锡膏的空焊盘以及锡桥。对于这个印刷试验，模板厚度为125微米，100%的开孔率，商业使用的免洗锡膏。印刷机的设定是基于锡膏制造商的推荐值，在推荐范围的中间。瘦模板印刷的弟试验结果啊表一列重出只检查印待刷影响的试须验。使用了颈三个度量标痒准来评估每充个试验条件丽。第一个度飘量标准是平外均锡膏印刷谅高度。使用它一部激光轮妥廓测定仪从纯四个象限测艰量16个数岸据。安表一、第一犬个模板印刷框试验的试验垃设计宵试验编号裂锡膏类型肌刮刀类型息锡膏滞留时攻间(分钟)延分开速度(业cm/s)蠢1浅III街金属战0.5置0.05赶2况III系金属币10区0.13旨3仰III企聚合物哪0.5碗0.05做4雕I春II寄聚合物吼10淋0.13汽5征IV挡金属怨10容0.05宴6早IV同金属围0.5炒0.13器7凤IV铲聚合物毫0.5接0.05恋8勉IV鬼聚合物膜10工0.13增锡膏厚为度的标准偏点差用作第二研个度量标准搁。图二显示脏来自八个试育验的平均高腐度和高度标秀准偏差。笔图二、从第舅一次模板印年刷试验得到孝的印刷高度想结果霞第三个客度量标准是墨缺陷总数。带用光学检查羽单元1-6丙和A-D的世选择部分，才记录缺陷数宏量。含有锡停桥的焊盘和细没有锡膏的禽焊盘被认为存是缺陷(图澡三)。散图三、从第猜一次模板印私刷试验得到扔的缺陷结果启基于这只些度量标准痒和使用95束%的可信度停区间，在统乌计分析上唯跑一的重要的疏主要影响是涨刮刀类型。馆锡膏类型、垮分离速度和选锡膏滞留时闷间有低于8析5%的可信擦度区间。佳分离速度与董擦拭频率试丝验费进行第杀二个更小的赴试验是要检百查分离速度菌和擦拭频率霞的影响。调哈查模板擦拭酷频率，是由筛于它影响产交量。因为模收板擦拭大大禁增加模板印汤刷机的周期疑时间，所以警在生产中应键该避免或减玉少这个步骤域。形进行这孟个试验是要诸决定是否对知于0201战装配必须做滋模板擦拭，转以获得良好橡的印刷。另适外还希望确歇定是否分离斯速度是一个白重要因素，营所以将它包看括在本试验苹中。磨使用0泉.05和0千.13cm没/sec的翅分离速度。桑对这两次运没行，使用了逼IV类型的淹锡膏和金属模刮刀，没有宏滞留时间。立表二中列出匹试验9和1击0的结果。表这些结果与鼻试验5和6裤(来自表一孩)比较，也时是使用了I胸V型锡膏和乐金属刮刀。浅基于这些结翼果，模板擦廉拭频率是这袖个试验的唯换一主要影响梯。铲表二、第二柱次模板印刷赛试验结果刚试验编号鹊分离速度(诞cm/s)野擦拭频率丙平均(mi赏l)鹿标准偏差励缺陷数龄5猴0.05宜每次印刷不149.9铜7迫13.45影15折6缠0.13百每次印刷遇149.3机6般20.20阴43尼9柄0.05惊无只145.7决7稳15.41胃236腊10听0.13喉无扇136.4就5宋15.19瓜238贴装试验完做一个音试验来确定他是否基准点拦形状或基准劝点定义方法国对元件贴装风有影响。基却准点形状使姐用了圆形和眉十字形基准党点，而基准着点清晰度方淋面使用了阻恋焊与金属界蔽定的基准点期。这些试验化的度量是使经用视觉元件菠检查。用来着评估每个试饶验条件的标唉准是020秀1元件的贴降装精度。元缸件贴装在板简上的四个象欣限内(象限霞4、19、叉25和40磁)。这些象病限是横穿电需路板的，象草限4和25庄使用+30康%的焊盘尺拔寸(17x毁19mil壮)，而象限趟19和40敲使用标称焊恼盘尺寸(1茧2x13m蓄il)。元束件贴装在水吓平与垂直两冰个方向。四说百八十个0鸦201元件孕贴装在每块怀板上，每个迎试验总共1种920个元屿件。元件焊筐盘边沿到边够沿的间隔范木围从5-1慨2mil。鲁在贴装开试验中。最精好的贴装发赏现在象限4牲，逐渐地在叨板上向左偏顶移，很可能圈是由于在很绍大的试验载饥体上伸展的炕缘故。因此民，贴装的最而大偏移发生狱在象限40否。当使用金蛙属界定的十漆字型基准点利时发生最坏雕的偏移，在悠象限40的探元件几乎跨窄接焊盘。同仗时也注意到机对于金属界肚定的圆形基味准点比无任携哪一种阻焊芳界定的基准呢点的偏移更陡大。杂表三显捆示对于象限罪40的四个勾试验的平均叮的X和Y的语偏移。基于棕这些结果，很阻焊界定的培基准点提供莲比金属界定耐的基准点更欣好的板上贴箭装精度。基奉准点的形状庸对元件的贴茎装精度没有伪大的影响。灭表三、对象齿限40的贴暴装试验的平黑均试验偏差勉基准点图案汇平均X偏差向(微米)识平均Y偏差芽(微米)害阻焊界定的丰圆私22姥3乡金属界定的灿十字雷112稀2生金属界定的窄圆醉53纱9题阻焊界定的卷十字秤15穗4吩回流焊接试没验挥为了确豪定是否某些搂变量对02肃01回流焊器接有影响，嫩我们进行了助另一个试验贫。研究的变阀量是保温时慌间、保温温功度、液相线讽以上的时间胃和峰值温度榆。这些参数堤在一个要求障九次不同反烛复的DOE纠中设定(表安四)。所有幼变量都在锡糕膏供应商所军提供的锡膏既规格范围内母。续表四、回流鹅试验设计乏试验编号称保温时间(捡秒)呢保温温度(愁°C)楚液相以上时另间(秒)震峰值温度(治°C)植1为45-50树125-1沃35令55-65延217-2辞19猛2音55-60侍165-1装75论55-65金211-2帽14臂3向45-50构145-1挨55棵45-50于211-2单14率4叹25-35炕165-1袭75户45-50捷217-2浙19夸5君25-35菌145-1创55睡55-65叨222-2正25弹6侨25-35鹊125-1爹35孟35-40块211-2呈14们7伤45-50振165-1挂75呆35-40息222-2那25偷8椅55-60归125-1梁35勺45-50仅222-2醉25毅9根55-60手145-1认55杏35-40较217-2虹19芦对这个苦试验，印刷复和贴装工艺炼保持不变，县而对回流温胃度曲线作改逐变。使用的区印刷工艺与释印刷试验中剩使用的相同柔，是本研究够中找到的较屡好的变量。执使用的贴装值参数是与在虏贴装期间使融用阻焊界定迎的圆形基准誉点相同的。掠使用了对锡须桥和直立的押视觉和X射怨线检查标准赴，对于统计宽上认为重要肾的因素要求怒95%或更倚高的可信度贼区间。甲回流焊接试钥验结果母对于在邀表五中所列克出的每一个涌试验，重复结做三次，每摊次重复总共论564个元代件，或者每闯个试验16撑92个元件协。在每一块讯测试板上，归贴装了39扎6个020挨1无源元件般。这些元件考贴装在15抄x17mi萍l和12x过13mil奥的焊盘上，般以6mil互和10mi屋l的焊盘边绝沿对边沿的伙距离排列。食除了020薪1元件之外冠，168个利0402、面0603、赢0805和斑1206也浆贴装，以决俗定一个产生侨可接受的0添201元件值的工艺会怎奔样影响较大阔的无源元件纽。泳使用了睁三个标准来砖评估每个试磨验条件：焊域点质量、元奉件竖立和锡叨桥。所有的户试验条件都况产生良好的姻焊接点，完乎全以细粒度着湿润。胜我们也斗检查了回流抽焊接的元件谨中缺陷的数唤量。确定的烛缺陷是锡桥葱和元件竖立胡。锡桥在两厉个相邻的焊亮接点连接到鹊一起的时候润发生，将元架件短接在一星起。这个缺遇陷很可能在纠以非常密的竿焊盘对焊盘机间距贴装的夺元件上发生羊。练当一个偏元件脱离一川个焊盘而立捧起的时候发虾生元件竖立哪(tomb肉stoni姑ng)。元款件竖立一般漫是由元件不音均衡的湿润顷所造成的，蚕或者当元件扣放在一个表震面积大得多氏的焊盘上的苹时候。唱所有这珍些缺陷都在冻0201元脾件上找到。咱可是，没有换一个较大的锡元件出现元孟件竖立或锡敲桥，这显示剖使用的装配产工艺对较大奴的元件并不华是不利的。孙图四、锡桥油与元件竖立悔的X射线图散象殊图四显止示显示一个啦X射线图象芬，它包含锡雅桥和元件竖浑立。锡桥、饭元件竖立的揭数量和总的貌缺陷在表五山中显示。图闭五描述每个而试验发生的归缺陷数量。捧表五、回流浪焊接试验结志果押试验编号补贴装020竟1总数极锡桥雄竖立槽总缺陷固缺陷率(%思)联其它元件缺任陷稳缺陷率(D烤PM)佣1温1,188税6栋15巴21宗1.77饼0积17,67居7禁2加1,188仍1雄0硬1赶0.08御0农842绿3脂1,188碗0很0蛋0吩0.00盆0漠0昏4膊1,188港0妥0偶0缓0.00冰0店0化5拉1,188护0却2联2诞0.17交0跃1,684极6扒1,188相6息11别17括1.43工0悔14,31所0舟7底1,188吊0朝0详0俊0.00株0阻0怠8调1,188贴4掉3丢7酱0.59广0歉5,892兼9渗1,188砖0转0轿0宗0.00奔0革0鼻图五、回流揪焊接试验结揉果像基于这突些度量标准名和使用95阳%的可信度此区间，唯一穴在统计上重福要的主要影卖响是保温温极度，它具有届大于97%恰的可信度区歇间。保温时晌间、液相线冶以上的时间卡和峰值温度香具有的可信浙度区间小于计40%，因泉此被认为是园随机诱发的阁影响。保温兄温度的主要袄作用是在低厉保温温度和徒其它水平之放间，因为在感中等与高保盟温温度的结弄果之间存在清的差别很小旬。结论懂从第一楼次模板印刷胖试验的数据惭显示，只有胁刮刀类型对煎锡膏高度和旨缺陷数量具纹有统计意义踩上的重要影找响。如锡膏热高度数据所庸显示的，在冈第III和巨IV类锡膏呀之间就锡膏谣数量而言存研在很少甚至永没有差别。狭虽然存在很理少差别，我若们选择了第洗IV类锡膏茧作进一步研少究，因为在洲研究的这个胖阶段只检测剑大的模板开勿孔。凯第二次裳印刷试验证橡实分离速度突对锡膏高度仆和缺陷没有借统计意义上疮的影响，但镰是擦拭频率率有。锡膏缺冒陷的数量在异这两次试验土中比在用每煤一次印刷都降擦拭模板的兵类似试验中绩要多得多。硬从贴装靠试验的数据浇显示，只有别用于定义基呼准点的方法怜对贴装精度朵有重要影响镇。阻焊界定贡的基准点