成功贴装细小片状元件的关键因素

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1、成功贴装细小片状元件的关键因素作者：环球仪器上海SMT工艺实验室工艺研究工程师李忆2007-07-25前言随着主动元器件的尺寸变得越来越小，被动元件的尺寸也在减小，设计人员能够灵活的利用它们来完成高密度产品的设计。0603和0402元件的广泛使用已有多年，这些元件能够在批量应用中有很高的装配良率。最近，0201/01005元件已经进行系统装配（SiP），在手机、数码像机、无线蓝牙等产品中得以应用。0201元件约为0402元件尺寸的四分之一，而01005元件则约为0201元件尺寸的四分之一。较小尺寸的元件可能会降低装配工艺的稳健性。这类细小元

2、件的装配比其它元件在工艺材料的选择、设计、工艺的控制方面更具敏感性。由于本身的尺寸非常小，它的尺寸公差对装配工艺也会产生非常显著的影响。所以，细小元件的装配工艺不同于其它元件，需要更加精确的控制。本文我们讨论的是细小元件的贴片控制工艺。环球仪器SMT工艺实验室已开发完整的0201/01005元件装配工艺，如果读者对锡膏的选择、印刷工艺的控制、印刷钢网和PCB的设计、以及回流焊接工艺的控制感兴趣，欢迎和我们联系。影响细小元件成功贴装的关键因素贴装细小元件的关键因素包括贴片机的定位系统，取料过程控制，贴片机的影像系统，和对贴片过程的控制。除了这

3、些因素之外，还有一些不容忽视的地方，如送料器的精度，元件包装的误差和元件本身的误差，吸嘴的材料设计等等，都是在装配之前需要综合考虑的。下面我们来讨论贴片过程中各个环节的关键控制点。0201/01005元件的贴装控制1．贴片机的定位系统对于细小元件的贴装，要求驱动定位系统在所有驱动轴上都采用闭合环路控制，以保证取料和贴装的位置精度。现在很多贴片机都采用了可变磁阻马达（VRM）驱动系统，可以提高热稳定性，获得较高的加速度，还有高的精度，有的分辨率已达到1um。这些技术的应用给成功贴装细小元件提供了保障。值得注意的另外一点是，采用拱架式机构的贴片

4、机的单悬臂横梁在贴片过程中的抖动，是往往容易被忽视的地方。2．取料过程的控制准确的取料是成功实现贴装的第一步，在此过程中影响正确取料的因素有元器件之间的差异，包装的误差，送料器的精度，贴片机驱动定位系统的误差，贴片头z轴方向的压力控制，吸嘴材料和设计，以及在取料过程中对静电的控制。由于细小元件之间的细小差异会对取料和贴片过程产生显著的影响，要求贴片头在此过程中能自动感应其变化并采取相应的补偿措施，以消除对元件高度，厚度等的敏感性。采用的方法是在贴片头上安排压力感应器，防止过大的压力在此过程中将元件压碎，或取不到料。比较好的贴片机的贴片头z轴

5、分辨率可达1um，压力感应器可以感应到24um的变形。传统的机械式送料器已不能满足日益变小的元件对于高精度的要求。细小元件要求精度更高的马达驱动的电子送料器，并要求其有良好的抗静电效果。送料器安装在贴片机上，在它们之间会存在间隙和位置误差，这种误差很小，在贴装较大器件如0603/0805等，完全可以被忽略。但是对于细小的0201和01005而言，其影响会很大。在拾取0201/01005这类元件时，很难同时取4颗或7颗元件，原因在于此，另外还有元件包装的误差。所以单颗拾取0201或01005比较稳妥，可以保证取料的可靠性。理想的取料位置在元件

6、的中心区域，如下图所示。如果取料位置超出元件上最佳的取料区域，可能会导致贴片缺陷，如偏移和立碑等。同时因为板上元件安排很密，可能会使吸嘴干涉到其它元件。-6-图10201元件最佳目标取料位置图2取料偏差导致吸嘴和其它元件干涉图3因吸料偏差导致立碑或侧立为了消除包装，送料器等带来的误差，保证取料的一致性，需要贴片机在取料过程中具有动态的自动矫正取料位置的能力。在生产过程中，需要换线，需要换料，并且每只送料器的状态也不一样，所以元件最佳的取料位置也会变化。机器需要在此过程中敏感的捕捉到这种变化，并自动的找准调整吸料位置，保证吸料的准确性和可靠性

7、。下图所示为某一机器在拾0201和0402元件过程中，自动调整取料的最佳位置。图4对0201元件吸料位置自动矫正图5对0402元件吸料位置自动矫正-6-3．吸嘴的设计和保养贴装0201和01005元件需要更细的吸嘴，同时为了防止静电损坏元件及在取料过程中带走其它元件，细嘴的材料需要抗静电，所以要选用ESD材料。为了尽量降低吸料过程中元件侧立，保证足够的真空和元件被吸起之后的平衡，在吸嘴头部需要设计2个或3个孔。考虑到贴装密度小于0.25mm的情况，吸嘴头部要足够的细，它上面的孔也会比较细。对0201的吸嘴而言，最小的孔径会达0.127mm，

8、而01005元件的吸嘴更细，达0.1mm。这不仅给制造带来了难度，也需提高这些吸嘴的清洁保养频度。对吸嘴的清洁保养的要求比其它类型的吸嘴要高，需要利用清洁溶剂和超声波来清洁。由于