未來細微化的貼裝元件
發布時間2022-03-12 12:08:49
未來越來越小的元件進行制造
在介紹本文之前，我們的未來會不會有可能出現納米級別的貼裝，到那時候的工藝將不是傳統印刷工藝，直接就是貼裝的時候就是焊接好元器件了，不知大家是否認同我這個天馬行空的想法。
電子制造商總是在不斷地進取，他們繼續朝著產品的小型化和功能的多樣化雙重目標加速前進。為了在現有的產品中得到更多的功能和性能和制造出更小、更輕便的產品，制造商們期待著越來越小的元件。最新的無源元件將板的空間縮減66%。在每個形狀因素中，消費者都想要更多 - 例如用英特網訪問來裝備便攜式電話。不幸的是，較小的元件尺寸使得板和模塊的裝配工藝復雜化，例如，在吸取和貼裝元件兩個方面都要引入三軸糾正。隨著制造商轉向使用0201尺寸的片狀元件，這些問題將變得更加關鍵，0201預計到2008年在先進的貼裝中使用。
對于大多數裝配技術問題的兩個關鍵方面在于錫膏的印刷和物理上將元件貼裝在主板上。現在談印刷的問題：它們怎樣影響元件密度和制造商的要求怎樣可以得到滿足。
縮小元件的間隔
在新產品設計中使用0201元件的一個關鍵考慮是元件的間隔。現在的標準是元件之間大約0.2mm，這對0201元件是不準確的。畢竟，使用0201技術的制造商面臨比用0402技術高的多的元件與返工成本。因此，很清楚，使用傳統元件間隔將不會提供達到節省成本的產品制造的元件密度。更重要的是，要求最小元件的產品都是那些便攜式的、有時可佩戴的、和經常在尺寸和形狀上設計成是和時尚而不是標準產品包裝設計的產品。元件間隔是非常寶貴的，因此在元件之間多余的空間是不能接受的。(這解釋了為什么0201元件經常叫做“極其緊密的貼裝”)
因此我們需要達到什么程度？從實際的觀點看，需要減少多少空間？更重要的是，必須解決的技術問題是什么？研究表明，0201元件的最佳間隔是0.1mm，或者是0402元件間隔的一半。
為了滿足這個間隔要求，有必要在兩個方面改變我們考慮元件焊盤的方式。第一個是與典型的焊接圓角。對于貼裝比0201大的元件，元件焊盤通常印刷比元件本身稍微大一點，得到聯接元件末端與焊盤暴露部分之間的焊接圓角。可是這樣會浪費板的空間。沒有被元件覆蓋的多余的焊盤部分是沒有必要的。為了消除焊腳，需要比實際元件小的焊盤(圖一)。減小焊盤尺寸防止焊腳形成。
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| 圖一、焊腳從元件邊突出，消耗珍貴的空間和 使錫橋容易形成。無焊腳貼裝，雖然節省板的 空間和減少裝配缺陷，但出現檢查的問題。 |
圖二、將焊盤和阻焊層制造在同一高度(正常 阻焊)是最佳的方法。阻焊層界定焊盤決定焊 盤的圖案尺寸。 |
對于這種焊盤尺寸的縮小可以有多大是有實際限定的。如果焊盤太小，可印刷性惡化，會造成問題，而不是解決問題。在這種情況中，絲印板的開孔尺寸需要與焊盤尺寸一樣。絲印板厚度也限制開孔尺寸。如果模板太薄，會減少板上其他表面貼裝元件所需要的錫量。可以，對于0201元件，較小的焊盤尺寸更有效。
第二個印刷問題是相對于元件焊盤的阻焊層厚度(圖二)。阻焊層有兩種選擇：在印刷正常阻焊時，阻焊開口比焊盤尺寸稍大。對于阻焊層界定的焊盤，阻焊開口比焊盤尺寸稍小一點。
圖三、使阻焊層比焊盤厚降低正常阻焊(a)的可焊性。在這個情
況中，使用覆蓋式阻焊層來維持絲印板與阻焊層之間的接觸(b)。
在阻焊層比焊盤較高的情況中，從模板開孔突出來的錫膏可能不足以和焊盤接觸，錫膏到焊盤的轉移將不足夠，(圖3a和3b)，大大地減少了錫量。在這個情況中，覆蓋式阻焊作用最好，因為阻焊與絲印板緊密接觸，允許錫膏的地面接觸焊盤頂面。
當焊盤與阻焊層一樣厚時，錫膏印刷很好。另一方面，如果有阻焊層界定的焊盤和較厚的錫膏沉積，則可能有太多的錫膏量，造成錫橋或阻焊削出。
錫膏選擇
隨著焊盤變小，開孔尺寸和模板印刷厚度也將縮小。
對印刷焊盤質量影響很大的一個方面是焊錫顆粒的尺寸。很明顯，較細的顆粒印刷的分辨率更高，但是多細菜足夠呢？在今天的生產場合，通常使用的是第三類的粉末，焊錫顆粒為38-45微米。叫做“精細”的更小的顆粒形狀上不規則，很難分類和分離。對第五或六類的粉末的需求是未來錫膏需求的關鍵。
為了定義無焊腳0201貼裝與回流的最佳情形，有一家公司對各種顆粒尺寸進行了試驗。使用各種錫膏顆粒尺寸，印刷單一的一種方案，對盡可能多的變量維持嚴密的控制。該試驗中的參數涉及0.1mm的元件間隔、0.1mm的模板厚度、15.0mm/sec和刮板速度和5.5kg的刮刀壓力。進行了四個試驗，用正常的阻焊層和阻焊界定的焊盤進行印刷。
使用的四個尺寸是小于20微米、15-25微米、5-15微米和18-37微米。正如所料，較小的顆粒一般產生較好的可印刷性。有趣地是，當顆粒尺寸超過一個更窄的范圍時，正常的阻焊層印刷持續地比覆蓋式阻焊層界定的焊盤更好。當顆粒尺寸小于25微米時，對于無焊腳形式可以得到滿意的可印刷性。
基于這些結果，人們相信無焊腳形式將使零件向磚塊一樣更緊密地排列，因此，得到更高的元件密度將要求更小的焊錫顆粒尺寸和更薄的模板厚度。
未來還會有更細微化的貼裝元件，相信在未來的時候實現納米級別的貼裝。
