摘 要
   随着电子产品的轻型化，多功能及可移动性要求的增加，导致许多元器件的几何尺寸不
断缩小，Ics也趋于精细间距阵列引脚连接，无源器件已从0402，0201减小到01005更微小尺寸。电子组装业正面临严峻的挑战，本文将通过实验阐述这些微型器件贴装工艺的优化。
 
引 言
随着电子产品的轻型化，多功能及可移动性的要求提高，导致许多元器件的几何尺寸不
断缩小，ICs也趋于精细间距阵列引脚连接，无源器件已从0402，0201减小到01005更微小尺寸。对于封装尺寸大，质量大器件的SMT工艺窗口，在线工艺人员已能很好确定解决，而对这些新型器件的工艺限值与过程控制区域等参数是非常陌生的。本文将通过实验分析01005片式电阻器，电容器的工艺要求，从而确定焊膏印刷参数；器件贴装精确度与贴装力的要求；再流焊工艺参数及焊盘形状，大小与间距等设计参数。
图1 无源器件几何尺寸不断缩小，0603，0402，0201，01005（自左向右）

根据（DOE）实验设计软件设计PCB工艺样板与实验方法，图1所示为01005片式电阻与电容的实物尺寸比较。
表1为01005片式电阻，电容的标称几何尺寸。
01005片式电阻，电容的标称几何尺寸
特征尺寸（mm） 01005片式电阻 01005片式电容
长度 0.4±0.02 0.4±0.02
宽度 0.2±0.02 0.2±0.02
引脚端长度 0.1±0.03 0.1±0.03
厚度 0.12±0.02 0.2±0.02

表 1 01005片式电阻，电容的标称几何尺寸
实验设计
设计软件将有关影响SMT工艺参数与焊盘几何尺寸所得的全部数据总合在一个合理的实验次数内，目的是以最少的实验次数能获得最多的数据量。
实验过程将两组与一些附加试验进行对比，第一工艺试验样板组仅使用01005电容器，目的是确定重要工艺参数，分析某一参数的变化对质量的影响。根据第一组试验结果，第二工艺试验样板组使用01005电阻与01005电容，目的是PCB焊盘图形尺寸优化。附加试验是定义最小01005器件贴装间距与对圆形焊盘的评价。整个实验过程中，使用光学显微镜，人工目检器件贴装与焊点质量，按照IPC-A-610标准规定进行判断。
实验器件与设备
每块PCB样板为贴装01005器件布置4,780个铜焊盘，PCB基板材料；FR4表面处理ENIG，焊盘图形设计有；矩形，圆形，计有160种不同的矩形焊盘尺寸与6种圆形焊盘尺寸。在本实验中定义长度，宽度与间隔为描述矩形焊盘的几何尺寸特征。焊盘尺寸由设计软件建立的工程图表确定的。PCB板的左方所有焊盘是为第二组试验焊盘图形尺寸优化布置设计的。PCB板中央部位的焊盘，为实验确定最小器件贴装空间，空间范围从50 to 140 µm。为研究50 µm单个器件间隔，焊盘宽度为150 µm，这因为低于100 µm制作困难。圆形焊盘直径为200 to 300 µm，布置在PCB板的右上方。
  表2  DOE软件定义实验因子
DOE软件定义实验因子
因 子 符 号 单 位 实 验设 置
间 隔 S µm 120-180
长 度 L µm 150-350
宽 度 W µm 200-280
贴装力 MF N 1，3，5
焊膏类型 SPT   4，5型
印刷刮刀速度 SS mm/sec 20，40
再流焊工艺曲线 RT   （A），（B）

图2 焊盘几何尺寸参数
01005器件需要很少的焊膏量，选用75 µm厚电铸成形的不修钢模板。如窗口壁面积与窗口面积比接近1，保留在模板上的焊膏有一个张力，于是焊膏就不能转印到PCB板面上，焊盘比选为矩形（0.57），圆形（0.67）。实验使用Sn62/Pb36/Ag焊膏（合金颗粒4/5型）。焊膏印刷压力；5Kg（5型合金焊膏），4Kg（4型合金焊膏）。实验使用的贴片机是MYDATA MY9 placement machine,该机配置1台高分辩率的视象摄像机。组件再流焊工艺在配置5予热区，1峰值再流区，1冷却区的再流焊炉内进行。再流焊工艺曲线选用（A）线性再流加热工艺，（B）常规平坦再流加热工艺。（A）与（B）两种再流焊加热工艺参数由软件确定，软件定义的实验因子如表2所列。
 
实验首先是筛选鉴别重要因素。在选定过筛因素作为目标后，DOE软件建立包括多个设计的试验列表，DOE建议的实验方案设计含有70次试验，每次代表一种独特焊盘尺寸与一组SMT参数设置。有些定量因素，焊盘图形参数及最大值与最小值作为试验因素。对定量因素，SMT工艺参数在两个给定项目间的转换，在全部试验过程中发生。在实验设计后，按试验列表完成70次数的01005器件贴装焊接过程试验。