成功貼裝細(xì)小片狀元件的關(guān)鍵因素

1、1成功貼裝細(xì)小片狀元件的關(guān)鍵因素成功貼裝細(xì)小片狀元件的關(guān)鍵因素作者：環(huán)球儀器上海SMT工藝實(shí)驗(yàn)室工藝研究工程師李憶20070725前言前言隨著主動(dòng)元器件的尺寸變得越來(lái)越小，被動(dòng)元件的尺寸也在減小，設(shè)計(jì)人員能夠靈活的利用它們來(lái)完成高密度產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。0603和0402元件的廣泛使用已有多年，這些元件能夠在批量應(yīng)用中有很高的裝配良率。最近，020101005元件已經(jīng)進(jìn)行系統(tǒng)裝配（SiP），在手機(jī)、數(shù)碼像機(jī)、無(wú)線藍(lán)牙等產(chǎn)品中得以應(yīng)用。0201元

2、件約為0402元件尺寸的四分之一，而01005元件則約為0201元件尺寸的四分之一。較小尺寸的元件可能會(huì)降低裝配工藝的穩(wěn)健性。這類細(xì)小元件的裝配比其它元件在工藝材料的選擇、設(shè)計(jì)、工藝的控制方面更具敏感性。由于本身的尺寸非常小，它的尺寸公差對(duì)裝配工藝也會(huì)產(chǎn)生非常顯著的影響。所以，細(xì)小元件的裝配工藝不同于其它元件，需要更加精確的控制。本文我們討論的是細(xì)小元件的貼片控制工藝。環(huán)球儀器SMT工藝實(shí)驗(yàn)室已開發(fā)完整的020101005元件裝配工藝，

3、如果讀者對(duì)錫膏的選擇、印刷工藝的控制、印刷鋼網(wǎng)和PCB的設(shè)計(jì)、以及回流焊接工藝的控制感興趣，歡迎和我們聯(lián)系。影響細(xì)小元件成功影響細(xì)小元件成功貼裝貼裝的關(guān)鍵因素的關(guān)鍵因素貼裝細(xì)小元件的關(guān)鍵因素包括貼片機(jī)的定位系統(tǒng)，取料過(guò)程控制，貼片機(jī)的影像系統(tǒng)，和對(duì)貼片過(guò)程的控制。除了這些因素之外，還有一些不容忽視的地方，如送料器的精度，元件包裝的誤差和元件本身的誤差，吸嘴的材料設(shè)計(jì)等等，都是在裝配之前需要綜合考慮的。下面我們來(lái)討論貼片過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)

4、鍵控制點(diǎn)。020101005元件的貼裝控制元件的貼裝控制1貼片機(jī)的定位系統(tǒng)對(duì)于細(xì)小元件的貼裝，要求驅(qū)動(dòng)定位系統(tǒng)在所有驅(qū)動(dòng)軸上都采用閉合環(huán)路控制，以保證取料和貼裝的位置精度?，F(xiàn)在很多貼片機(jī)都采用了可變磁阻馬達(dá)（VRM）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以提高熱穩(wěn)定性，獲得較高的加速度，還有高的精度，有的分辨率已達(dá)到1um。這些技術(shù)的應(yīng)用給成功貼裝細(xì)小元件提供了保障。值得注意的另外一點(diǎn)是，采用拱架式機(jī)構(gòu)的貼片機(jī)的單懸臂橫梁在貼片過(guò)程中的抖動(dòng)，是往往容易被忽視的地

5、方。2取料過(guò)程的控制準(zhǔn)確的取料是成功實(shí)現(xiàn)貼裝的第一步，在此過(guò)程中影響正確取料的因素有元器件之間的差異，包裝的誤差，送料器的精度，貼片機(jī)驅(qū)動(dòng)定位系統(tǒng)的誤差，貼片頭z軸方向的壓力控制，吸嘴材料和設(shè)計(jì)，以及在取料過(guò)程中對(duì)靜電的控制。由于細(xì)小元件之間的細(xì)小差異會(huì)對(duì)取料和貼片過(guò)程產(chǎn)生顯著的影響，要求貼片頭在此過(guò)程中能自動(dòng)感應(yīng)其變化并采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施，以消除對(duì)元件高度，厚度等的敏感性。采用的方法是在貼片頭上安排壓力感應(yīng)器，防止過(guò)大的壓力在此過(guò)程中

6、將元件壓碎，或取不到料。比較好的貼片機(jī)的貼片頭z軸分辨率可達(dá)1um，壓力感應(yīng)器可以感應(yīng)到24um的變形。傳統(tǒng)的機(jī)械式送料器已不能滿足日益變小的元件對(duì)于高精度的要求。細(xì)小元件要求精度更高的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電子送料器，并要求其有良好的抗靜電效果。送料器安裝在貼片機(jī)上，在它們之間會(huì)存在間隙和位置誤差，這種誤差很小，在貼裝較大器件如06030805等，完全可以被忽略。但是對(duì)于細(xì)小的0201和01005而言，其影響會(huì)很大。在拾取020101005這類元

7、件時(shí)，很難同時(shí)取4顆或7顆元件，原因在于此，另外還有元件包裝的誤差。所以單顆拾取0201或01005比較穩(wěn)妥，可以保證取料的可靠性。理想的取料位置在元件的中心區(qū)域，如下圖所示。如果取料位置超出元件上最佳的取料區(qū)域，可能會(huì)導(dǎo)致貼片缺陷，如偏移和立碑等。同時(shí)因?yàn)榘迳显才藕苊?，可能?huì)使吸嘴干涉到其它元件。33吸嘴的設(shè)計(jì)和保養(yǎng)貼裝0201和01005元件需要更細(xì)的吸嘴，同時(shí)為了防止靜電損壞元件及在取料過(guò)程中帶走其它元件，細(xì)嘴的材料需要抗靜電

8、，所以要選用ESD材料。為了盡量降低吸料過(guò)程中元件側(cè)立，保證足夠的真空和元件被吸起之后的平衡，在吸嘴頭部需要設(shè)計(jì)2個(gè)或3個(gè)孔?？紤]到貼裝密度小于0.25mm的情況，吸嘴頭部要足夠的細(xì)，它上面的孔也會(huì)比較細(xì)。對(duì)0201的吸嘴而言，最小的孔徑會(huì)達(dá)0.127mm，而01005元件的吸嘴更細(xì)，達(dá)0.1mm。這不僅給制造帶來(lái)了難度，也需提高這些吸嘴的清潔保養(yǎng)頻度。對(duì)吸嘴的清潔保養(yǎng)的要求比其它類型的吸嘴要高，需要利用清潔溶劑和超聲波來(lái)清潔。由于02

9、0101005很薄，01005元件厚度只有0.1mm，這增加了細(xì)嘴與錫膏接觸的機(jī)會(huì)。增加清潔保養(yǎng)的頻度成為必要。圖6某機(jī)型0201的吸嘴圖7某機(jī)型01005的吸嘴4元件的影像對(duì)中確定元件的中心有兩種方式，一種是采用數(shù)碼像機(jī)，另一種是采用鐳射（激光）。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。采用數(shù)碼像機(jī)可以檢查出元件電氣端的缺陷，如圖。但是它不能感測(cè)元件的厚度變化。對(duì)于z軸有壓力感應(yīng)及取料貼片補(bǔ)償功能的機(jī)器，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的問(wèn)題。采用鐳射成像的方法可以檢測(cè)元件

10、的厚度，但對(duì)于元件電氣端出現(xiàn)的缺陷則檢查不出來(lái)。在實(shí)際貼裝過(guò)程中，元器件兩端電氣端與錫膏重疊的區(qū)域的差異，會(huì)影響焊接完成后的裝配良率。如圖。由于不同廠家，或同一廠家不同批次的元件在制造過(guò)程電氣端可能存在差異，所以采用數(shù)碼像機(jī)成像具有一定優(yōu)勢(shì)。對(duì)0201元件和01005元件成像對(duì)中需要高倍率的像機(jī)，光源的使用和其它較大的片裝元件也有區(qū)別。一般的元件如0603或0805等元件，使用背光，找到整個(gè)外形輪廓的中心就好。但是0201或01005元