未來細(xì)微化的貼裝元件
發(fā)布時(shí)間2022-03-12 12:08:49
未來越來越小的元件進(jìn)行制造
在介紹本文之前，我們的未來會不會有可能出現(xiàn)納米級別的貼裝，到那時(shí)候的工藝將不是傳統(tǒng)印刷工藝，直接就是貼裝的時(shí)候就是焊接好元器件了，不知大家是否認(rèn)同我這個(gè)天馬行空的想法。
電子制造商總是在不斷地進(jìn)取，他們繼續(xù)朝著產(chǎn)品的小型化和功能的多樣化雙重目標(biāo)加速前進(jìn)。為了在現(xiàn)有的產(chǎn)品中得到更多的功能和性能和制造出更小、更輕便的產(chǎn)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(gè)形狀因素中，消費(fèi)者都想要更多 - 例如用英特網(wǎng)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(fù)雜化，例如，在吸取和貼裝元件兩個(gè)方面都要引入三軸糾正。隨著制造商轉(zhuǎn)向使用0201尺寸的片狀元件，這些問題將變得更加關(guān)鍵，0201預(yù)計(jì)到2008年在先進(jìn)的貼裝中使用。
對于大多數(shù)裝配技術(shù)問題的兩個(gè)關(guān)鍵方面在于錫膏的印刷和物理上將元件貼裝在主板上。現(xiàn)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(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用0201元件的一個(gè)關(guān)鍵考慮是元件的間隔。現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)是元件之間大約0.2mm，這對0201元件是不準(zhǔn)確的。畢竟，使用0201技術(shù)的制造商面臨比用0402技術(shù)高的多的元件與返工成本。因此，很清楚，使用傳統(tǒng)元件間隔將不會提供達(dá)到節(jié)省成本的產(chǎn)品制造的元件密度。更重要的是，要求最小元件的產(chǎn)品都是那些便攜式的、有時(shí)可佩戴的、和經(jīng)常在尺寸和形狀上設(shè)計(jì)成是和時(shí)尚而不是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)的產(chǎn)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(jīng)常叫做“極其緊密的貼裝”)
因此我們需要達(dá)到什么程度？從實(shí)際的觀點(diǎn)看，需要減少多少空間？更重要的是，必須解決的技術(shù)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(gè)間隔要求，有必要在兩個(gè)方面改變我們考慮元件焊盤的方式。第一個(gè)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(diǎn)，得到聯(lián)接元件末端與焊盤暴露部分之間的焊接圓角?？墒沁@樣會浪費(fèi)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(shí)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(jié)省板的 空間和減少裝配缺陷，但出現(xiàn)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(shí)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(gè)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(shí)，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(diǎn)。
圖三、使阻焊層比焊盤厚降低正常阻焊(a)的可焊性。在這個(gè)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(zhuǎn)移將不足夠，(圖3a和3b)，大大地減少了錫量。在這個(gè)情況中，覆蓋式阻焊作用最好，因?yàn)樽韬概c絲印板緊密接觸，允許錫膏的地面接觸焊盤頂面。
當(dāng)焊盤與阻焊層一樣厚時(shí)，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(zhì)量影響很大的一個(gè)方面是焊錫顆粒的尺寸。很明顯，較細(xì)的顆粒印刷的分辨率更高，但是多細(xì)菜足夠呢？在今天的生產(chǎn)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(xì)”的更小的顆粒形狀上不規(guī)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(guān)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(jìn)行了試驗(yàn)。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(yán)密的控制。該試驗(yàn)中的參數(shù)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(jìn)行了四個(gè)試驗(yàn)，用正常的阻焊層和阻焊界定的焊盤進(jìn)行印刷。
使用的四個(gè)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(chǎn)生較好的可印刷性。有趣地是，當(dāng)顆粒尺寸超過一個(gè)更窄的范圍時(shí)，正常的阻焊層印刷持續(xù)地比覆蓋式阻焊層界定的焊盤更好。當(dāng)顆粒尺寸小于25微米時(shí)，對于無焊腳形式可以得到滿意的可印刷性。
基于這些結(jié)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(xì)微化的貼裝元件，相信在未來的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)納米級別的貼裝。
