0201技术推动工艺解决方案（一）.docVIP

0201技术推动工艺解决方案 By Brian J. Lewis and Paul Houston 　　参数、工艺限制和设计指引一起创造一个成功的工艺窗口和电路板设计定位。 　　超小型足印(footprint)的无源元件，如0201元件，是电子工业的热门话题。这些元件顺应高输入/输出(I/O)元件而存在，如芯片规模包装(CSP)和倒装芯片(flip chip)技术，它们是电子包装小型化的需要。图一把一个0201的尺寸与一个0805、0603、一只蚂蚁和一根火柴棒进行比较。0.02 x 0.01 的尺寸使得这些元件当与其它技术结合使用的时候，对高密度的包装是理想的。本文将对已经发表的文章或著作作广泛的回顾，突出电路板设计的指引方面，和定义印刷、贴装和回流的工艺窗口。本文也包括为了产生一个稳定的工艺窗口和电路板设计而对电路板设计参数、工艺限制和工艺指引所作的调查课题。对课题各方面进行讨论和给出试验性的数据，但由于该课题正在进行中，最后的数据编辑还有待发表。 　　驱动力　　受到携带微型电话、传呼机和个人辅助用品的人的数量增加的驱动，消费电子工业近来非常火爆。变得更小、更快和更便宜的需要驱动着一个永不停止的提高微型化的研究技术的需求。大多数微型电话有关的制造商把0201实施到其必威体育精装版的设计中，在不久的将来，其它工业领域也将采用该技术。在汽车工业的无线通信产品在全球定位系统(GPS, global positioning systems)、传感器和通信器材中使用0201技术。另外，公司在多芯片模块(MCM, multi-chip module)中使用0201技术，以减少总体的包装尺寸。和这些MCM元件一起，0201技术已经更靠近半导体工业，因其直接与裸芯片包装，铸模在二级电路板装配的包装内。必须完成许多研究，以定义出焊盘设计和印刷、贴装、回流的工艺窗口，从而在全面实施0201之前达到高的第一次通过合格率和高的产量。 　　电路板设计指引　　已经有几个对采用0201无源元件的电路板设计指引的研究。大部分通过变化焊盘尺寸、焊盘几何形状、焊盘对焊盘间距和片状元件与元件的间距，来观察设计。重要的设计方面包括缺陷最小化和增加元件密度，同时收缩整个印刷电路板的尺寸。以下是可能受焊盘设计所影响的主要缺陷： 墓碑(Tombstoning)　该缺陷的发生是当元件由于回流期间产生的力而在一端上面自己升起的时候。通常，墓碑发生是由于元件贴装在相应的焊盘上不平衡，一端的焊锡表面能量大于另一端。表面能量的不平衡引起一端的扭矩更大，将另一端拉起并脱落焊盘。小于0603的元件比较大的无源元件更容易形成墓碑。对0402和0201元件，焊盘设计可减少或甚至防止墓碑。焊盘横向延长，纵向减少可减少引起墓碑的纵向力。回流过程也会影响墓碑缺陷。如果升温坡度太大，元件的前端进入回流区可能在另一端之前熔化，将元件立起。 焊锡结珠(Solder beading)　焊锡球数量是一个过程指标，由于焊锡膏中使用的助焊剂而附着于无源元件，通常位于元件身体上。焊锡珠，当使用免洗焊锡膏时由于助焊剂残留和缺少其它锡膏类型通常使用的清洗步骤，是常见的，它表示过程已经偏出了工艺窗口。通常，结珠的发生是由于焊盘太靠近一起，过大的焊盘和过多的锡膏印在单个焊盘上。以高速贴装0201无源元件可能引起锡膏溅出锡膏“砖”。这些溅出的锡膏在元件周围回流，引起锡球，在IPC 610 中定义为缺陷。这是超小无源元件上最常见的缺陷。如上所述，设计指引可以用来控制这些类型的缺陷，以及理解工艺窗口。有人推荐，0201焊盘设计来限制锡膏在元件长边上的接触角，而延长焊盘的横向尺寸，允许更大的接触角1,2,3。与这种焊盘设计相关的力将趋向于作用在元件侧面，允许更多的自己对中，而减少引起“墓碑”的力。 　　焊盘间隔也可能控制焊锡球化缺陷。研究表明，焊盘中心对中心应该在0.020~0.022之间，边对边的间隔大约为0.008~0.010。焊盘设计应该达到贴装工具的精度。另有研究表明，对于无源元件，沿纵向轴的恢复力比较大，但如果元件贴装有纵向偏移，那么该元件必须与两个焊盘接触，保证两个不同的力来自己定位。因此，如果贴装机器只有0.006的精度，贴出0201的偏移太大，那么元件将不会自己定位。表一列出了推荐用来减少墓碑和焊锡结珠的焊盘尺寸和设计。 表一、0201焊盘设计推荐 0201焊盘尺寸 下限 上限 过程效果 长度尺寸 0.010 0.012 改进“墓碑” 宽度尺寸 0.016 0.018 ? 焊盘间隔() 0.020 0.022 改进焊锡结珠 焊盘间隔() 0.008 0.010 ? 　　不幸的是，只有很少的出版数据解释对于其它电路板设计变量，特别是元件对元件间距的限制，工艺窗口在哪里。元件间距可受各种因素影响，如