高效率的0201工艺特征

高效率的0201工艺特征ByDanialF.Baldwin,PaulN.Houston,BrianJ.LewisandBrianA.Smith最近的研究找到了影响0201元件装配工艺缺陷数量的变量...。虽然目前大多数公司还没有达到0201这一工艺水平，但是本文所使用的研究方法和得到的研究结果值得我们学习和借鉴，以便更好地做好我们的1206、0805、0603、0402...在过去几年中，消费品电子工业已经明显地出现迅猛的增长，这是因为越来越多的人佩带手机、传呼机和个人电子辅助用品。有趋势显示，每年所贴装的无源元件的数量在迅速增加，而元件尺寸在稳步地减小。将产品变得越来越小、越快和越便宜的需求，推动着对提高小型化技术研究的永无止境的需求。大多数消费品电子制造商正在将0201元件使用到其最新的设计中去，在不久的将来，其它工业也将采取这一技术。因此，将超小型无源元件的装配与工艺特征化是理所当然的。我们需要研究来定义焊盘的设计和印刷、贴装与回流工艺窗口，以满足取得0201无源元件的较高第一次通过合格率和较高产出的需求。最近进行了一个0201元件的高速装配研究，对每一个工艺步骤进行了调查研究。研究的目标是要为高速的0201装配开发一个初始的工艺特征，特别是工艺限制与变量。试验的准备对应于锡膏印刷、元件贴装和回流焊接，进行了三套主要的试验。为了理解每个工艺步骤最整个0201装配工艺的影响，我们进行检查了每个工艺步骤。在工艺顺序方面，只改变研究下的工艺步骤的变量，而其它工艺参数保持不变。我们设计了一个试验载体(图一)，提供如下数据：

图一、试验载体0201到0201的间距：焊盘边沿到边沿的距离按4,5,6,8,10和12mil(千分之一英寸)变化焊盘尺寸的影响，标称焊盘尺寸为12x13mil的矩形焊盘、中心到中心间距为22mil。标称焊盘变化为±10%、20%和30%。元件方向，在单元A、B、C和D中，研究的元件方向为0°和90°。E和F单元研究±45°角度对0201工艺的影响。单元1至6研究0201与其它无源元件包括0402、0603、0805和1206之间的相互影响。这些分块用来决定0201元件对其它较大的无源元件的大致影响，它可影响印刷、贴装和回流焊接(散热)。这里，焊盘对焊盘间距为本4、5、6、8、10和12mil。另外，0201焊盘尺寸在这六个单元上变化。测试载体含有6,552个0201、420个0402、252个0603、252个0805、252个1206，总共7,728个无源元件。基板是标准的FR-4环氧树脂板，厚度1.57mm。迹线的金属喷镀由铜、无电解镍和浸金所组成。所有测试板使用相同的装配设备装配：一部模板印刷机、一部高速元件贴装机、和一台七温区对流回流焊接炉。模板印刷试验为了表现对0201无源元件印刷的特征，我们使用了一个试验设计方法(DOE,designforexperiment)，试验了印刷工艺的几个变量：锡膏的目数、刮刀的类型、模板的分开速度、和印刷之间模板上锡膏滞留时间。这个DOE是设计用来决定是否这些因素会影响0201装配的印刷工艺。度量标准是印刷缺陷的数量和锡膏厚度的测量。结果是基于95%的可信度区间，从统计分析上决定重要因素。印刷缺陷定义为在印刷后没有任何锡膏的空焊盘以及锡桥。对于这个印刷试验，模板厚度为125微米，100%的开孔率，商业使用的免洗锡膏。印刷机的设定是基于锡膏制造商的推荐值，在推荐范围的中间。模板印刷的试验结果

表一列出只检查印刷影响的试验。使用了三个度量标准来评估每个试验条件。第一个度量标准是平均锡膏印刷高度。使用一部激光轮廓测定仪从四个象限测量16个数据。表一、第一个模板印刷试验的试验设计试验编号锡膏类型刮刀类型锡膏滞留时间(分钟)分开速度(cm/s)1III金属0.50.052III金属100.133III聚合物0.50.054III聚合物100.135IV金属100.056IV金属0.50.137IV聚合物0.50.058IV聚合物100.13锡膏厚度的标准偏差用作第二个度量标准。图二显示来自八个试验的平均高度和高度标准偏差。

图二、从第一次模板印刷试验得到的印刷高度结果第三个度量标准是缺陷总数。用光学检查单元1-6和A-D的选择部分，记录缺陷数量。含有锡桥的焊盘和没有锡膏的焊盘被认为是缺陷(图三)。

图三、从第一次模板印刷试验得到的缺陷结果基于这些度量标准和使用95%的可信度区间，在统计分析上唯一的重要的主要影响是刮刀类型。锡膏类型、分离速度和锡膏滞留时间有低于85%的可信度区间。分离速度与擦拭频率试验进行第二个更小的试验是要检查分离速度和擦拭频率的影响。调查模板擦拭频率，是由于它影响产量。因为模板擦拭大大增加模板印刷机的周期时间，所以在生产中应该避免或减少这个步骤。进行这个试验是要决定是否对于0201装配必须做模板擦拭，以获得良好的印刷。另外还希望确定是否分离速度是一个重要因素，所以将它包括在本试验中。使用0.05和0.13cm/sec的分离速度。对这两次运行，使用了IV类型的锡膏和金属刮刀，没有滞留时间。表二中列出试验9和10的结果。这些结果与试验5和6(来自表一)比较，也是使用了IV型锡膏和金属刮刀。基于这些结果，模板擦拭频率是这个试验的唯一主要影响。表二、第二次模板印刷试验结果试验编号分离速度(cm/s)擦拭频率平均(mil)标准偏差缺陷数50.05每次印刷149.9713.451560.13每次印刷149.3620.204390.05无145.7715.41236100.13无136.4515.19238贴装试验做一个试验来确定是否基准点形状或基准点定义方法对元件贴装有影响。基准点形状使用了圆形和十字形基准点，而基准点清晰度方面使用了阻焊与金属界定的基准点。这些试验的度量是使用视觉元件检查。用来评估每个试验条件的标准是0201元件的贴装精度。元件贴装在板上的四个象限内(象限4、19、25和40)。这些象限是横穿电路板的，象限4和25使用+30%的焊盘尺寸(17x19mil)，而象限19和40使用标称焊盘尺寸(12x13mil)。元件贴装在水平与垂直两个方向。四百八十个0201元件贴装在每块板上，每个试验总共1920个元件。元件焊盘边沿到边沿的间隔范围从5-12mil。在贴装试验中。最好的贴装发现在象限4，逐渐地在板上向左偏移，很可能是由于在很大的试验载体上伸展的缘故。因此，贴装的最大偏移发生在象限40。当使用金属界定的十字型基准点时发生最坏的偏移，在象限40的元件几乎跨接焊盘。同时也注意到对于金属界定的圆形基准点比无任哪一种阻焊界定的基准点的偏移更大。表三显示对于象限40的四个试验的平均的X和Y的偏移。基于这些结果，阻焊界定的基准点提供比金属界定的基准点更好的板上贴装精度。基准点的形状对元件的贴装精度没有大的影响。表三、对象限40的贴装试验的平均试验偏差基准点图案平均X偏差(微米)平均Y偏差(微米)阻焊界定的圆223金属界定的十字1122金属界定的圆539阻焊界定的十字154回流焊接试验为了确定是否某些变量对0201回流焊接有影响，我们进行了另一个试验。研究的变量是保温时间、保温温度、液相线以上的时间和峰值温度。这些参数在一个要求九次不同反复的DOE中设定(表四)。所有变量都在锡膏供应商所提供的锡膏规格范围内。表四、回流试验设计试验编号保温时间(秒)保温温度(°C)液相以上时间(秒)峰值温度(°C)145-50125-13555-65217-219255-60165-17555-65211-214345-50145-15545-50211-214425-35165-17545-50217-219525-35145-15555-65222-225625-35125-13535-40211-214745-50165-17535-40222-225855-60125-13545-50222-225955-60145-15535-40217-219对这个试验，印刷和贴装工艺保持不变，而对回流温度曲线作改变。使用的印刷工艺与印刷试验中使用的相同，是本研究中找到的较好的变量。使用的贴装参数是与在贴装期间使用阻焊界定的圆形基准点相同的。使用了对锡桥和直立的视觉和X射线检查标准，对于统计上认为重要的因素要求95%或更高的可信度区间。回流焊接试验结果

对于在表五中所列出的每一个试验，重复做三次，每次重复总共564个元件，或者每个试验1692个元件。在每一块测试板上，贴装了396个0201无源元件。这些元件贴装在15x17mil和12x13mil的焊盘上，以6mil和10mil的焊盘边沿对边沿的距离排列。除了0201元件之外，168个0402、0603、0805和1206也贴装，以决定一个产生可接受的0201元件的工艺会怎样影响较大的无源元件。使用了三个标准来评估每个试验条件：焊点质量、元件竖立和锡桥。所有的试验条件都产生良好的焊接点，完全以细粒度湿润。我们也检查了回流焊接的元件中缺陷的数量。确定的缺陷是锡桥和元件竖立。锡桥在两个相邻的焊接点连接到一起的时候发生，将元件短接在一起。这个缺陷很可能在以非常密的焊盘对焊盘间距贴装的元件上发生。当一个元件脱离一个焊盘而立起的时候发生元件竖立(tombstoning)。元件竖立一般是由元件不均衡的湿润所造成的，或者当元件放在一个表面积大得多的焊盘上的时候。所有这些缺陷都在0201元件上找到。可是，没有一个较大的元件出现元件竖立或锡桥，这显示使用的装配工艺对较大的元件并不是不利的。

图四、锡桥与元件竖立的X射线图象图四显示显示一个X射线图象，它包含锡桥和元件竖立。锡桥、元件竖立的数量和总的缺陷在表五中显示。图五描述每个试验发生的缺陷数量。表五、回流焊接试验结果试验编号贴装0201总数锡桥竖立总缺陷缺陷率(%)其它元件缺陷缺陷率(DPM)11,188615211.77017,67721,1881010.08084231,1880000.000041,1880000.000051,1880220.1701,68461,188611171.43014,31071,1880000.000081,1884370.5905,89291,1880000.0000

图五、回流焊接试验结果基于这些度量标准和使用95%的可信度区间，唯一在统计上重要的主要影响是保温温度，它具有大于97%的可信度区间。保温时间、液相线以上的时间和峰值温度具有的可信度区间小于40%，因此被认为是随机诱发的影响。保温温度的主要作用是在低保温温度和其它水平之间，因为在中等与高保温温度的结果之间存在的差别很小。结论从第一次模板印刷试验的数据显示，只有刮刀类型对锡膏高度和缺陷数量具有统计意义上的重要影响。如锡膏高度数据所显示的，在第III和IV类锡膏之间就锡膏数量而言存在很少甚至没有差别。虽然存在很少差别，我们选择了第IV类锡膏作进一步研究，因为在研究的这个阶段只检测大的模板开孔。第二次印刷试验证实分离速度对锡膏高度和缺陷没有统计意义上的影响，但是擦拭频率有。锡膏缺陷的数量在这两次试验中比在用每一次印刷都擦拭模板的类似试验中要多得多。从贴装试验的数据显示，只有用于定义基准点的方法对贴装精度有重要影响。阻焊界定的基准点-不管圆形还是十字形-都比金属界定的基准点达到更高的贴装精度。从回流焊接试验的数据显示，只有保温温度对焊接点品质和缺陷数量有重要影响。如缺陷数据所显示，在不同保温时间、液相线以上时间或峰值温度之间存在很少或没有差别。当使用低的保温温度时，缺陷数量大大增加。本研究检验了某些变量对0201无源元件工艺的影响。研究发现诸如刮刀类型、模板擦拭频率和保温温度这些变量影响工艺缺陷的数量。还有，诸如锡膏滞留时间、液相线以上时间和峰值温度等变量对工艺缺陷数量有很小到没有影响。潮湿敏感元件ByRobertRowland本文介绍，应该清楚地认识到元件对潮湿的敏感性是一个复杂的主题。潮湿敏感性元件的主题是相当麻烦但很重要的-并且经常被误解的。由于潮湿敏感性元件使用的增加，诸如薄的密间距元件(fine-pitchdevice)和球栅阵列(BGA,ballgridarray)，使得对这个失效机制的关注也增加了。当元件暴露在回流焊接期间升高的温度环境下，陷于塑料的表面贴装元件(SMD,surfacemountdevice)内部的潮湿会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件。常见的失效模式包括塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)、线捆接损伤、芯片损伤、和不会延伸到元件表面的内部裂纹等。在一一些极端的情况中，裂纹会延伸到元件的表面；最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂(叫做“爆米花”效益)。

IPC-美国电子工业联合会制订和发布了IPC-M-109,潮湿敏感性元件标准和指引手册。它包括以下七个文件：IPC/JEDECJ-STD-020塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类IPC/JEDECJ-STD-033潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准IPC/JEDECJ-STD-035非气密性封装元件的声学显微镜检查方法IPC-9501用于评估电子元件(预处理的IC元件)的印刷线路板(PWB,printedwiringboard)的装配工艺过程的模拟方法IPC-9502电子元件的PWB装配焊接工艺指南IPC-9503非IC元件的潮湿敏感性分类IPC-9504评估非IC元件(预处理的非IC元件)的装配工艺过程模拟方法原来的潮湿敏感性元件的文件，IPC-SM-786,潮湿/回流敏感性IC的检定与处理程序，不再使用了。

IPC/JEDECJ-STD-020定义了潮湿敏感性元件，即由潮湿可透材料诸如塑料所制造的非气密性包装的分类程序。该程序包括暴露在回流焊接温度接着详细的视觉检查、扫描声学显微图象、截面和电气测试等。

测试结果是基于元件的体温，因为塑料模是主要的关注。`标准的回流温度是220°C+5°C/-0°C，但是回流试验发现，当这个温度设定为大量元件的电路板的时候，小量元件可达到235°C。如果可能出现更高的温度，比如可能出现小量与大量元件的情况，那么推荐用235°C的回流温度来作评估。可使用对流为主、红外为主或汽相回流设备，只要它可达到按照J-STD-020的所希望的回流温度曲线。

下面列出了八种潮湿分级和车间寿命(floorlife)。有关保温时间标准的详情，请参阅J-STD-020。1级-小于或等于30°C/85%RH无限车间寿命2级-小于或等于30°C/60%RH一年车间寿命2a级-小于或等于30°C/60%RH四周车间寿命3级-小于或等于30°C/60%RH168小时车间寿命4级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命5级-小于或等于30°C/60%RH48小时车间寿命5a级-小于或等于30°C/60%RH24小时车间寿命6级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命(对于6级，元件使用之前必须经过烘焙，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流。)增重(weight-gain)分析(参阅J-STD-020)确定一个估计的车间寿命，而失重(weight-loss)分析确定需要用来去掉过多元件潮湿的烘焙时间。J-STD-033提供有关烘焙温度与时间的详细资料。

IPC/JEDECJ-STD-033提供处理、包装、装运和烘焙潮湿敏感性元件的推荐方法。重点是在包装和防止潮湿吸收上面-烘焙或去湿应该是过多暴露发生之后使用的最终办法。

干燥包装涉及将潮湿敏感性元件与去湿剂、湿度指示卡和潮湿敏感注意标贴一起密封在防潮袋内。标贴含有有关特定温度与湿度范围内的货架寿命、包装体的峰值温度(220°C或235°C)、开袋之后的暴露时间、关于何时要求烘焙的详细情况、烘焙程序、以及袋的密封日期。

1级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是不要求的，除非元件分类到235°C的回流温度。

2级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。

2a~5a级。装袋之前干燥是要求的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。

6级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是要求的。

元件干燥使用去湿或烘焙两种方法之一。室温去湿，可用于那些暴露在30°C/85%RH条件下少于8小时的元件，使用标准的干燥包装方法或者一个可以维持25°C±5°C、湿度低于10%RH的干燥箱。

烘焙比许多人所了解的要更复杂一点。对基于级别和包装厚度的干燥前与后的包装，有一些烘焙的推荐方法。预烘焙用于干燥包装的元件准备，而后烘焙用于在车间寿命过后重新恢复元件。请查阅并跟随J-STD-033中推荐的烘焙时间/温度。烘焙温度可能通过氧化引脚或引起过多的金属间增生(intermetallicgrowth)而降低引脚的可焊接性。不要将元件存储在烘焙温度下的炉子内。记住，高温托盘可以在125°C之下烘焙，而低温托盘不能高于40°C。

IPC的干燥包装之前的预烘焙推荐是：

包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a~5a级别，125°C的烘焙时间范围8~28小时，或150°C烘焙4~14小时。

包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a~5a级别，125°C的烘焙时间范围23~48小时，或150°C烘焙11~24小时。

包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a~5a级别，125°C的烘焙时间范围48小时，或150°C烘焙24小时。

IPC的车间寿命过期之后的后烘焙推荐是：

包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a~5a级别，125°C的烘焙时间范围4~14小时，或40°C烘焙5~9天。

包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a~5a级别，125°C的烘焙时间范围18~48小时，或40°C烘焙21~68天。

包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a~5a级别，125°C的烘焙时间范围48小时，或40°C烘焙67或68天。

通过了解IPC-M-109，潮湿敏感性元件标准与指引手册，可避免有关潮湿敏感性的问题。焊盘的结构ByRobertRowland本文介绍，焊盘的基本概念及其有关的行业标准。焊盘(land)，表面贴装装配的基本构成单元，用来构成电路板的焊盘图案(landpattern)，即各种为特殊元件类型设计的焊盘组合。没有比设计差劲的焊盘结构更令人沮丧的事情了。当一个焊盘结构设计不正确时，很难、有时甚至不可能达到预想的焊接点。焊盘的英文有两个词：Land和Pad，经常可以交替使用；可是，在功能上，Land是二维的表面特征，用于可表面贴装的元件，而Pad是三维特征，用于可插件的元件。作为一般规律，Land不包括电镀通孔(PTH,platedthrough-hole)。旁路孔(via)是连接不同电路层的电镀通孔(PTH)。盲旁路孔(blindvia)连接最外层与一个或多个内层，而埋入的旁路孔只连接内层。如前面所注意到的，焊盘Land通常不包括电镀通孔(PTH)。一个焊盘Land内的PTH在焊接过程中将带走相当数量的焊锡，在许多情况中产生焊锡不足的焊点。可是，在某些情况中，元件布线密度迫使改变到这个规则，最值得注意的是对于芯片规模的封装(CSP,chipscalepackage)。在1.0mm(0.0394")间距以下，很难将一根导线布线通过焊盘的“迷宫”。在焊盘内产生盲旁通孔和微型旁通孔(microvia)，允许直接布线到另外一层。因为这些旁通孔是小型和盲的，所以它们不会吸走太多的焊锡，结果对焊点的锡量很小或者没有影响。有许多的工业文献出于IPC(AssociationConnectingElectronicsIndustries),EIA(ElectronicIndustryAlliance)和JEDEC(SolidStateTechnologyAssociation)，在设计焊盘结构时应该使用。主要的文件是IPC-SM-782《表面贴装设计与焊盘结构标准》，它提供有关用于表面贴装元件的焊盘结构的信息。当J-STD-001《焊接电气与电子装配的要求》和IPC-A-610《电子装配的可接受性》用作焊接点工艺标准时，焊盘结构应该符合IPC-SM-782的意图。如果焊盘大大地偏离IPC-SM-782，那么将很困难达到符合J-STD-001和IPC-A-610的焊接点。元件知识(即元件结构和机械尺寸)是对焊盘结构设计的基本的必要条件。IPC-SM-782广泛地使用两个元件文献：EIA-PDP-100《电子零件的注册与标准机械外形》和JEDEC95出版物《固体与有关产品的注册和标准外形》。无可争辩，这些文件中最重要的是JEDEC95出版物，因为它处理了最复杂的元件。它提供有关固体元件的所有登记和标准外形的机械图。JEDEC95出版物库中的任何图都可从JEDEC的网站()免费下载。JEDEC出版物JESD30(也可从JEDEC的网站免费下载)基于封装的特征、材料、端子位置、封装类型、引脚形式和端子数量，定义了元件的缩写语。特征、材料、位置、形式和数量标识符是可选的。封装特征：一个单个或多个字母的前缀，确认诸如间距(pitch)和轮廓等特征。

封装材料：一个单字母前缀，确认主体封装材料。

端子位置：一个单字母前缀，确认相对于封装轮廓的端子位置。

封装类型：一个双字母标记，指明封装的外形类型。

引脚新式：一个单字母后缀，确认引脚形式。

端子数量：一个一位、两位或三位的数字后缀，指明端子数量。表面贴装有关封装特性标识符的一个简单列表包括：E扩大间距(>1.27mm)F密间距(<0.5mm)；限于QFP元件S收缩间距(<0.65mm)；除QFP以外的所有元件。T薄型(1.0mm身体厚度)表面贴装有关端子位置标识符的一个简单列表包括：Dual引脚在一个正方形或矩形封装相反两侧。Quad引脚在一个正方形或矩形封装的四侧。表面贴装有关封装类型标识符的一个简单列表包括：CC芯片载体(chipcarrier)封装结构FP平封(flatpack)封装结构GA栅格阵列(gridarray)封装结构SO小外形(smalloutline)封装结构表面贴装有关引脚形式标识符的一个简单列表包括：B一种直柄或球形引脚结构；这是一种非顺应的引脚形式F一种平直的引脚结构；这是一种非顺应的引脚形式G一种翅形引脚结构；这是一种顺应的引脚形式J一种“J”形弯曲的引脚结构；这是一种顺应的引脚形式N一种无引脚的结构；这是一种非顺应的引脚形式S一种“S”形引脚结构；这是一种顺应的引脚形式例如，缩写词F-PQFP-G208，描述0.5mm(F)塑料(P)方形(Q)平面封装(FP)，翅形引脚(G)，端子数量208。对元件和板表面特征(即焊盘结构、基准点等)的详细公差分析是必要的。IPC-SM-782解释了怎样进行这个分析。许多元件(特别是密间距元件)是严格公制单位设计的。不要为公制的元件设计英制的焊盘结构。累积的结构误差产生不配合，完全不能用于密间距元件。记住，0.65mm等于0.0256"，0.5mm等于0.0197"。在IPC-SM-782标准内，每个元件与相应的焊盘结构组织在四个页面中。结构如下：第一页包括有关元件的通用信息，包括可应用文件、基本结构、端子或引脚数量、标记、载体封装格式、工艺考虑、和焊接阻力。第二页包括设计焊盘结构所必须的元件尺寸，对于其它元件信息，参考EIA-PDP-100和95出版物。第三页包括相应焊盘结构的细节与尺寸。为了产生最适合的焊接点条件，在这页上描述的焊盘结构是基于最大材料情况(MMC,maximummaterialcondition)。使用最小材料情况(LMC,leastmaterialcondition)时，尺寸可能影响焊接点的形成。第四页包括元件与焊盘结构的公差分析。它也提供对于焊接点的形成应该期望得到什么的详细内容。焊点强度受锡量的影响。在决定不使用基于MMC尺寸的焊盘结构之前，应该进行公差分析和焊接点评估。在IPC的网站上()有免费的、可下载的焊盘结构计算器。在IPC-SM-782的附录A中可找到详细的计算器的解释。SMTPlus也有焊盘结构库的书或CD-ROM。也可购买计算机辅助设计(即,Allegro,PADS)许可证。IPC,EIA()和JEDEC文件可以直接从这些组织购买，或通过GlobalEngineeringDocuments()购买。《theStatusandActionPlan2000》中的第四章是另一个元件信息来源。可以从SurfaceMountCouncil的网站()免费下载。SMT贴片胶的印刷ByHeraeusLtd.本文介绍，印胶模板的制作要求与特点、及胶剂印刷工艺。技术上的考虑最近印刷技术已经得到许多的重视。大家都知道该技术是用于锡膏印刷的。对印刷SMT胶的主要推动力是这个应用方法具有更高的产出。多年来，世界上许许多多的制造商都已经在用一种80目的丝网或一种模板来施胶，使用的是通常用于锡膏印刷的一种传统印刷技术。贺利氏的SMT胶PD860002、PD922、PD943和PD945在该工艺中得到成功应用。一个主要问题是要用不同的高度来产生胶点，以使得能够处理离地间隙很大的元件。在1995年介绍了一种“新的”印刷技术，它允许可重复地得到不同直径和不同高度的胶点。一种专门开发的胶剂PD955PY就是用来用来获得最佳的结果。1.以不同的高度产生胶点

当印刷锡膏时，人们希望的是所有锡膏都从模板的开孔转移到PCB。这种“新的”印刷技术利用了这样一个事实，即不是所有的胶剂都会从模板转移到PCB。该工艺是基于胶对模板和PCB有不同的附着力这个特点，(模板厚度是常数)：

如果模板开孔小，例如0.5mm，那么胶与模板之间的附着力好，以至于胶大部分的胶还留在模板内。PCB上胶点的高度小(GDH低).随着模板开孔的尺寸增加，胶与PCB之间的附着力也增加，更多的胶剂从模板转移到PCB-GDH增加。2.模板类型

2.1金属模板

大体上，可以使用象锡膏印刷相同的模板。主要差别是在模板的厚度上。印刷胶剂的最小厚度实际上为250微米。在这个行业，激光切割的模板可以得到良好的结果，相当重要的原因是交货时间短和可以从本地供应商那里采购这样一个事实。金属模板在印刷期间出现很小的XY方向上的延伸，这使得可以在板上得到更加精密的胶点。清洁比塑料模板更加容易，没有可能发生静电放电的危险。250-300微米厚度的金属模板优点缺点交货时间短

可以从本地供应商采购

印刷期间延伸小

容易清洁柔性小金属模板的一个缺点是其较低的柔性，柔性是与不平的PCB改善密封性的一个优势。为了补偿这一点，金属模板应该固定在一个丝网尽可能宽的框内。金属模板用于超密间距的锡膏印刷，这里印刷的精确度比在印刷胶剂是更加关键。2.2塑料模板

2.2.1DEK公司在1-2mm厚度的塑料模板上使用了TermPumpPrinting(泵压印刷)。开孔都是由钻孔简单地产生。1mm厚的模板允许胶点高度达到2mm或更多。具有很大的离地间隙的元件(如一些SO、PLCC、QFP等)可以毫无问题地胶着。1mm厚用于泵压印刷的模板优点缺点柔性

与PCB良好的气密性

接触印刷可以得到极其高的胶点

模板底面可以底部切割以让出已印焊盘的位置难于清洗

在印刷期间延伸2.2.2薄的塑料模板

制造方法与DEK的模板相同，只是该模板较薄-大于等于250微米。在印刷期间模板的延伸问题比泵压印刷(PumpPrinting)的厚模板更严重。250-350微米厚的模板优点缺点柔性

与PCB的良好密封性难于清洗

在印刷期间模板延伸

供应商的数量有限3.胶的选择/附着力

胶点的形状和一致性取决于胶剂的流变学特性：屈服点与塑性粘度。目标是要得到两者：胶点的理想形状和良好的一致性。用一种特别开发研制的胶剂PD955PY，得到胶点的理想形状和极好的一致性两者都是可能的。这种胶剂可以在模板上停留好几个小时而对结果不会产生可见的影响。它对标准的和难以胶着的元件(低应力塑料密封材料)都具有极好的附着力。在印刷、元件贴装和固化之后所测的附着力至少与点胶技术所施的胶以一样好。这种新的胶对温度和湿度都不敏感。4.印刷参数

印刷参数对最终结果有至关重要的影响。4.1用250微米的金属和塑料模板印刷

4.1.1接触印刷

用接触式印刷时，由于模板相对较小的厚度，所以胶点高度受到局限。刮板会把大胶点(如1.8mm)的胶切割掉，因此高度与模板的厚度差不多。对于中等尺寸的交点(如0.8mm)，可能发生不规则的胶点形状，因为与模板和与PCB的胶剂附着力几乎相等。在模板与PCB的分离期间，模板拖长胶剂，因此胶点高度大于模板厚度。对于0.3-0.6mm的尺寸，由于胶剂与模板的附着力比与PCB的好，部分胶留在模板内。这些胶点的高度较低，一致性非常好。接触式印刷有印刷间隙的印刷4.1.2有印刷间隙的印刷

用薄的模板，只有当在模板与PCB之间存在一定的印刷间隙印刷时才可以达到很高的胶点。在印刷期间胶被压在模板底面与PCB之间的间隙内。通过模板与PCB之间的缓慢分离(如0.5mm/sec)，胶被拉出和落下，这取决于胶的流变性，得到一种或多或少的圆锥形状。4.1.3对用250微米模板印刷所推荐的参数印刷速度：50mm/sec刮板：金属的印刷间隙：0.6mm

对于达到1mm或更多的极高的胶点。如果只印刷小胶点，那么印刷间隙可以为零。印刷顺序：双向印刷或Print-Flood

在一点对于薄的模板来提供足够的胶量时特别重要的。双向印刷另外帮助避免在最后胶点中的空气混入，推荐Flooding或双向印刷，特别当要印刷较大的胶点时。第一次印刷的刮板压力：0.2-0.3kg/cm

在印刷期间，刮板下的模板开孔应该接触PCB(通常对于典型的丝网印刷)。第二次印刷(或Flood)的刮刀压力：0.01-0.05kg/cm

在印刷期间，刮板下的模板开孔不接触PCB。即模板与PCB分开的。理想地所有开孔(也就是大的开孔)应该在模板与PCB分离之后密封/充满胶剂。PCB-模板分离速度：0.1-0.5mm/sec分离高度：>3mm

分离高度应该总是高于胶剂的倒塌高度。在刮板运动之后，在模板上应该留有一层胶剂薄膜。4.2用1mm厚的塑料膜板的泵压印刷(PumpPrinting)(由DEK推荐)刮刀：金属的，45度角印刷速度：25mm/sec印刷间隙：0mm(接触式)刮刀压力：0.33kg/cm印刷顺序：单程印刷分离速度：0.2mm/cm5.PD955PY的膜板开孔推荐直径

下面所说的参数是相对于250微米的金属模板和在4.1.3节中所提到的印刷参数。模板的开孔直径被优化，以得到在贴装之后不会污染元件金属端的最大胶点直径。胶点之间的距离被优化，以避免印刷期间模板底面上胶涂污。首选双胶点以得到最佳的附着力和最小的元件丢失。如果用双胶点，贴装期间元件的扭曲不太要紧。元件尺寸模板开孔直径(mm)胶点中心之间的距离(mm)06032x0.5

0.908052x0.61.112062x0.81.4SOT232x0.71.4MiniMelf1x1.0n.a.Melf2x1.52.018122x1.42.4SO83x1.42.5SO144x1.42.56.模板的清洁

6.1金属模板的清洁

为了避免清洁剂对模板框胶的侵蚀，推荐使用专门设计的清洁剂(例如ZestronSD300)。这种新的清洁剂也设计用来避免清洁设备之外的暴露保护措施。这允许设备的贴装放在于一个所希望的位置。当印刷小胶点，例如=<0.6mm，或在模板被胶剂严重污染的情况，我们推荐使用用于预清洗的ZestronES，然后是用于最终清洁的ZestronSD300。可是，用ZestronES的清洁必须认真地手工完成，以避免ZestronES与模板框的胶接触。6.2塑料模板的清洁

在6.1所提到的推荐也对塑料模板的清洁有效。另外，还需要更加注意下面的问题：在清洁塑料模板期间，可能发生静电放电。这可能扰乱印刷工艺。应该用专门的清洁剂，以避免这个现象，例如ZestronSD300与防静电添加剂ZestronplusAS10。应该避免手工清洁(用布抹)，因为塑料容易被刮花。长期这样可能造成印刷品质的问题。只用手工清洁很大程度上不足以彻底清洁通孔。残留物可能累积和负面地影响印刷品质。开发胶剂丝印工艺ByManuelOsuna,CirduitsAssembly本文介绍摩托罗拉公司的一个业务部门是怎样选择滴胶方案的，希望您从中受到启发。在墨西哥索纳那Nogales的摩托罗拉宽带业务，面临着到1999年第四季度末为其DCT2000产品扩容的挑战。DCT2000是一种消费终端产品，它将数字音频和视频品质带入电视接收器。与此同时，开发该产品的下一个版本的计划也必须开始。新的DCT5000将允许消费者同时看电视、冲浪英特网和使用摩托罗拉的互动数字电缆网络打IP电话。在该项目的制造计划中要考虑的一个关键因素是在有限的底面积内达到最大可能的容量。被指定开发和实施该计划的小组决定，最有效的制造策略是专门为DCT2000的装配设计一条高产量的表面贴装线，但是配置要接收DCT5000产品的未来发展。生产速度目标是每个印刷电路板(PCB)25秒的周期时间。现在的产品是以这样一个工艺步骤制造的：锡膏印刷、元件贴装、回流、通孔元件安装、滴胶、元件贴装、固化和波峰焊接。由于每个板大量的元件，最初的分析显示要求在一个非常优先、或无法得到的空间内放两台滴胶机。一些迅速完成的研究提供了市场上现有滴胶设备和工艺及其优缺点的详细情况。在表面贴装装配中最普遍使用的施胶方法是针滴(needledispensing)。虽然被广泛接受，但这个方法有局限性。它是一个缓慢、连续的过程，胶剂放入一个注射器内，通过压力或正向位移的方法从一个空心的针嘴中滴出。针滴的胶剂局限于圆形，胶点的高度和直径受限与给定的针嘴直径。该工艺的整体速度是滴在基板上胶点数量的函数，这满足不了摩托罗拉的能力要求，除非增加更多的机器。可是，可用的空间已经是有限的。因此，考虑到地面空间和成本的问题，这个滴胶的技术是不适合的。也考虑了针梢沉积(pindeposition)工艺。针梢沉积使用专门的定位工具和一个阵列的针梢，专门设计配合所要求施于PCB的胶点分布。该阵列浸入一个开式的胶剂托盘，湿润针梢达到预计的数量，然后向下接触板来转移胶剂。该工艺对现有的地面空间是合适的，但是有几个缺点。定位工具必须在每一次胶点分布变化是更换。胶剂在开式的托盘内的暴露可能导致吸收潮湿，造成多个品质问题，使得维护要求非常关键并费时间。在评估所有现有的工艺和设备之后，小组决定买不到可以所要求的速度滴胶的滴胶机。必须有几台滴胶机满足所要求的能力，而现有的地面空间却是有限的。胶剂印刷工艺是下一个要考虑的逻辑选项，它使用一台丝印机和一个塑料或金属模板来将胶印刷到PCB上。印刷胶剂将满足产量和空间限制的要求。可是，PCB设计要求胶剂是在通孔自动插件工艺之后印刷的。结果，即便胶剂印刷工艺已经使用几年了，但是标准的模板还是解决不了这个特殊情形。要求一个比通常厚的模板来提供在模板的板面上的必要间距，使得通孔元件引脚不会干扰板上的平坦的印刷。选择一个模板设计者几个问题在模板制造商的选择中是关键的：交货时间、以前的经验、技术支持和塑料模板的能力。DEK印刷机器有限公司是选择的供应商，来自该公司的现场工程师包括在摩托罗拉的小组中，帮助模板的设计。最终的模板设计出来，使得所有的敲弯的板上的引脚都坐落在凹槽内，允许模板底面接触到PCB的表面(图一)。

图一、所选择的模板设计一旦小组完成了摸板设计，就必须决定特定的胶剂印刷工艺。在小组了解到当使用塑料模板印刷时刮刀会造成另外的问题之后，选择了一个全封闭的、增压的印刷头，ProFlow®DirEKtImaging。(图二)。

图二、封闭的印刷头封闭的印刷头将胶剂装在传送头内，留下相对干净的模板，并且保护胶剂不受环境问题的影响，如吸水或干燥。图三描述了在几次印刷之后要保持多干净和连续性。

图三、印刷之后的板试验设计开始进行了一个丝印试验，来验证该工艺的能力。在仔细考虑与模板印刷机有关的所有可能的参数之后，选择了五个参数来做实验：印刷速度、分离速度、头的压力、印刷头的压力与分离。胶点直径用作输出变量。表一显示在试验中与每个因素有关的设定水平。FactorLowLevelHighLevelPrintspeed10mm/s90mm/sSeparationspeed0.5mm/s20mm/sHeadpressure1.5psi3.5psiPrintheadpressure4kg20kgSeparation1mm10mmTABLE1:Levelsettingsforeachfactorintheexperiment.一个两级部分析因设计用来确认最关键的因素及其整体影响。在表二中列出了在这个实验中所进行的全套试验组合。所有试验组合都是以随机的次序分布，以减少在这个实验中不受控因素的试验错误的影响。Pattern(mm/s)PrintSpeed(mm/s)SeparationSpeed(psi)HeadPressure(kg)PrintHeadPressure(mm)Separation-+++-10203.5201---+-100.51.5201+++++90203.52010++--+90201.5410+----900.51.541++-+-90201.5201--+--100.53.541-++-+10203.5410-+-++10201.52010----+100.51.5410+-+-+900.53.5410+-++-900.53.5201--+++100.53.52010+--++900.51.52010+++--90203.541-+---10201.541TABLE2:Testcombinations.使用计量设备来测量在这个实验中印刷胶点的直径。预先已经进行了校准已确认精度和准确度。在PCB上选择十个不同的位置来测量。五个是0805元件，五个是1206元件。每种方式运行三块板。测得的输出是十个胶点的每一个的平均值。结果那些对胶点直径产生最大影响的参数或输入变量是印刷速度和头的压力。剩下的参数对胶点的直径尺寸影响很小或没有影响。模板的开孔界定了最小的胶点尺寸。一旦模板的开孔确定，证明通过简单地改变速度和头的压力可以非常容易地增加胶点直径。结论胶剂印刷工艺的开发帮助达到初始的项目目标，证明对于该小组是一个非常令人兴奋的学习经验。以下是取得的目标：所要求的周期时间小于25秒，该工艺现在优化达到的时间小于17秒。通过一整台机器减少生产线的长度，允许整个生产线的设计布局充分利用到可用空间。培训要求减少一半，因为相同的印刷机已经在用于锡膏。通过减少其他方法可能要购买的设备数量，节省相当数量的金钱。该工艺的开发和实施在两个月的时间内完成。精密微量滴胶BySvenWedekin本文介绍，随着半导体元件及封装继续缩小尺寸，0.01"及更小的胶点直径要求对滴胶设备的设计采用一种“综合工程”的方法。随着电子产品，如手机、寻呼机和便携式电脑等，继续不断进化，这些产品中的柔性电路与印刷电路板(PCB)越来越密集地安装越来越小的芯片与封装。在设计者寻找方法在缩小的面积上设计电路的同时，制造商面临一些特殊的挑战：在极其精密的图形上滴涂锡膏、导电性胶和底部充胶，这些应用包括超密间距的引脚元件、BGA、CSP(包括微型BGA与倒装芯片)、和直接芯片安装(DCA,directchipattach)元件。

本文讨论在电子制造中与锡膏和胶的微量精密滴涂有关的技术挑战。为了在基板上装配引脚与面积排列“微型”元件的滴涂材料，“综合工程”已经成为达到滴涂精度的方法。这个产品工程概念考虑了滴涂系统主要元件的累积误差-泵、平台和控制软件-因为它们影响最终的结果。综合工程(IntegratedEngineering)在为电子装配设计开发液体滴涂设备中，制造商考虑许多的参数，设定目标，这些参数包括：速度(DPH,dotsperhour)、灵活性、精度与可重复性、以及产量。这些参数和其它有关的因素(台式与落地模式、平台尺寸与稳定性、自动化程度、是否有加热、传送带类型等)是根据目标价格范围和产品的应用范围决定的。任何系统的心脏都是泵；因为这个原因，一个滴胶系统的性能通常是通过滴胶头的能力来衡量的。除此之外，制造商通常“嵌入”尽可能多的平台和软件技术，只要价格允许，这也是市场上竞争产品推动的结果。小胶点直径与微量材料的精密滴涂要求一种不同的方法。微量滴涂所要求的精度与可重复性只有通过一个系统设计来达到，要考虑到由于平台的机械与电气特性所产生的误差累积。软件也是必要的，它控制滴胶和拱架的运作，补偿运动与速度上的偏差。虽然误差累积影响安装诸如QFP和SOIC这些传统SMT元件的液体滴涂，胶点的直径和X-Y精度随着元件尺寸变得越来越小而变得更加重要。可以说，没有容忍误差的余地。例如，平台的X-Y公差范围内的偏差，加上滴胶头的角度公差范围内的偏差，可以造成锡膏点不能准确地滴在目标焊盘上。在设计一部直径0.10"或更小的胶点精密滴胶机器时，整个系统必须反复作工程上的考虑，设计和建造可以累积满足性能目标与规格的子系统，使用闭环反馈的软件。子系统包括泵与马达、滴胶针、丝杆、线性导轨、甚至框架本身。这就是综合工程。材料与工艺参数锡膏与胶的精密滴涂决定于各种参数，包括材料本身的成分。在电子装配中，液体滴涂机用于批量或在线的滴涂锡膏和树脂胶在基板上。胶可以是安装元件的非导电性胶，或者可以提供导温与导电性，取决于类型和胶接剂内金属颗粒的装填，以及其物理结构(薄片与球状)。表一、滴胶中的材料参数干燥/老化特性温度流动特性粘性混合物的同质性湿润特性空气的出不出现表二、滴胶中的工艺/工具参数节拍时间泵控制精度针嘴离基板的距离X/Y精度与可重复性针嘴内径Z轴精度与可重复性针嘴设计

图一、针嘴的离板高度决定胶点的径高比。离表面太远的

针嘴可能造成滴出材料的塌落。太靠近表面的针嘴可造

成材料的拖尾和桥接，以及拖过下一个点的位置。滴涂的材料参数在表一中列出。粘度决定于树脂胶接剂和混入树脂中的金属。诸如材料在压力下流动的能力和对于锡膏湿润引脚或锡球的能力这些特性，对沉积量和连接的品质是有影响的。其它可以分类为工艺与工具参数的变量在表二中列出，针嘴离基板的距离是达到胶点的适当径高比的必要因素(图一)。一般，对于低粘性的材料，径高比应该大约为3:1，对于高粘度的锡膏为2:1(图二)。基板上适当的距离是容易保证的，使用装备有偏移脚的滴胶针嘴(图三)。在带偏移脚的针嘴不能使用的地方，如区域填充、滴胶靠近封装壁、或元件密度高，Z轴的高精度控制是重要的。

图二、低粘性材料的径高比可高达3:1，高粘性的为2:1

图三、有高度偏移脚的针嘴保证滴胶期间适当的离板高度优化的设计特征在为微量滴胶设计滴胶机时，泵技术的工艺水平进步使得可以达到0.01"或更小的直径的胶点。可是，正如在“综合工程”中所提及的，精度与可重复性只有通过涉及整个滴胶系统的设计考虑才能保证。这里描述一个能够满足在基板上和封装内装配现有最小元件挑战的系统。泵技术与滴胶针嘴。滴胶过程涉及流体材料的转移，经常