由于用戶產(chǎn)品小型化的需要，對0201元件的需求將與日俱增。本文重點介紹0201元件的PCB設(shè)計要求，包括0201元件焊盤的設(shè)計，以及0201元件之間或者0201元件和其它元件之間的最小間距設(shè)計。使用了兩種試驗方案，和三次實驗設(shè)計（DOE），對有關(guān)焊盤和焊盤間距設(shè)計方面進行系統(tǒng)化研究， 0201元件焊盤設(shè)計的目的就是對現(xiàn)有貼裝過程能力的評估，確定關(guān)鍵性程序參數(shù)和最終建立0201元件貼裝工藝的文件。

關(guān)鍵參數(shù)

為確定0201焊盤設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，需要進行兩種試驗設(shè)計：其一是焊盤尺寸的確定，其二是對焊盤間距的確定。試驗是在優(yōu)化貼片和回流焊接工藝參數(shù)并根據(jù)回流后不良焊點率統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行的。試驗一是焊盤設(shè)計，它的評估標準是用不同的貼片和回流焊設(shè)備工作時的缺陷率為最小，焊接強度最高。試驗二的重點是四種不同類型的貼片機和對同一種焊盤印刷焊膏后貼片過程的評估。這兩個試驗的結(jié)果對確定工藝過程裝備有 關(guān)鍵性作用。

試驗一：焊盤尺寸的確定

試驗方案：在設(shè)備和元件供應(yīng)商提供的焊盤設(shè)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計包括矩形、圓形、木壘型的18種焊盤。

材料和工具：在試驗中所使用的免清洗焊膏，其粒徑為25μm-38μm，金屬含量（重量）為90.25％，元件為一種0201電阻。

模板采用激光切割法制造，并進行拋光處理。在這種模板上進行各種型號的焊盤設(shè)計，模板窗口形狀與焊盤相同，大小分別為焊盤的80％、100％和120％，錫膏漏印面積比在0.33至0.94之間。印刷機和貼片機在實驗進行之前都已經(jīng)校準且處于最佳的工作狀態(tài)。焊盤尺寸是根據(jù)模板的印刷性和印刷圖形缺陷設(shè)定的。對于可接受的印刷質(zhì)量來說，其0.6的面積比是最小比，對于0201焊盤的焊膏圖形不應(yīng)超過焊盤面積，而4號焊盤是小倒角型的焊盤設(shè)計，由于印刷性差而被排除使用。

在這些實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，經(jīng)修正含有NSMD的1號、3號和6號大小的焊盤設(shè)計被選用，并作為設(shè)計規(guī)范。

試驗二：焊盤間距的確定

試驗方案：該方案是為了對0201元件的貼片工藝進行評估而設(shè)計的：一塊表面鍍有鎳/金的6層FR4拼板，面積為5×7in，它由4塊試驗板拼成，?*槭匝榘宓拿婊??.5×1.4in。在這塊試驗板上總共設(shè)計有13，000個0201元件焊盤、100個0805元件焊盤、4個SOIC8器件焊盤和兩?鯟SP器件焊盤。板A、B和板D是為0201和0201元件之間的間距試驗所設(shè)計的，板C是為試驗0201和CSP?

OIC和0805等其它元件之間的間距而設(shè)計的。

在板A上，有四個試驗組，每個試驗組代表0201元件之間的間距分別為0.20毫米、0.15毫米、0.125毫米和0.10毫米。每個試驗組由4個試驗單元組成，每個試驗單元有250個0201元件焊盤。這四個試驗單元的區(qū)分在于元件方向和焊盤確定方法的不同（SMD或NSMD）。在每個試驗組中，總共有1010個0201元件焊盤，其中包括250個垂直方向設(shè)計SMD焊盤、255個水平方向設(shè)計的SMD焊盤、250個垂直方向設(shè)計的NSMD的焊盤和255個水平方向設(shè)計的NSMD焊盤。因此，在A板上，總共設(shè)計了4000多個0201元件焊盤。

在板B和板D上，除每個試驗組的位置不同外，設(shè)計方法如同板A。

有關(guān)0201元件尺寸和焊盤尺寸如圖1所示。0201焊盤和0201元件的外部尺寸是一樣的，這種焊盤設(shè)計使得貼片機能夠盡可能高密度地貼裝0201元件。

材料和工具：在試驗一中所使用的免清洗焊膏，同樣也在試驗二中使用。要等量使用一種型號的0201電阻和另一種型號的0201電容器。

實驗步驟：共分3個步驟：第一步，用最優(yōu)化的印刷機印刷出三塊PCB；焊膏印刷后，把測試板1用作試驗數(shù)據(jù)采集；然后用最優(yōu)化的貼片機對測試板2和測試板3進行貼片，貼片后，把測試板2用作試驗數(shù)據(jù)采集；然后把測試板3放入回流焊爐中回流，爐溫調(diào)至最優(yōu)化；回流后在測試板3上進行檢測和數(shù)據(jù)收集。在第二步、第三步中，重復(fù)同樣的實驗步驟。

在以上的試驗中，貼片不良焊點率為200ppm，并有90％的置信度。

貼裝：在每個試驗開始時，試驗設(shè)備用的印刷機和貼片機應(yīng)該事先校準，并使其工作參

數(shù)最優(yōu)化。另外，通過實際貼片數(shù)據(jù)和原始CAD數(shù)據(jù)的比較，對每臺貼片機的貼片精度進行測試。貼片機的X,Y,Z 軸方向的CpK必須等于或者大于1.30時，才能確認為適用于上述實驗。

坐標測量機評估：對貼片機貼裝偏差的測量，是由測量貼片機的重復(fù)精度和重復(fù)能力?℅PR）來進行的評估，用于此項研究的貼片機GPR值應(yīng)低于30％，才能適用于實際應(yīng)用。

結(jié)果

印刷河∷⒑螅??惺泳跫觳獠⒓右約鍬肌Ｍǔ；岢魷至街擲嘈偷娜畢藎郝┯『父嗪禿?膏量不足（焊膏量少于50％）。在最優(yōu)化的印刷條件下，每個焊盤位置上的錫膏印刷過程應(yīng)該達到近似相同的缺陷水平。

貼片：在貼片過程中，每臺機械的貼片率都一一收集。貼片后，通過坐標測量機，對?*镻CB上的X和Y放置精度進行測量，所有的CmK數(shù)據(jù)比CpK的數(shù)據(jù)要高出許多。由于CpK是從放置在焊膏上的元件中測量的，它反映的就是貼片機真正的加工能力。所有的CpK數(shù)據(jù)應(yīng)高于1.00，貼片率應(yīng)在99.8％以上。

在貼片機A上沒有發(fā)現(xiàn)丟失的元件，而在貼片機D上發(fā)現(xiàn)了很多的丟失元件。原因可能是貼片機A有壓力控制系統(tǒng)，在每次放置時可以控制元件和焊膏的距離，而其它貼片機只能控制最大的壓力或者是貼裝高度。貼片機D對元件的厚度不能進行檢測；因此，盡管機器拾取了元件，但只是按照元件的原樣進行放置。

電容器和電阻器：電容器在X和Y方向的CpK都要高于電阻器的CpK，原因很可能歸咎于兩者尺寸精確度的不同。0201電容器的外形尺寸比0201電阻器的外形尺寸更精確，因此盡管使用了相同的貼片條件，由于元件尺寸的改變而導(dǎo)致元件測量位置的不同。

0201元件間的間距：對0201元件貼片精度CpK的計算是由不同的元件間距所決定的。從每條安裝線上所得出的CpK數(shù)據(jù)表明，在元件間距和放置精度CpK之間沒有明顯的聯(lián)系，即使0201元件間的間距在4-mil以下?；亓骱福簩τ诓煌g距的元件，在回流焊之后焊接缺陷有橋接、未對準、形成焊球、丟失元件等。

除了焊球，橋接和元件貼歪是主要的缺陷，焊盤設(shè)計的外部尺寸與0201元件相同，間距為0.2mm時，不良焊點率要低于1000ppm；一旦間距小于0.2mm，不良焊點率很快增加，特別是

在SMD焊盤上的不良焊點率。由于橋接是0201元件貼片的主要缺陷，當(dāng)元件相互接近時，模板設(shè)計將是貼裝小間距元件的最關(guān)鍵因素。

優(yōu)化后的試驗試驗方案：優(yōu)化后的0201方案設(shè)計是建立在試驗一和試驗二結(jié)果上的。在這個試驗中使用了兩種焊盤設(shè)計，焊盤間距也分為三種。焊盤U是根據(jù)實驗設(shè)計一中的NSMD1號尺寸焊盤經(jīng)過修改后設(shè)計而成的，共有1800個元件；焊盤H是NSMD6號尺寸的焊盤修改而成，也有1800個元件。

試驗：在這種條件試驗中，使用的焊膏為免清洗的焊膏（粒徑為25μm-45μm），所使用的模板是厚度為5mil的電鑄型模板，窗口與焊盤尺寸的比率為1:1；焊膏漏印量為理論值的70%。使用的原件為兩種型號的0201電容器和兩種型號的電阻器；試驗中選用的貼片機類型與試驗二B位置上所使用的貼片機是相同的。試驗板總數(shù)為38塊，可貼裝22,800個元件，且其元件焊盤間距可設(shè)定為不同的尺寸。

對于經(jīng)過回流焊后的焊盤U和焊盤H，其回流焊后，不良焊點率（ppm）分別如圖2和圖3中所列。因為橋接的關(guān)系，6-mil焊盤間距表現(xiàn)出最高的不良焊點率。