未来细微化的贴装元件

未来越来越小的元件进行制造
在介绍本文之前，我们的未来会不会有可能出现纳米级别的贴装，到那时候的工艺将不是传统印刷工艺，直接就是贴装的时候就是焊接好元器件了，不知大家是否认同我这个天马行空的想法。　　
　　电子制造商总是在不断地进取，他们继续朝着产品的小型化和功能的多样化双重目标加速前进。为了在现有的产品中得到更多的功能和性能和制造出更小、更轻便的产品，制造商们期待着越来越小的元件。最新的无源元件将板的空间缩减66%。在每个形状因素中，消费者都想要更多 - 例如用英特网访问来装备便携式电话。不幸的是，较小的元件尺寸使得板和模块的装配工艺复杂化，例如，在吸取和贴装元件两个方面都要引入三轴纠正。随着制造商转向使用0201尺寸的片状元件，这些问题将变得更加关键，0201预计到2008年在先进的贴装中使用。

　　对于大多数装配技术问题的两个关键方面在于锡膏的印刷和物理上将元件贴装在主板上。现在谈印刷的问题：它们怎样影响元件密度和制造商的要求怎样可以得到满足。

　　缩小元件的间隔
　　在新产品设计中使用0201元件的一个关键考虑是元件的间隔。现在的标准是元件之间大约0.2mm，这对0201元件是不准确的。毕竟，使用0201技术的制造商面临比用0402技术高的多的元件与返工成本。因此，很清楚，使用传统元件间隔将不会提供达到节省成本的产品制造的元件密度。更重要的是，要求最小元件的产品都是那些便携式的、有时可佩戴的、和经常在尺寸和形状上设计成是和时尚而不是标准产品包装设计的产品。元件间隔是非常宝贵的，因此在元件之间多余的空间是不能接受的。(这解释了为什么0201元件经常叫做“极其紧密的贴装”)

　　因此我们需要达到什么程度？从实际的观点看，需要减少多少空间？更重要的是，必须解决的技术问题是什么？研究表明，0201元件的最佳间隔是0.1mm，或者是0402元件间隔的一半。

　　为了满足这个间隔要求，有必要在两个方面改变我们考虑元件焊盘的方式。第一个是与典型的焊接圆角。对于贴装比0201大的元件，元件焊盘通常印刷比元件本身稍微大一点，得到联接元件末端与焊盘暴露部分之间的焊接圆角。可是这样会浪费板的空间。没有被元件覆盖的多余的焊盘部分是没有必要的。为了消除焊脚，需要比实际元件小的焊盘(图一)。减小焊盘尺寸防止焊脚形成。

图一、焊脚从元件边突出，消耗珍贵的空间和 使锡桥容易形成。无焊脚贴装，虽然节省板的 空间和减少装配缺陷，但出现检查的问题。	图二、将焊盘和阻焊层制造在同一高度(正常 阻焊)是最佳的方法。阻焊层界定焊盘决定焊 盘的图案尺寸。

　　除了消除焊脚，较小的焊盘提供另一个更重要的优点：对于任何给定的元件间隔，它增加相邻焊盘区域的物理间隔，可能减少锡桥的可能性。

　　对于这种焊盘尺寸的缩小可以有多大是有实际限定的。如果焊盘太小，可印刷性恶化，会造成问题，而不是解决问题。在这种情况中，丝印板的开孔尺寸需要与焊盘尺寸一样。丝印板厚度也限制开孔尺寸。如果模板太薄，会减少板上其他表面贴装元件所需要的锡量。可以，对于0201元件，较小的焊盘尺寸更有效。

　　第二个印刷问题是相对于元件焊盘的阻焊层厚度(图二)。阻焊层有两种选择：在印刷正常阻焊时，阻焊开口比焊盘尺寸稍大。对于阻焊层界定的焊盘，阻焊开口比焊盘尺寸稍小一点。

图三、使阻焊层比焊盘厚降低正常阻焊(a)的可焊性。在这个情
况中，使用覆盖式阻焊层来维持丝印板与阻焊层之间的接触(b)。
　　在阻焊层比焊盘较高的情况中，从模板开孔突出来的锡膏可能不足以和焊盘接触，锡膏到焊盘的转移将不足够，(图3a和3b)，大大地减少了锡量。在这个情况中，覆盖式阻焊作用最好，因为阻焊与丝印板紧密接触，允许锡膏的地面接触焊盘顶面。

　　当焊盘与阻焊层一样厚时，锡膏印刷很好。另一方面，如果有阻焊层界定的焊盘和较厚的锡膏沉积，则可能有太多的锡膏量，造成锡桥或阻焊削出。

　　锡膏选择
　　随着焊盘变小，开孔尺寸和模板印刷厚度也将缩小。

　　对印刷焊盘质量影响很大的一个方面是焊锡颗粒的尺寸。很明显，较细的颗粒印刷的分辨率更高，但是多细菜足够呢？在今天的生产场合，通常使用的是第三类的粉末，焊锡颗粒为38-45微米。叫做“精细”的更小的颗粒形状上不规则，很难分类和分离。对第五或六类的粉末的需求是未来锡膏需求的关键。

　　为了定义无焊脚0201贴装与回流的最佳情形，有一家公司对各种颗粒尺寸进行了试验。使用各种锡膏颗粒尺寸，印刷单一的一种方案，对尽可能多的变量维持严密的控制。该试验中的参数涉及0.1mm的元件间隔、0.1mm的模板厚度、15.0mm/sec和刮板速度和5.5kg的刮刀压力。进行了四个试验，用正常的阻焊层和阻焊界定的焊盘进行印刷。

　　使用的四个尺寸是小于20微米、15-25微米、5-15微米和18-37微米。正如所料，较小的颗粒一般产生较好的可印刷性。有趣地是，当颗粒尺寸超过一个更窄的范围时，正常的阻焊层印刷持续地比覆盖式阻焊层界定的焊盘更好。当颗粒尺寸小于25微米时，对于无焊脚形式可以得到满意的可印刷性。

　　基于这些结果，人们相信无焊脚形式将使零件向砖块一样更紧密地排列，因此，得到更高的元件密度将要求更小的焊锡颗粒尺寸和更薄的模板厚度。
未来还会有更细微化的贴装元件，相信在未来的时候实现纳米级别的贴装。