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開發01005元件組裝工藝的幾點考慮
2010-06-08
Joe Belmonte, Srinivasa Aravamudhan 對更小、更輕、便攜式產品的不斷需求推動小型元件的使用。目前用於電阻和電容的小型元件封裝之一的是01005片式元件封裝。這種元件由於供應商的不同,尺寸也有所不同,如果,01005元件是一個電阻或者電容的話,其尺寸範圍從0.10mm(0.004〞)×0.304mm(0.012〞)到0.20mm(0.008〞)×0.40mm(0.016〞)。 01005元件封裝明顯地小於以往用於電阻和電容的最小元件封裝,諸如0201(0.60mm或0.0 236〞×0.30mm或0.0118〞)元件封裝。 使用這樣小的元件在幾個方面向表面組裝技術(SMT)製造工藝提出了挑戰。主要的工藝問題涉及到焊膏的選擇(對焊料粉末尺寸的要求等)、確定最佳的印製板焊盤尺寸、最佳的模板開孔設計、貼裝元件的吸嘴選擇和維護、焊膏印刷和元件貼裝精度要求以及再流焊爐溫度曲線等等。而頭等重要的則是模板的設計,模板的設計對於01005元件的印刷起到優化的作用,同時,還能夠為同一組裝板上的較大元件提供足夠的焊膏量。如果產品使用01005元件和焊膏中針腳技術(Pin in Paste Technology)這兩種技術用於任何通孔元件,那麼,模板設計就成為帶有普遍性的問題。 同時01005元件的使用,許多操作都引用了無鉛材料。我們知道無鉛材料的焊接效果或潤濕效果並不像錫鉛材料的那樣好。無鉛材料的引用是如何影響到01005元件組裝工藝的開發和優化的呢? 本文根據獲得的最新信息和我們的經驗對開發和優化01005組裝工藝存在的問題進行研究。

 

 

前言

 


  好像是在不久前(實際上就是不久前),0201元件尺寸就被業界引用了,電子組裝業就開始設法尋求如何組裝這樣小的元件。從來沒有人想到會用到這樣小的元件,對嗎?看來我們是馬上要行動了,我們現在正在考慮怎樣組裝如此小的元件, 01005封裝尺寸元件,然而,許多操作仍是在開發和優化0201元件組裝工藝。


 

  在前幾個月,我們花費了大量的時間研究我們獲得的所有資源,以便掌握對於01005組裝工藝我們能夠做些什麼。我們沒有發現什麼,實際上,瞭解的相關情況是很有限的,組裝01005元件的詳細內容也都是公開發表的。而有幸的是,我們能夠獲得一些切實可行的信息來創建開發01005組裝工藝的“起點”。當然,此刻,還沒有得到解決的問題有很多。我們感覺到一些前沿的組裝廠家有可能已經做了或正在從事一些內部的享有知識產權的01005組裝工藝開發工作,希望今後幾年將成為共享信息。


 

  給出這些極小01005元件的成本和組裝問題,01005元件主要是被選用於前沿的便攜式產品中,這些產品的尺寸和/或重量是關鍵的賣點。

 


  我們購買了少量的01005元件做了一個試驗。元件的報價是0402元件的幾百倍。當然,隨產量的上升,最後定價會下降的,不過,隨之而來的是工藝問題,至少在可預見的將來,這類元件將被設計成為需要降低最終尺寸的唯一產品。

 

 

 


  本文中我們還論述了在過去幾個月中我們所獲悉的全部信息。我們將繼續尋找新01005元件的組裝信息與數據。

 


  我們只能想像下一步我們引用的元件封裝是什麼樣的!


01005元件的發展趨勢


  自表面組裝技術的初期階段以來,發展趨勢一直是向引用越來越小的無源和有源元件的方向發展。更小元件的主要推動力是便攜式產品(蜂窩式電話、膝上型電腦、PDA等)。我們現在有了最小的無源元件封裝,01005封裝。

 


  當然,我們知道蜂窩式電話明顯地提高了性能和功能性,同時,還縮小了尺寸或尺寸不變。提高性能和功能性的因素之一是引用了小型元件,包括0201和01005片式封裝。例如:如果我們考察一下蜂窩式電話行業今後幾年的增長(見圖1、圖2和圖3所示),我們將會看到電話機的生產量將明顯增長。這些新的“第2.5代和第三代”蜂窩式電話將具有更多的功能和性能,這樣就要求在相同尺寸或更小尺寸的印製電路板上具有更大的容量。小型元件的發展趨勢將逐漸提高.

 

  

 

 

圖1

 

 

 

 

 

圖2

 

 

 

 

圖3

 

 

 

 


  電子組裝業對無源元件封裝的使用進行了廣泛地預測,證實0201和01005尺寸封裝的使用將呈上升的趨勢。

 
  

圖4

 

      當然,我們看不到這些用於所有產品中的極小封裝。元件的成本和這些元件的組裝成本限制了這些元件在產品中的應用,其尺寸和重量是關注的重點。當小型元件成本下降時和組裝工藝得到優化時,我們將會看到其在越來越多的產品中得到應用。

  


01005元件的結構


  01005元件的結構與其他無源封裝尺寸的結構相同(見圖5所示)。

 

 

 

 

圖5 厚膜電阻(資料來源:Panasonic)

 


01005元件尺寸


  01005元件明顯小於幾年前引用的0201元件(見圖6和圖7所示)。

 

 

圖6

 

 

圖7

 


  01005封裝被認為有三種不同的封裝尺寸。有二個尺寸是電阻的尺寸,而另一是電容的尺寸(見圖8和圖9所示)。

 


 

 

圖8

 

 

 圖9

 

01005面積密度


  正如所討論的那樣,使用像01005片式元件這樣小型元件的主要優點是印製電路板實際有效面積的功能性,也是在相同或更小印製電路板上封裝更多“材料”的機會。圖10比較了100個0402、0201和01005元件所使用的總印製板有效面積(real estate)。

 

 

圖10

 

  01005元件編帶和卷帶


  對於01005元件是如何封裝的沒有什麼新的信息。仍舊是標準的編帶和卷帶模式。01005元件將使用與其他小片式元件相同尺寸的編帶和卷帶(如圖11、圖12和圖13所示)。

 

 

 

圖11 厚膜電阻(資料來源: Panasonic)

 

 

圖12厚膜電阻

 

 

圖13厚膜電阻

 

 


01005印製電路板焊盤尺寸


  一些01005印製電路板焊盤尺寸是經過實驗進行評估的。此時,還沒有公開發表的研究,等同於最佳的01005印製電路板焊盤尺寸。在今後的幾年中,有關01005焊盤尺寸實驗就會有可用的信息。圖14、圖15、圖16、圖17和圖18是研究中所使用的一些01005印製電路板焊盤。

 

 

圖14

 

 

圖15

 

 

圖16

 

 

圖17

 

 

圖18


推薦的焊盤圖型


  在採用波峰焊接工藝時,焊盤寬度必須小於片式電阻寬度,以便將焊料量控制在適當的水準。一般來說,焊盤寬度應該是片式電阻寬度的0.7-0.8倍。在再流焊接的情況下,應對焊料量進行調整。因此,焊盤寬度應是片式電阻寬度的1.0-1.3倍(W)。

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