前言

         随着主动元器件的尺寸变得越来越小，被动元件的尺寸也在减小，设计人员能够灵活的利用它们来完成高密度产品的设计。0603 和 0402元件的广泛使用已有多年，这些元件能够在批量应用中有很高的装配良率。最近，0201/01005元件已经进行系统装配（SiP），在手机、数码像机、无线蓝牙等产品中得以应用。0201元件约为0402元件尺寸的四分之一，而01005元件则约为0201元件尺寸的四分之一。较小尺寸的元件可能会降低装配工艺的稳健性。这类细小元件的装配比其它元件在工艺材料的选择、设计、工艺的控制方面更具敏感性。由于本身的尺寸非常小，它的尺寸公差对装配工艺也会产生非常显著的影响。所以，细小元件的装配工艺不同于其它元件，需要更加精确的控制。

        本文我们讨论的是细小元件的贴片控制工艺。环球仪器SMT工艺实验室已开发完整的0201/01005元件装配工艺，如果读者对锡膏的选择、印刷工艺的控制、印刷钢网和PCB的设计、以及回流焊接工
艺的控制感兴趣，欢迎和我们联系。

     影响细小元件成功贴装的关键因素

        贴装细小元件的关键因素包括贴片机的定位系统，取料过程控制，贴片机的影像系统，和对贴片过程的控制。除了这些因素之外，还有一些不容忽视的地方，如送料器的精度，元件包装的误差和元件本身的误差，吸嘴的材料设计等等，都是在装配之前需要综合考虑的。下面我们来讨论贴片过程中各个环节的关键控制点。

        0201/01005元件的贴装控制

         1．贴片机的定位系统

         对于细小元件的贴装，要求驱动定位系统在所有驱动轴上都采用闭合环路控制，以保证取料和贴装的位置精度。现在很多贴片机都采用了可变磁阻马达（VRM）驱动系统，可以提高热稳定性，获得较高的加速度，还有高的精度，有的分辨率已达到1um。这些技术的应用给成功贴装细小元件提供了保障。值得注意的另外一点是，采用拱架式机构的贴片机的单悬臂横梁在贴片过程中的抖动，是往往容易被忽视的地方。

         2．取料过程的控制

        准确的取料是成功实现贴装的第一步，在此过程中影响正确取料的因素有元器件之间的差异，包装的误差，送料器的精度，贴片机驱动定位系统的误差，贴片头z轴方向的压力控制，吸嘴材料和设计，以及在取料过程中对静电的控制。

         由于细小元件之间的细小差异会对取料和贴片过程产生显著的影响，要求贴片头在此过程中能自动感应其变化并采取相应的补偿措施，以消除对元件高度，厚度等的敏感性。采用的方法是在贴片头上安排压力感应器，防止过大的压力在此过程中将元件压碎，或取不到料。比较好的贴片机的贴片头z轴分辨率可达1um，压力感应器可以感应到24um的变形。

        传统的机械式送料器已不能满足日益变小的元件对于高精度的要求。细小元件要求精度更高的马达驱动的电子送料器，并要求其有良好的抗静电效果。送料器安装在贴片机上，在它们之间会存在间隙和位置误差，这种误差很小，在贴装较大器件如0603/0805等，完全可以被忽略。但是对于细小的0201和01005而言，其影响会很大。在拾取0201/01005这类元件时，很难同时取4颗或7颗元件，原因在于此，另外还有元件包装的误差。所以单颗拾取0201或01005比较稳妥，可以保证取料的可靠性。理想的取料位置在元件的中心区域，如下图所示。如果取料位置超出元件上最佳的取料区域，可能会导致贴片缺陷，如偏移和立碑等。同时因为板上元件安排很密，可能会使吸嘴干涉到其它元件。

图1  0201元件最佳目标取料位置                                     

图2  取料偏差导致吸嘴和其它元件干涉

图3  因吸料偏差导致立碑或侧立

         为了消除包装，送料器等带来的误差，保证取料的一致性，需要贴片机在取料过程中具有动态的自动矫正取料位置的能力。在生产过程中，需要换线，需要换料，并且每只送料器的状态也不一样，所以元件最佳的取料位置也会变化。机器需要在此过程中敏感的捕捉到这种变化，并自动的找准调整吸料位置，保证吸料的准确性和可靠性。下图所示为某一机器在拾取0201和0402元件过程中，自动调整取料的最佳位置。

   
图4  对0201元件吸料位置自动矫正                                 

图5  对0402元件吸料位置自动矫正

        3．吸嘴的设计和保养

        贴装0201和01005元件需要更细的吸嘴，同时为了防止静电损坏元件及在取料过程中带走其它元件，细嘴的材料需要抗静电，所以要选用ESD材料。为了尽量降低吸料过程中元件侧立，保证足够的真空和元件被吸起之后的平衡，在吸嘴头部需要设计2个或3个孔。考虑到贴装密度小于0.25mm的情况，吸嘴头部要足够的细，它上面的孔也会比较细。对0201的吸嘴而言，最小的孔径会达0.127mm，而01005元件的吸嘴更细，达0.1mm。这不仅给制造带来了难度，也需提高这些吸嘴的清洁保养频度。对吸嘴的清洁保养的要求比其它类型的吸嘴要高，需要利用清洁溶剂和超声波来清洁。由于0201/01005很薄，01005元件厚度只有0.1mm，这增加了细嘴与锡膏接触的机会。增加清洁保养的频度成为必要。

图6  某机型0201的吸嘴