成功贴装细小片状元件的关键因素(下)

4．元件的影像对中 确定元件的中心有两种方式，一种是采用数码像机，另一种是采用镭射（激光）。两种方法各有优缺点。采用数码像机可以检查出元件电气端的缺陷，如图。但是它不能感测元件的厚度变化。对于z轴有压力感应及取料/贴片补偿功能的机器，不会产生严重的问题。采用镭射成像的方法可以检测元件的厚度，但对于元件电气端出现的缺陷则检查不出来。在实际贴装过程中，元器件两端电气端与锡膏重叠的区域的差异，会影响焊接完成后的装配良率。如图。 由于不同厂家，或同一厂家不同批次的元件在制造过程电气端可能存在差异，所以采用数码像机成像具有一定优势。 对0201元件和01005元件成像对中需要高倍率的像机，光源的使用和其它较大的片装元件也有区别。一般的元件如0603或0805等元件，使用背光，找到整个外形轮廓的中心就好。但是0201或01005元件需要使用前光，或仰视照相，找到两个电气端之间的中心，以提高贴装精度。

图8  数码像机检查出电气端缺陷              

图9  采用镭射对元件进行成像 细小元件两电气端与锡膏重叠区域的大小和差异会对装配良率产生很大的影响（立碑缺陷），如图。

图10 不同的元器件制造厂生产的同样的0201电阻元件会存在很大的差异，如图。

图11 不同制造厂生产的0201电阻差异很大 照相机应该在相当于PCB厚度的位置对元件对焦成像，以提高影像的准确性，保证贴片精度。 5．贴片过程控制 在贴片过程中的关键控制因素有基板平整的支撑，真空关闭转为吹气的控制，贴片压力的控制，贴片的精度和稳定性。 基板进入贴片机后，传输导轨将基板两边夹住，同时支撑平台上升将板支撑住并继续上升到贴片高度。在此过程中由于外力的作用，容易导致基板变形，加上基板来料可能存在的变形，会严重影响贴片的质量。对基板平整的支撑变得非常重要。薄型基板的应用，更容易出现“弹簧床”效应。薄板随着贴片头的下压而下凹，并随着贴片压力的消失而恢复变形，这样反复，造成元件在基板上移动，而出现贴片缺陷。所以在支撑平台上需要安排支撑装置，保证基板在贴片过程中平整稳定。这种装置可以采用真空将基板吸住，也可采用具有吸能作用的特殊橡胶顶针，以消除在贴片过程中的震动并保证基板平整。如下图支撑装置。这类装置能根据不同的应用来设计相应的支撑结构，确保有效的平整支撑，并使平台在上升和下降过程中稳定顺畅，而且可控。

    图12 具有吸能作用的特殊橡胶支撑装置                                      

图13 可以产生真空的支撑装置 贴片头将元件拾取后，照相机对元件照相对中，贴片头在将元件移至PCB贴片位置上方。贴片头z轴加速下降到贴片高度，这时候z轴继续减速下降，同时轴内真空关闭，转化为吹气。元件接触到PCB上的锡膏，贴片轴感应到设定的压力后上升并移开，完成单个元件的贴片过程。在这个过程中真空的灵敏快速切换和吹气的时间和强度控制很关键。真空关闭太慢，吹气动作也会延迟，在贴片轴上升过程中会将元件带走，或导致元件偏移。同时，如果在元件被压至最低点时吹气，容易将锡膏吹散，回流焊接之后出现锡珠等焊接缺陷。 真空关闭太快，吹气动作也会提前，有可能元件还未接触到锡膏便被吹飞，导致锡膏被吹散，吸嘴被锡膏污染。灵敏的真空切换可以在5ms内在50mm的轴内完成。 贴片压力是另一需要控制的关键因素。贴片压力控制不当，会导致元件损坏，锡膏压塌，元件下出现锡珠，还有可能导致元件位置偏移。贴装0201和01005元件合适的压力范围为150g - 300g。对于基板变形的情况，贴片轴必须能够感应少到25.4um的变形对应压力的变化，以补偿基板变形。 过大的压力会导致在下压过程中元件上出现一个水平力，而使元件产生滑动偏移，如图。

图14 过多下压导致元件偏移 过大的压力会将元件底部的锡膏挤开，形成锡珠，或导致相邻元件短路，如图。

图15  0201元件，过大的压力导致锡珠和桥连 贴片精度对0201/01005元件装配的影响 65um@3Sigma的精度可以很好的处理0201和01005元件的贴装。当然还必须保证锡膏的印刷精度，单一的偏差有时不会有很大的影响。但是贴片偏差和锡膏印刷偏差的综合影响必须加以控制。譬如，贴片偏差 50um,而印刷偏差为-50um，整个偏差达0.1mm，对0201和01005这类细小元件此偏差已非常大。 所以我们必须关注细小元件电气端与锡膏的重叠区域，细小元件两电气端与锡膏重叠区域的大小和差异会对装配良率产生很大的影响。如果元件两端与锡膏接触的区域差异大，这种不对称很容易导致元件在回流焊接炉内产生“立碑”，锡珠和元件间短路。元件在长度方向和宽度方向的偏移，所产生的缺陷不尽相同。 在PCB和印刷钢网设计的时候，需要考虑贴片机和印刷机的精度，以及PCB和钢网的制造误差，确定适当的“重叠区域”，以补偿可能出现的差异。总之，细小元件的装配良率受贴片精度和锡膏印刷精度的综合影响。 总结 细小元件应用越来越广，给设备和工艺带来了挑战，因为其对各种变数更加敏感，细小的变化可能导致非常显著的影响，如0201贴装偏移量增加甚至小于0.1mm，不良率将增加超过5000ppm ！工艺材料，机器，方法(工艺)，人员，和环境完美的结合才能获得稳健组装工艺和高质量产品。本次只是阐述贴装工艺中控制重点，基板和印刷钢网的设计，锡膏的选择和印刷，印刷工艺及回流焊接工艺的控制对于整个组装工艺同样重要。