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1、高速0201组装工艺和特征化（二） 经过关键贴装审查DOE结果 前两个试验是为了确定基准座标数量对贴装精度有什么样影响。第一个试验使用了两个对角基准座标来确定板子方向，而第二个试验以三个角作为基准座标。对于一个板子（L=12×W=7mm），据发觉使用三个基准座标要比使用两个基准座标来确定板子方向更为正确。对于其它贴装和随即全部试验来说，为了达成更高精度贴装，使用了三个基准座标。 表10所列是在丝网DOE中实施一系列试验。为了只检验关键影响，统计软件封装提议实施这些试验。在实施每种试验中使用4个复制品。 表 10 贴装丝网DOE 试验# 基准形状 基
2、准定义方法 1 圆形 掩膜定义 2 十字形 金属定义 3 圆形 金属定义 4 十字形 掩膜定义 用于评定多种试验条件标准是0201元件在整个板子上贴装精度。把元件贴装在板子上四个象限（象限4、19、25和40）中。象限4在左上角，焊盘尺寸为+30%（17mil×19mil）。象限19距中心很近，焊盘尺寸为标称尺寸（12mil×13mil）。象限25在板子中心旁边，使用焊盘尺寸为+30%。象限40在右边缘，使用焊盘尺寸是标称尺寸。图6所表示是一张标有象限板子图片。元件是以平行和垂直方向进行贴装。每块板子上贴装480个0201元件，在每次试验中总共使用了192
3、0个元件。焊盘边缘到焊盘边缘元件间距为5mil~12mil。 对在每块板子象限上贴装元件应实施光学检测，并将光检图象统计下来。图7~图10中图片是对板子极边缘位置进行四个不一样试验中取得图片。 图6 0201板子图片 图7 根据DOE#1贴装第一块板子图片 图8 根据DOE#2贴装第一块板子图片 图9 根据DOE#3贴装第一块板子图片 图10 根据DOE#4贴装第一块板子图片 在审查贴装过程中，发觉最好贴装是象限4，并逐步地向整个板子左边漂移。所以，在贴装中最大漂移是象限40。注意：最差漂移是DOE#2，象限40中元件几乎和焊盘桥
4、接。还可发觉DOE#3中漂移比DOE#1或DOE#4更大。表11列出了X和Y偏离于象限40四次试验。从这些结果中，发觉掩膜定义基准座标提供板子上贴装精度优于金属定义基准座标。基准形状对板子上元件贴装没有太大影响。 表11 用于试验设计象限40平均试验偏差 试验条件 平均X偏差 平均Y偏差 掩膜定义圆形基准 22micros 3 micros 金属定义十字形基准 112 micros 2 micros 金属定义圆形基准 53 micros 9 micros 掩膜定义十字形基准 15 micros 4 micros 经过再流审查DOE试验计划
5、 为了表现0201无源元件再流工艺特征，而开发了DOE方便检验再流工艺多个关键系数。为了确定一些变量是否对0201组装工艺有影响，而实施了对DOE审查。在审查DOE中要检验变量有浸渍时间、浸渍温度、液相线以上时间和峰值温度。多种系数变量列在表12中。全部这些变量全部在焊膏制造厂家要求焊膏技术规范之内。 表12 在审查DOE中变量 系 数 变量#1 变量#2 变量#3 浸渍时间 25~35秒 40~50秒 55~60秒 浸渍温度 125~135℃ 145~155℃ 165~175℃ 液相线以上时间 35~40秒 45~50秒 55~65秒 峰值温度 21
6、1~216℃ 217~221℃ 222~226℃ 对于这个试验，印刷和贴装工艺常数保持不变，只有再流曲线系数有所改变。印刷工艺一些关键常数列在表13中，这些常数是模板厚度、清洗频率、刮板类型和焊膏类型。一些关键贴装系数保持常数不变，见表14所列。 表13 在再流中审查DOE印刷常数保持不变 系 数 参数设置 模板厚度 125μm 孔径比 100% 模板制造方法 电铸成型 焊膏成份 免清洗 刮板长度 40.64cm 印刷力度 7.26kg 印刷速度 5.08cm/sec 刮板抬起高度 2.54cm 焊膏类型 类型Ⅳ 刮板类型
7、 金 属 分离速度 0.13cm/sec 焊膏滞留时间 <10分钟 清洗频率 每次印刷后清洗一次 表14 在再流审查DOE过程中贴装系数保持不变 系 数 参数设置 基准数量 3 基准定义方法 掩膜定义 基准形状 圆 形 贴装力度 0.1kgf 贴装速度 50mm/sec 贴装加速度 98.1%缺省 本项研究使用四个变量被用于DOE中，其需要9个不一样迭接。对于焊料桥接和墓碑缺点使用目测和X光检验公制单位，需要95%或更高可靠区间，方便取得一个统计有效系数。 检验关键DOE取得结果 表15所列是在审查DOE中实施一
8、系列试验。为了只检验关键影响，统计软件包要求实施这些试验并使其随机化。每次试验使用3个复制品，在每个复制品上总计贴装564个元件或每次试验使用1692个元件。在每块测试板上，贴装396个0201无源元件。这些元件全部是贴装在15mil×17mil焊盘上及12mil×13mil焊盘上。焊盘边缘到焊盘边缘元件贴装以10mil间距和6mil间距排列。除了0201元件以外，还贴装有168个0402、0603、0805和1206元件，方便确定可接收0201元件生产工艺是否对较大无源元件有不利影响。在组装这三块板子之前，应用焊膏印刷五块板子。这是为了确保印刷工艺稳定性及使焊膏得到充足利用。 表 1
9、5 审查DOE 试验# 浸渍时间（sec） 浸渍温度（℃） 液相线以上时间（sec） 峰值温度（℃） 1 45~50 125~135 55~65 217~219 2 55~60 165~175 55~65 211~214 3 45~50 145~155 45~50 211~214 4 25~35 165~175 45~50 217~219 5 25~35 145~155 55~65 222~225 6 25~35 125~135 35~40 211~214 7 45~50 165~175 35~40 222~22
10、5 8 55~60 125~135 45~50 222~225 9 55~60 145~155 35~40 217`219 使用三个标准来评定每次试验条件。第一个公制单位是焊点质量。设计全部试验条件全部必需能够完全湿润焊点，而且基础上没有颗粒状物质。第二个公制单位是元件在再流后产生缺点总数。查找出缺点有焊料桥接和墓碑。当两个相邻焊点连接到一起时就会产生桥接，使两个元件短路。这种缺点在极细间距元件贴装过程中是很轻易出现。墓碑是元件抬起脱离其中一个焊盘位置，通常是因为整个元件湿润不均匀或当元件大面积地贴装在焊盘一面时而造成。这些就是0201元件全部缺点。较大元件不
11、存在墓碑和桥接这么缺点，说明使用组装工艺对通用较大尺寸无源元件并没有不利影响。图11所表示是焊料桥接和墓碑X光检测图象实例。焊料桥接和墓碑数量及总缺点率列在表16中。图12所表示图片说明了在每次试验中出现缺点数量。 图11 焊料桥接和墓碑X光图象实例 图12 审查再流结果图形说明 依据这些公制单位，使用95%可靠区间，唯一统计有效关键影响是浸渍温度。浸渍温度可靠区间大于97%。关键影响曲线见图13所表示。浸渍时间、液相线以上时间及峰值温度可靠区间为40%以下，所以，应考虑随意诱导作用。当在中等和高浸渍温度结果之间没有多大差异时，浸渍温度关键影响关键是在低浸润温度和其
12、它等级温度之间。 表16 1224个0201元件缺点量 试验# 贴装0201元件总数 焊料桥接 墓碑 总缺点量 缺点比率（%） 其它无源元件缺点量 缺点率（dpm） 1 1188 6 15 21 177 0 17677 2 1188 1 0 1 008 0 842 3 1188 0 0 0 000 0 0 4 1188 0 0 0 000 0 0 5 1188 0 2 2 017 0 1684 6 1188 6 11 17 143 0 14310 7 1188 0 0
13、 0 000 0 0 8 1188 4 3 7 059 0 5892 9 1188 0 0 0 000 0 0 图13 在再流中审查DOE关键影响曲线 结 论 模板印刷 在检验关键印刷试验中取得数听说明依据统计对焊膏高度和缺点量有显著影响唯一变量是刮板类型。因为使用掩膜定义基准极难取得正确印刷，为此，在印刷工艺中已不再使用掩膜定义基准座标。正象焊膏高度数据表明那样，对于焊膏量，类型Ⅲ和类型Ⅳ焊膏之间没有差异是不太可能。分离速度和焊膏滞留时间并不是关键影响。即使，在这些试验中类型Ⅲ和类型Ⅳ焊膏之间差异并不大，而对于这种特殊
14、焊膏，不过仍选择类型Ⅳ焊膏用于深入研究中，因为这一阶段研究只能使用大孔开口中。 检验第二次印刷是为确定分离速度对焊膏高度和缺点是否没有显著影响，不过，清洗频率对其是有显著影响。在这两次试验中焊接缺点量要比在每次印刷后在模板清洗中实施类似试验缺点量大得多。 元件贴装 从检验贴装试验中取得数听说明在本研究中对贴装精度有显著影响唯一变量是使用基准座标数量和用于确定基准座标方法（表17）。使用板子三个角基准座标提供了比使用同一尺寸板子两个基准座标定向和延伸调整愈加好。因为这个原因，提议将三个基准座标用于大板子中，尤其是在组装小型无源元件或细间距元件时。不管是圆形还是十字形
15、掩膜定义基准座标，贴装精度全部比金属定义基准座标贴装精度高。当其达成精度时，在圆形和十字形基准座标之间测量不出什么差异。 表 17 推荐使用贴装参数 贴装变量 提议使用 基准数量 板子三个角 基准定义方法 掩膜定度 再流焊接 在检验再流试验中取得数听说明，依据统计本项研究中对焊点质量和缺点量有任何显著影响唯一变量是浸渍温度。正象缺点数据显示那样，多种浸渍时间、液相线以上时间或峰值温度之间没有差异是不太可能。当使用较低浸渍温度时，缺点就会显著提升。 总 结 本项开发研究检验了一些工艺变量对0201无源元件组装影响。业已证实象刮板类型、模板清洗频率、基准座标数量和浸渍温度对工艺缺点量影响。这项工作还证实了象分离速度、液线以上时间和峰值温度一些变量对工艺缺点量没有影响是不太可能。
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