军用装备0201元件的组装工艺研究_邴继兵.pdf
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1、2023.02ELECTRONICS QUALITY军用装备 0201 元件的组装工艺研究邴继兵,巫应刚,杨伟,黎全英,毛久兵(中国电子科技集团公司第三十研究所,四川 成都610041)摘 要:随着电子产品向小型化、高集成度方向发展,片式元件也在进一步地小型化。作为这一趋势的结果,0201无源元件成为了无数电子产品选择的解决方案,因为它在产品小型化与功能方面提供了极大的改善。为了满足军工电子产品小型化需求,开展了0201封装电阻、电容焊接工艺技术研究。对0201封装元器件焊接合格率的影响因素如焊盘设计、钢网设计、回流焊接参数和焊膏选择等展开了试验探索,运用交叉验证方法,对设计样件进行了工艺方案
2、验证和数据分析,最后得出了0201封装元器件的最佳焊接工艺。关键词:0201元件;组装工艺;电阻;电容;焊盘设计;钢网设计;回流焊接;交叉验证中国分类号:TN 4.5文献标识码:A文章编号:1003-0107(2023)02-0063-06doi:10.3969/j.issn.1003-0107.2023.02.014Research on the Assembly Technology of 0201 Components of MilitaryEquipmentBING Jibing,WU Yinggang,YANG Wei,LI Quanying,MAO Jiubing(The 30th
3、 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Chengdu 611730,China)Abstract:With the development of electronic products in the direction of miniaturization and high integration direction,chip components are further developing in the direction of miniaturization.As a result of
4、 this trend,0201 passive com-ponents have become the solution of choice for countless electronic products,because it provides a great improve-ment in product miniaturization and function.In order to meet the demand of miniaturization of military electronic prod-ucts,resistance and capacitance weldin
5、g technology of 0201 package is studied.The influencing factors of weldingqualified rate of 0201 packaging components,such as welding disc design,steel mesh design,reflow welding pa-rameters,and welding paste selection,are tested and explored.By using the cross-validation method,the processscheme ve
6、rification and data analysis are carried out on the design samples,and finally the optimal welding processof 0201 encapsulation components is obtained.Keywords:0201 component;assembly technology;resistance;capacitance;pad design;stencil design;reflowsoldering;cross-validation收稿日期:2022-10-20修回日期:2022
7、-11-22作者简介:邴继兵(1979),男,山东平度人,中国电子科技集团公司第三十研究所工程师,从事军用电子装备工艺设计与研究工作。0引言片式组件是应用得最早、产量最大的表面组装件。0603和0402组件已被广泛地使用多年,这些组件在批量应用中已有很高的装配良率。随着电子产品向小型化、高集成度方向发展,片式元件也进一步地小型化1-3。作为这个趋势的结果,0201无源元件成为了无数电子产品选择的解决方案,因为它在产品小型化与功能方面提供了极大的改善4。多数手机制造厂家早已将0201无源元件用于其所有设计中,个别厂商甚至使用了各方面技术要求更苛刻的01005(长0.4 mm、宽0.2 mm)工艺
8、控制Process Control63ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY无源元件,在产品小型化设计中发挥着重要的作用4-5。随着军用电子装备向小型化、轻薄化和高集成化方向发展,对0201及01005封装器件的应用需求越来越强烈。从0603转向0402组件时,封装尺寸减少了64%,如果使用0.15 mm的间距,尺寸可以减少67%,而0201能够节省更多的尺寸1。0201封装的微小元件,目前已普及应用,但在军事装备产品中的应用还很少,基于以上现状和0201封装元件的优点,开展0201封装的微小元件组装技术研究,为产品设计提供技术支持,对于军事装配小型化、轻薄
9、化和高集成化具有重要的意义。本文主要研究了影响0201封装电阻、电容焊接合格率的因素,包括0201焊盘尺寸参数设计、钢网厚度设计和焊膏选择等,通过设计实验板,进行交叉设计验证,对焊接合格率进行了评价,形成了0201封装元器件最优焊接工艺参数。1试验板设计1.1 焊盘设计在PCB设计方面,主要研究0201元件的焊盘设计,通过研究焊盘尺寸变化、焊盘几何形状、焊盘对焊盘间距、片状元件与元件的间距进行设计,探索0201元件最优的焊接工艺方案。0201焊盘参数范围如表1和图1所示。根据各个因素和0201焊盘参数设计窗口,利用折中原则,设计了焊盘参数交叉试验方案,如表2所示。1.2 印制板设计a)基材:普
10、通FR-4。b)尺寸:180 mm140 mm1.6 mm,单面板。c)可焊性镀层:化学镍金ENIG。d)排布:样件印制板上0201元件根据表2进行了5种焊盘排布设计,元件与元件之间的焊盘边距为0.4、0.5 mm两种,角度有0、45和90排布。0201元件焊盘排布如表3所示,0201电阻和电容局部布局如图2所示。表3 0201电阻、电容在PCB板上排布表方案序号总量/个电阻电容电阻电容电阻电容方案10.30.30.234004001501501501501 400方案20.380.30.234004001501501501501 400方案30.430.30.2340040015015015
11、01501 400方案40.300.300.304004001501501501501 400方案50.380.30.34004001501501501501 4000045459090间距/mm0.40.40.40.40.50.5尺寸(WLS)/mm3角度表1 0201焊盘设计参数窗口单位:mm表2焊盘设计尺寸方案序号尺寸(WLS)/mm3尺寸(WLS)/mil3方案10.30.30.2312129方案20.380.30.2315129方案30.430.30.2317129方案40.30.30.3121212方案50.380.30.3151212图1 0201焊盘尺寸图0201焊盘尺寸宽度W
12、长度L中心间距边内距S下限0.2540.4060.5080.2上限0.3050.4570.5580.3642023.02ELECTRONICS QUALITY2钢网设计及焊膏选择片式小元件由于焊盘尺寸小,钢网开口面积也小,这导致了面积比减小。对于0201元件的钢网设计,激光切割工艺面积比大于0.66。为了增加焊膏释放率,0201片式小元件钢网开孔尺寸与PCB焊盘尺寸的比值要比以往0.80.9更大6,选择比值为1:1的钢网。目前生产中常用的钢网厚度为0.12 mm,由于0201元件的焊盘较小,钢网厚度选择0.12、0.1 mm两种,更薄的钢网厚度能使0201元件焊膏印刷效果更好,但同时会减少大多
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