序言
　　随着表面贴装技术越来越成熟，人们不断要求缩小电子产品的尺寸和重量。由于主动和被动元件尺寸的缩小以及印刷电路板技术的改进，出现了提及更小、重量更轻、性能更加优良的终端产品。目前还在进一步研究继续缩小元件尺寸，使得设计者能更小的印刷电路板实现预定功能，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，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着的影响。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。
　　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，本文我们主要讨论的是细小元件的贴片控制工艺。
　　SMT片式贴装零件发展趋势
　　一、片式零件发展趋势
　　电子消费品的小型化发展趋势使得电子零件从80年代的1210、1206缩小到90年代末期的0805、0603和0402，再到目前的0201和01005零件，变化主要动力来源于市场对于小型化低成本高性能产品的需求。0201元件在和重量上比0402轻75%，占用板面空间小66%，01005元件无论重量和占用板面的空间更加微型，用这种细小片状零件可以大大降低手持式或可携式消费电子产品的尺寸、重量和体积。
　　二、常用片状零件尺寸介绍
　　080506030402020101005
　　长（mm）2.01.61.00.60.4
　　宽（mm）1.20.80.50.30.2
　　细小片式（0201&01005）零件组装工艺
　　一、PCB板设计
　　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着的影响。所以，细小元件的装配工艺对PCB的要求就更加的严格。通过收集总结为以下几点：
　　1.PCB类型建议使用i/Au&OSP等比较平整的PCB板
　　2.01005焊盘尺寸：7×7mil方形；0201焊盘尺寸：12×12mil方形。建议两个方形的焊盘距离要保持在0.125mm以上最好能够达到0.15mm，并且焊盘上不要留有via孔(th=mil)。
　　方形焊盘无论在节省空间方面还是在控制良率方面都优于圆形焊盘
　　两个方形焊盘距离为0.1mm, 桥接发生概率大约为3-4%；如果距离增加到0.125mm桥接放生的概率降低为0.5%
　　两个焊盘上都没有via孔，碑立发生的概率约为0.5%；两个焊盘上都有一个via孔碑立发生的概率为2%；两个焊盘只有一个焊盘上有一个via孔碑立的发生概率为2.6%。
　　零件的方向对品质的影响不是很明显
　　二、印刷过程
　　1.钢网设计
　　开孔设计
　　优化钢网设计是减少“锡珠”和“立碑”的最有效的方法之一，“房形”漏孔和“U形”漏孔是两种常用的开孔方式。 “锡珠”是在回流焊过程中，熔化的焊锡脱离焊盘引起的。通常是由于焊锡膏印刷过量，元件贴装后将焊锡膏挤出焊盘而造成的。“房形”漏孔和“U形”漏孔的设计可以减少焊锡膏的沉积量，避免被元件挤出焊盘，从而减少锡珠产生的机率，同时也可以减少“立碑”的产生机率,通常01005&0201钢网的开孔比例为1:1.05。
　　钢网厚度
　　钢网的厚度会直接影响到焊锡膏的沉积厚度，进而影响“立碑”产生的机率。为了简化设计，通常将0201&01005元件与其他更大体积的分立元件的钢网厚度设计成一样的，这样，相对较厚的焊锡膏产生了额外的杠杆作用，就更易引起“立碑”。为了防止“立碑”的产生，设计成更薄的钢网是必需的，推荐的钢网厚度是0.10mm。
　　2.焊膏的选择
　　焊膏比单纯的锡铅合金复杂得多，主要成分如下：焊料合金颗粒、助焊剂、流动性调节剂、粘度控制剂、溶剂等。确实掌握相关因素，选择不同类型的焊膏；同时还要选择产品制程工艺完善、质量稳定的知名品牌。通常微型零件选择焊膏时焊膏颗粒大小尤为重要的，焊膏颗粒的均匀性与大小膏焊料的颗粒形状、直径大小及其均匀性也影响其印刷性能,0201&01005器件比较合适使用4#锡粉的焊膏，一类焊膏的焊料颗粒，型号范围内最大颗粒的直径约为或者略小于模板开口尺寸的1/5,再选用适当厚度和工艺打孔的网板就能达到理想的印刷效果。
　　锡粉型号锡球尺寸（um）
　　Type245~75
　　Type325~45
　　Type420~38
　　Type515~25
　　Type610~20
　　三、贴装过程控制
　　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
　　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。
　　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。
　　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，很多品牌的机器吸嘴头部设计两个或三个孔。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。
　　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，如图一。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。如图二。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。
　　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：
　　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：
　　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。
　　4.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。
　　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：
　　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：
　　5.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。
　　四、回流&返修过程
　　1.微型片式零件回流和其他贴片零件的基本相同，使用通常的曲线即可满足焊接要求
　　2.0201&01005因为零件的微型性，所以对零件返修的工具、返修能力以及返修的方法要求都特别的高。目前的主要返修方法为两种：
　　电烙铁返修：电烙铁返修主要使用针形烙铁头和镊子型的焊枪
　　针形烙铁头的头部很尖容易对PCB造成划伤，同时拆取零件也是很不方便；镊子型的焊枪在拆取零件比较方便，在焊接时因焊锡的吸附力较大零件容易被带起，同时镊子的平整性也有一定的差异。
　　热风枪返修：用热风枪对PCBA加热拆取或焊接零件
　　热风枪加热拆取或焊接零件比较容易，但因为零件非常的小，所以要选择比较合适的风嘴和风速，防止零件因风速过大把零件吹走。
　　五、小结
　　一个现实的经济问题是用微型片式元件（0201&01005）的生产成本将比其对应的较大零件更加昂贵。对PCB设计、钢网开孔以及焊膏的选择适用也提出了很高的要求。
　　在贴装的过程中要求精度更高的贴片机，对设备的维护保养也提出了新的要求，现在由于微型零件贴装而更加重要。因为误差的公差和可达性和元件本身一样小，预防性维护是0201生产线比其他元件更加重要的制造成本因素。类似地，似乎0201&01005的使用将要求更频繁的吸嘴清洗、摄像机清洁和机器贴装的测量与调整。元件吸取和贴装的高度将是关键的，对于初始的元件吸取，送料器轴的调整是需要的，尽管机器可以在吸取位置补偿元件的偏移。
　　目前，利华一厂的FUJI XT可支持0201&01005微型零件的贴装，CP6不能支持0201&01005微型零件的贴装，XP142可支持0201零件贴装但不能支持01005零件，需要对相机改装后才可以支持；二厂Uiversal AC30、GC120置件头都是闪电头可以支持0201&01005微型零件的贴装。