4.2 01005组装工艺
背景
01005元器件在装配过程中对所有的成熟工艺提出了挑战，因为其尺寸只有0.2mm×0.4mm，目检几乎不可能，且质量极轻（0.04mg）。只有了解这些特点，才能更容易地理解相关的组装工艺。更重要的是，为了使用这种元器件，材料与PCB的布局必须重新设计。
一旦PCB布局设计完成，焊膏的印刷就成为下一个重要工艺。因为它直接影响到再焊接后成品的质量。像“尘埃”一样轻和小的元器件，正确和稳定地拾取是整个平稳贴装的关键工艺。
01005与0201并不是同一个工艺级别，如图4-5所示，它们使用的钢网厚度相差一个级别。
图4-5 01005与0201对比
组装问题
01005的组装常见的不良主要有移位、立碑、侧立和翻转，如图4-6所示。
图4-6 01005常见的组装不良
原因
01005的组装问题与其尺寸小、质量轻直接相关。
由于元器件尺寸极小，当焊膏熔化后产生的流动与表面张力很容易将元器件移位。而且元器件焊端往往被拉到与焊盘连线的方向，如图4-7所示，图4-7（a）中的绿线为偏移的方向。
图4-7 01005焊接时偏移的方向
焊盘与阻焊设计
焊盘与阻焊的设计，核心是确保元器件“自对准”。因此，必须从设计上阻断熔融焊锡在焊盘表面上的自由流动与铺展。
因此，对于小型的片式元件，焊盘更倾向于使用阻焊定义焊盘设计方案，如图4-8（b）、（c）所示，其中图4-8（c）的设计被称为半阻焊定义焊盘，它结合了非阻焊定义与阻焊定义两者的优点。
图4-8 焊盘定义方式
1）焊盘尺寸设计
不同品牌的01005封装尺寸相差较大（0.2～0.4mm×0.1～0.3mm），设计时尽可能根据具体封装尺寸进行设计。一般情况下，以01005封装的名义尺寸0.4mm×0.2mm为基础，推荐的焊盘尺寸为：L=0.15mm（6mil），S=0.15mm（10mil），W=0.18mm（7mil），如图4-9所示。
图4-9 01005焊盘尺寸
推荐采用阻焊定义焊盘设计，阻焊膜厚度不应大于25μm，制造尺寸控制在4～25μm范围内。如果采用非阻焊定义焊盘设计，与焊盘的连线宽度应小于连接边尺寸的1/2。
表4-1为业界有代表性企业01005的焊盘设计尺寸。
表4-1 三家企业01005的焊盘尺寸 （单位：μm）
2）某品牌手机的焊盘设计
某品牌手机的01005的焊盘设计采用了阻焊定义焊盘，尺寸如图4-10所示，可参考。
图4-10 某品牌手机的01005的焊盘设计
3）表面处理
推荐ENIG或OSP。
组装工艺
1.焊膏应用
由于钢网开窗非常小，最好使用纳米涂覆或细晶粒镍钢网（FG钢网），厚度为0.05～0.08mm。为与其他元器件兼容推荐采用0.08mm厚钢网。
根据“至少5个球大小的焊粉颗粒能够同时很好地通过钢网开窗”的经验，至少选择4号粉焊膏或更好的5号粉焊膏。
如果PCB非常薄，厚度为0.5～0.65mm，焊膏印刷时必须采用真空工装支撑PCB，同时必须确保钢网底部干净。
2.贴片
下列因素是确保良好贴装的前提。
（1）好的元器件质量（所有尺寸必须满足文件定义的公差）。
（2）好的编带质量（所有尺寸必须满足文件定义的公差）。
（3）具有良好精度和重复性的喂料器单元。
（4）具有识别位置基准点的喂料器单元。
一旦元器件被拾起，图形识别系统必须具有较高的分辨率和精度，以便精确计算和校准它的位置。这对识别和纠正最终导致立碑、侧立、翻转等不良非常重要。
贴片系统必须能够检测元器件是否在喂料器位置和贴装移动器件丢失（发生抛料）。因为极小的01005吸嘴真空感应是非常不可靠的，可使用激光感应传感器来检测01005是否丢失，如图4-11所示。
图4-11 元器件感应器在工作
元器件贴装的Z轴压力和速度必须控制，太快将引起焊膏飞溅，压力太大，将引起“焊膏”压碎及元器件损坏。
贴装期间，PCB必须保持良好的支撑且没有振动，因为振动将导致元器件偏移。
3.再流焊接
优选氮气气氛，残氧含量为4.5×10-5左右。因为焊料焊粉非常细，很容易氧化。在氮气气氛下，润湿性的改善，能够有效提高“自对准”效果。
缓慢的预热速率能够防止立碑，并能够有效减少PCBA各焊点的温度差。
01005元器件的自对准效应非常好，即使在无铅工艺条件下。因为01005只有0.04mg，无铅工艺的表面张力足以拉动它，图4-12为一试验板在再流焊接前后的例子。元器件移动距离大于0.100mm，再流焊接后具有完美的准确性。但是这个自对准效应具有局限性，焊盘的可焊性、焊盘与焊膏准确沉积、元器件与焊膏的重叠，对于防止移位甚至立碑非常重要。
图4-12 再流焊接前后的位置
说明
通常，01005主要用于昂贵产品的设计上，因为使用01005的成本较高，不仅元器件、PCB、焊膏、钢网、氮气会增加成本，而且，还必须使用更精密的组装设备。
PCB的设计必须考虑制造过程中每个步骤是否可以实现“可制造”和满足质量要求，因为工艺窗口很窄，稳定性差，这也限制了01005元器件更广泛的应用。
01005不能完全代替部分无源元器件，如0603、0402、0201，它将不断地用于小型化的、更高价值的产品中，如传感器、助听器。
到目前为止，在发展和建立01005产品工艺中最重要的是焊膏的应用，因为这个工艺步骤直接和间接地影响了大多数在再流焊接后发现的组装缺陷。
在设定01005工艺参数时，必须采用SPI、AOI设备来发现和优化工艺参数。