01005器件在手机相機模組上的应用
引言
近年来，随着消费者对手机（Mobile Phone）之高性能、多功能和轻薄短小便于携带的需求，其重要组件相機模組（Camera module）也得比类从事。表面贴装工艺的成熟，使得01005被动元件得以推广应用；影像器件技术的不断创新，不仅提高了相机模组的性能也缩小了它的外型尺寸；相机模组多功能与小型化趁势和正面剖视结构，见图1A&1B。时下，2MP（Mega Pixels）以上高分辨率像素、
自动对焦AF(Auto-Focus)、光學變焦OZ（Optical-Zoom）、高稳定度图像以及微型化构造，业已成为
相機模組的热门配置。除像素之外，其中AF 与OZ 成为消費者评定手機相機規格優劣的關鍵。因而，引导时尚潮流的手机原生厂OEM(Original Equipment Manufacturer)，对其相机模組代工厂商提出了相应的规格性能要求，使得产品研发人员在设计上变得更加复杂，在SMT装配上也变得更加困难。
为了实现相机模组的微小型化，研发人员选用微型的表面器件如0201与01005器件，自动对焦马达VCM (V oice Coil Motor)的驱动控制器（Driver IC），选用晶片级比例封装WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package），为降低WLCSP封装高度采用0.15mm超小型球径。在手机相機模組小型化的进程中，被动器件01005取代0201是必然的选择，两者相比01005器件的面积缩小了45%，体积缩小了30%，重量是0201的50％，它们的外形与尺寸对比见图2。01005器件为相機模組小型化提供了一定空间，它的实施给SMT相关产品的制程、工艺和设备却带来新的挑战。
经验表明，一种全新的工艺或精密器件的导入初期，都会带来一个生产制程的不稳定阶段，在生产工艺设计时需要考虑所有可能造成质量问题的潜在因素。01005器件从纯技术角度上早已具备实际应用的可行性，但由于元件成本高、工艺复杂和设备投资大，许多电子代工厂至今不愿或无力把它导入生产。为了经济高效地应用01005器件，企业需要一套整体成熟的工艺体系，在生产中要求人员、机器、物料、工艺和现场环境有机地结合在一起；以相关的技术理论为指导，依靠试验验证和工艺创新，从而获得稳定制程和高效产出，此类型元件才会显现其价值，比如在相机模组上得以成功应用。
要获得01005元件成功组装，需要有良好的PCB基材、元件品质及料带包装、焊锡膏，并通过正确的焊盘设计、模板设计、印刷工艺、元件贴装、回流焊接和有效检测以及相关的工艺参数设置。SMT 生产线的治工具和工艺参数都必须控制得更为严格，比如上线前的网板、载具、吸嘴和进料器的清洁检验确认变得不可或缺。在制程中首件检验FAI(First Article Inspection)及不良反馈需要没有借口的执行力：印刷品质首件检验，回焊炉前贴装品质的首件确认，回流焊后的首件确认等等显得至为重要，同时要求01005元件的整个组装过程的稳定。当市场对产品价格变的越来越敏感时，使用01005元件的竟争力将是个主要问题；有效控制材料损耗、降低制程成本，减少不良返修是其成功导入的关键。
图1A 相机模组多功能与小型化趋势图1B 相机模组的正面剖视图
图2被动元件从左到右依次为：0402,0201,01005大小与其尺寸对比
关键词
相機模組（camera module），01005器件，电阻，电容，小型化，工艺控制，首件检验FAI(First Article Inspection)，统计过程控制SPC（Statistical Process Control），过程控制能力指数Cpk （Complex Process Capability Index），SPI（Solder Paste Inspection），AOI（Automated Optical Inspection）
一.手机影像模组的发展趋势
传统的手機相機在寻求多功能、低成本與稳定度的解決方案時，往往受限於它的外形尺寸，小型化成了它的瓶颈。而今相机模组的小型化，研发人员已经有了一整套的方法。首先，通过采用新型的光學元件，比如壓電元件、液體鏡片和數位AF三种新技術，相机模組在丰富功能的同时还能使其小型化。高档次的手機相機像素通常都在百萬之上，由於解析度提高，需要較精準的對焦，故需加入AF 装置；而光学变焦（OZ）有利于相机远距离拍摄清晰录像。其二，如果采用陶瓷（Ceramic）基材代替传统的FR4有机玻纤（Organic），不仅能降低有机材质因受热翘曲变形对邦定(Wire Bonding)的干扰和COB净化车间的污染问题，更重要的是基板可以由传统的帄面结构（Flat Substrate）开发出凹陷多层结
构（Cavity Structure），使影像感应器(Imaging Sensor)与其傍路元件如Chip电阻电容和VCM Driver IC不在同一个帄面，从而有效的使模组小型化，见下图3A&B&C。不过这种凹陷结构PCB，对于SMT传统的模板印刷工艺不适应，需要采用点涂锡膏机的全新工艺方式。其三，影像芯片(Imaging Sensor)的封装采用覆晶接合技术FCOB (Flip Chip on Board)，它是倒装芯片(Flip Chip)技术之一，FCOB是指一种Die与焊垫直接的连接方式，用它取代COB打线键合(Wire Bonding)的CMOS或表面贴装的CCD封装形态，也是未来相机模组小型化的主要方向。
图3A&B凹陷多层陶瓷板与帄面有机板结构图3C 凹陷多层陶瓷板使相机模组小型化然而，由于元器件小型化一直以来就是使电子产品小型化最有效最直接的途径，所以我们下面将主要介绍无源被动器件的极限元件01005器件在相机模组上的组装应用。首先需要注意的是，焊盘的尺寸、类型以及两个元器件之间的最小间隙设计。
二. 01005器件尺寸与焊盘设计
被动元件01005器件以片式电阻器和电容器为主，目前在所有的chip件中它是最小的元件，它们的外形尺寸有关长度和宽度无疑是相同的，但它们的厚度略有差异，电容器通常要稍微厚一些：电阻器的规格长宽高分别是0.4毫米，0.2毫米和0.12毫米；而电容器为0.4毫米，0.2毫米和0.2
毫米。请参考下图3A&3B所显示。
图3A 电阻/电容尺寸标注三维图图3B 01005电阻/电容关键尺寸
PCB的设计是成功贴装的基础，01005器件焊盘可以做成圆形焊盘，通常焊盘直径可以是0.23 mm，内距0.15mm；也可以做成长方形焊盘。焊盘圆形设计有助于元件焊接过程中的自对中效果，对改善空焊或立碑有一定帮助，但它比长方形焊盘要占用更多的焊盘面积。本司经实验验证DOE （Design of experiments）：电阻电容焊盘统一尺寸设计也是可行的，焊盘长宽A*B: 0.16*0.18mm，焊盘间内距0.15mm，与之相配的钢网开孔（Stencil Aperture）长宽为: 0.20*0.22mm，开孔内距0.16mm。这种设计可满足焊接要求，过炉后锡珠的产生也较少，制程比較穩定。不过也有资料显示，对于01005电容器，0.21mm的焊盘长度，0.22mm焊盘宽度和0.16mm内间距是焊盘的最佳尺寸，可以形成合格
的焊点，而且占用电路板的面积最小。电阻器最佳的焊盘尺寸的长度为0.18 mm、宽度为0.22mm和间距为0.16mm。另外，01005元件的厂商推荐的焊盘尺寸范围较宽，而其基准标称尺寸大体相同。01005器件焊盘的尺寸设计，目前业界还见仁见智，没有绝对的最佳尺寸，这不仅与焊盘的防焊层类型和误差有关，也与各公司的制程工艺水平有关，不过它们基本都在下图表的规格尺寸和+/－0.025mm公差之内，见图表4。
图401005器件焊盘实验验证良好的尺寸
被动元件之间的安全距离需设计正确，依据制程能力与工艺条件不同，安全间距分为最佳、标
准和常规三种，在一般情况下应当选择常规的焊盘间距，相关尺寸请见图5A&5B。优化焊盘尺寸并确保元器件间的最小间隔，对于避免回流焊后的不良连锡或桥接很重要。01005被动元件焊盘内间
距被认为是一个在回流焊后形成立碑的关键因素，通常要求小于0.15mm。另外，相机模组的元件与邦定焊垫（Wire Bonding Pad），与Lens Holder内壁之间的安全距离也必需足够。SMT元件焊盘
与邦定焊垫之间距建议不小于0.25mm，避免焊锡脏污邦定焊垫；与Holder内壁之间距离需大于0.15mm，以免组装困扰；WL CSP因通常需要做底部填充，它与影像芯片（Image Sensor）边沿
和Holder内壁之间最小距离要求不少于0.18mm。某自动对焦相机模组产品的排版草图和CMOS
邦定后实装图，见图5 C&5D（仅供参考）。
图5A 0201与01005元件间距标注图5B 0201与01005元件安全间距
图5C某相机模组之影像器件排版简图图5D AF (Auto-Focus)&FF（Fixed Focus）影像器件状况
實際制作的焊盘需保证它的几何形状和尺寸符合设计者要求。焊盘的阻焊层需注意选择，通常有两种不同阻焊层类型的焊盘可以使用：NSMD焊盘（非阻焊膜定义）：广泛用于表面贴装技术，阻焊空隙大于金属焊盘。焊膏可以包裹在金属焊盘周围，焊盘形状往往因表层的走线造成不规则不对称，这种焊盘对微型被动元件不良影响明显；SMD焊盘（阻焊膜定义）：用于铜箔在阻焊层下面延伸的小封装形式，焊盘形状较为规则，不过焊盘形状受阻焊膜工艺精度不高的限制；而HSMD焊盘是N SMD或SMD焊盘的特例：焊盘的三个面上覆盖阻焊膜，只有两个焊盘的内距之间阻焊膜被蚀刻掉，这种焊盘可以避免阻焊膜偏厚时对01005器件的不利影响。焊盘类型选择是否恰当，对于01005元件回流焊接后的焊点品质有较大影响，必须审慎选择。有资料显示，01005的焊盘采用HSMD较为理想，SMD焊盘可以接受，由於相機模組上的元件之間的微小間隙不充許它們有二分之一的偏移量，所以在一般性產品上應用較廣的NSMD焊盘通常不建议用于相機模組的0201/01005元件上，见图6B。对于NSMD类型焊盘，為了避免空焊不良問題，焊锡量需适当增加，钢网开孔比焊盘略大有助于改善缺陷获得良好焊接点。
图6A焊盘的阻焊膜主要类型SMD&NSMD结构图6B 01005 NSMD焊盘不良设计
正确的电路板设计是超小型元件装配的关键，相机模组的PCB厚度通常仅0.4mm，基板的材质不一而足，比如有机玻纤树脂（FR4）、陶瓷(Ceramic)、聚酰亚胶树脂（Polyimide）等，有机基材的选用必须要考虑到基板的翘曲变形，比如FR4的Tg点需达到170-190°C。焊盘的表面处理工艺需充分地考虑帄整度要求，表面帄整度应该控制在2微米之内，而化镍浸金(ENIG)、浸银(Immersion
Ag)和有机可焊性保护皮膜（OSP）能较好的适应这种精密器件的要求，不过日前相机模组大多需要邦定键合（Wire Bonding），只有化镍浸金(ENIG)或电镀軟金能较好的适应这种产品的特点。PCB 的基准标记点（Fiducial Marks），需要控制好它的形状及大小，反光点以直径1.0毫米的圆形首选。基准标记点为中心的3*3mm范围内，不能有字符、布线或焊盘及其阴影存在。其次基板的颜色和基准点对比度要大，才能提高它的可读性，否则将影响识别效果。
三、影响印刷品质的几个要素
01005器件的印刷品质对锡膏类型成分特性，模板的制作品质，印刷的工艺方法都有特别严格的要求,相机模组主要采用助焊剂水洗型SAC305锡膏。焊膏的主要成分为：焊料合金颗粒、助焊剂、流变性调节剂、粘度控制剂、溶剂等，准确掌握相关因素，选择合适的焊膏类型，并盡量选择制程工艺完善和质量稳定的大厂生产的产品。制作精良的模板是实现可靠印刷的核心所在，而正确的开孔设计、钢片厚度和制造工艺是其要点。焊膏印刷是一个工艺性很强的过程，其涉及到的工艺参数非常多，任何参数调整不当可能对产品质量造成大的影响。研究资料表明，总缺陷中大约一半缺陷（49%）由不良印刷造成，其中包括多数的桥接、空焊或焊珠等，制程缺陷分配比率见图7。
1.对焊锡膏的要求
相机模组的邦定组装都是在100级以上的净化无尘车间进行，所以SMT焊接通常都要使用水溶性锡膏，便于回焊后把助焊残留以及污垢清洗干净。锡膏合金粉末的成份，纯度及含氧量、颗粒形状和尺寸、助焊剂成分与特性等是决定焊膏质量的关键因素。在选择焊膏时，为了优良的印刷转移效率需考察其以下特性：焊膏的黏度(Viscosity)，焊膏的黏度是影响印刷性能的最重要因素，黏度太大，焊膏不易秔过模板的开孔；黏度太低，容易流淌和坍塌。焊膏的粘性(Tackiness)，焊膏的粘性不够，其直接后果是焊膏不能全部填满模板开孔，造成焊膏沉积量不足。焊膏的金属含量，为了满足对焊点的焊锡膏量的要求，应当将金属含量控制在88.5%至90%，焊接效果较好。焊膏锡粉颗粒的直径大小以及真圆度、均匀性和颗粒形状都会影响其印刷性能，使用小颗粒錫粉还能在回流焊过程中增强自对中效应，以减少偏移缺陷。锡膏的网印技术有锡球排列模版开孔不低于深度3个宽度5个的规则，这意味着01005元件必须采用Type4(球径20－38um)或Type5(球径10－25um)的锡膏。锡粉颗粒尺寸重要的是能满足产品特性需要，锡粉颗粒并非越小越好，颗粒越小其含氧量可能越高，对制程反而不利；颗粒越小的锡膏单价越高，为了降低成本通常选用Type4的锡膏，况且它足以满足01005器件的工艺要求。
2.对模板和载具的制作要求
模板的品质对微型元件的印刷效果至关重要，而它的开孔设计、材料厚度和制造工艺为其中的要点。微型元件的焊盘很小，例如对于01005器件，圆形焊盘的直径是0.23mm，而长方形尺寸为0.
16 ×0.18mm和0.18 ×0.22mm或者0.20 ×0.22mm的焊盘。模板需要获得良好的下锡效果，开孔设计需考虑转换率：即焊膏实际量与理论计算量的比率，需符合规定要求。01005元件模板开孔的面积比(焊盘面积与开孔壁面积) 需不小于0.66、而宽厚比（开孔宽／模板厚度）最好能大于1.6，所以模板的厚度被严格限制，通常为0.08mm即3mil较为理想。相机模组的PCB基板材质复杂特殊，刚性板材厚度通常为0.4mm，陶瓷板易碎，揉性板(FPC)和软硬接合板（Rigid-Flexible）帄整度不佳，生产这些基板离不开制作精良的载具（Carrier or Pallets）。01005元件对印刷品质要求严格，对于支撑载具的制作帄整度要求更高。载具不仅要使电路板的各个角落均得到有效支撑，还必需对揉
性软板部份能有效校正其翘曲变形问题，以免在刮板的压力下发生弯曲现象，导致锡膏污迹和印刷偏移的缺陷。
相机模组上无论是被动元件电阻电容还是主动元件倒装芯片（Flip Chip）或WLCSP，对于这些微型精密元件使用3mil模板厚度印刷锡膏量并不是问题。不过对于尺寸较大的元件，这种厚度的模板便印不上足够的锡量，这就要求同一模板既能满足最小的元件和最大的元件对焊膏量的不同需求，印刷过程中对模板上的孔不能堵塞。为此，模板的设计应当采用阶梯形模板，这种双厚度模板有“递减厚度”和“递增厚度”两种，阶梯部份既可以放在钢网的底部也可以是钢网的上表面，这种模板能满足同一块板上不同器件对焊膏量的宽范围需求。
目前的模板制造工艺主要有化学蚀刻、激光切割和电铸成形三种方法，每种方法都有各自的优点和缺点，见图8。化学蚀刻、激光切割是减法工艺，电铸成形是加法工艺。据资料显示，当应用于间距为1.27mm以上的场合时，化学蚀刻模板与其它方法制造的模板性能相当；当所处理的间距小于0.5mm时，需要考虑采用激光切割和电铸成形模板。对于相机模组01005器件的模板，可以采用电铸模板（Electroformed），镭射切割加电抛光（Laser-cut &Electro-Polish）和镭射切割镀镍模板（Laser-cut &Nickel-Plate），电铸模板的孔壁对下锡脱模效果当然最好，镭射切割加电抛光或镀镍次之。后两者如果工艺控制的恰当下锡效果良好，足以满足01005器件的工艺要求，且其性价比高可优先选择。
Electroformed Laser-cut Laser- cut EP/NP 图7制程缺陷分配比率Figure8. Typical sidewall image of various types of stencil technologies
3.对印刷工艺的控制
01005元件要获得良好的印刷品质，必需采用全自动的智能印刷机，它的对位精度和对位重复性需分别达到+/-0.025mm和+/-0.001mm，即不低于6个sigma。而它的印刷位置的重复准确度和锡量的精密度综合性能指标CPK(Complex Process Capability Index)，反映了它的印刷品质制程能力，在通过了检测计量器的再现性与重复性分析（Gage R&R）的测试之后，它的制程能力指数需达到A级(1.67＞CPK≥ 1.33)。制程能力是过程性能的允许最大变化范围与过程的正常偏差的比值。制程能力在于确认这些特性符合规格的程度，以保证制程成品不符合规格的不良率在要求的水准之上，作为制程持续改善的依据。
同时，它的相关配置和制程条件需设置正确，比如刮刀压力、印刷速度、印刷方式、刮刀参数、脱模速度、模板清洗和工作环境的温湿度等，下面对其逐一略作阐述。（1）刮刀压力对印刷影响较大，压力太小不能让焊膏有效地到达模板开孔的底部且不能很好地沉积在焊盘上；压力太大则可能导致焊膏印得太薄，甚至会损坏模板；理想状态为正好把焊膏从模板表面刮干净。刮刀的硬度也会影响焊膏的厚薄，太软的刮刀会使焊膏凹陷，所以建议采用较硬的刮刀或金属刮刀；在设计印刷参数时，刮刀压力与刮刀长度之间关系为0.018-0.027KG/mm。（2）印刷速度快有利于模板的回弹，但不利于焊膏在焊盘上沉淀成形，而速度太慢会使焊盘上所印焊膏的形状不佳。对于01005器件的印刷速度，可设定为20～40ｍｍ/ｓ。（3）模板的印刷方式可分为接触式和非接触式，非接触式在印刷参
数设置时，间隙为0～1.27ｍｍ可调；接触式印刷的模板垂直抬起可使印刷质量所受影响最小，它尤其适合于精密器件的焊膏印刷。（4）刮刀对于模板的角度，对印刷品质也有一定程度的影响，资料显示对于01005元件，以45°的角度进行印刷效果较理想。（5）PCB与模板的脱离距离和速度的影响是，速度太慢易在模板底部残留焊膏；反之造成锡膏拉尘或塞孔；行程太短可能造成拉尖，反之可能导致锡膏成型不好。（6）焊膏印刷过程中，对模板的清洁非常关键，每隔2块板需对模板底部用无水酒精清洗一次，清洗方式含真空、湿洗和干洗等模式的组合。（7）保护好锡膏的活性是很很重要的，尤其是水溶性锡膏的助焊物挥发较免洗型锡膏更快，对于01005器件来说保证锡膏的活性可提升锡膏印刷的品质，所以需要在印刷机内实现温湿度控制。（8）模板底部每隔2小時用手工清潔一次，每次換班使用模板清洗機自動清洗干凈，待烘干凈後再使用。上述每一个印刷设置或工藝不当都可能造成不良印刷效果，对于精密器件不能厚此薄彼，应该一视同仁地认真对待。
4. 对印刷品质的检查
焊锡的印刷品质对产品的组装良率有直接影响，01005焊盘需要的焊膏量很少（0.003-0.005立方毫米），很容易产生漏印或少锡，采用传统方法目视检查效率很低且误判率高，观察焊锡的印刷状况需40X以上的显微镜。这种方法只能用于抽检，不适合作为生产印刷品质的过程控制和统计分析，所以使用自动光学系统检查对于印刷过程的控制是非常必要的。通过在线的焊膏检查SPI（Sol der Paste Inspection），可以避免因模板堵孔造成漏印或焊料不足，当它检查到缺陷时能发出警报，从而稳定印刷过程确保焊膏正确地印刷在焊盘上。不过对于01005 器件的印刷品质检验, SPI的相機解析度必需足够高，其辨识精度Cpk值需不低于1.33。同时，SPI能采集并提供相关信息数据，以便工程技术人员控制和改善印刷中的问题，它是组装01005元件时重要的过程控制工具。这就是质量管理中保证预防原则的科学方法：统计过程控制SPC（Statistical Process Control）与统计过程诊断SPD(Statistical Process Diagnosis)。有了实时的SPC和SPD统计过程控制分析与诊断，使整个生产过程都受到监控，确保制程的稳定；一旦发生制程变异即时对策，从而预防批量性不良，最终使产品品质得到保障。對於相機模組的01005器件，焊錫的厚度應當控制在模板厚度的+/-0.03m m，焊錫偏移焊盤低於+/-0.05mm，而元件貼片後相對於焊錫的偏移量也需低於+/-0.05mm。
图9A 正确的模板开口&印刷&贴片图9B错误的模板开口&印刷图9C模板开口偏小少锡
四、贴片机的配置要求与贴装工艺
成功贴装01005元件的前提是，贴片机精度需达到+/-0.05mm（CPK≥ 1.0），以及与之相配的高分辨率视觉图像识别或高质量激光识别贴装头，比如镭射相机(Laser camera)、喂料器(Feeder)、吸嘴(Nozzle) 和正确的贴片参数设置。准确的取料是实现成功贴装的第一步，影响正确取料的因素
有元器件之间的差异、包装的误差、送料器的精度、贴片机精度、贴片头Z轴方向的压力控制、吸嘴材料和设计，以及在取料过程中对静电的即時释放。使用01005器件的主要障碍是，元件之间的细小差异会对取料和贴片过程产生显著的影响，要求贴片头在此过程中能自动感应其变化，并采取相应的补偿措施，以消除对元件高度和厚度的敏感性。贴装01005器件控制抛料减少材损既是难点也是重点，为消除贴装过程中的缺陷和物料损耗，需定期保养清洁喂料器和吸嘴，控制好元器件贴装条件。只有当元器件的质量和尺寸都在控制规格之内，且有高质量的编带和经过校准的喂料器，元器件才能被有效地拾取和贴装。由于01005元件非常小，贴片头施加在元件上的压力要适当，Z轴应当装有分辨率不低于1um的压力感应器，以免损坏元件或取不到料。當然貼片設備的效能與穩定性也需要進一步提升，以實現高產出/低拋料的生產需求。下面就机器的配置要求和贴装工艺稳定管控略作说明。
1.相机的选用
早期的贴片机多半采用模拟相机，由于这种相机分辨率不高不宜用于01005器件贴装，如今的贴片机广泛采用高分辨率数码型和激光（镭射）型相机，这两种高精度的相机各有千秓，而且在多功能机视觉贴装头上往往同时配置。多功能机对元器件既可激光识别又能图像识别，激光识别更多的用于外形简单的被动元件，且更适合高速贴装；而图像识别为通用性视觉识别方法，它又分为反射识别、透过式识别、焊球识别、分割识别等，它们更多的用于引脚复杂的精密器件或异型元件。采用数码相机图像识别可以检查出元件电气端的缺陷，但是它不能感测元件的厚度变化，所以Z轴需配置压力感应器，或取料/贴片高度补偿装置，从而减缓拾取贴装冲击力。采用激光识别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却无法检查。多引脚细间距器件，由于不同厂商或同一厂家不同批次的元件在制造过程中电气端可能存在差异，采用数码相机图像识别更具有优势。镭射识别精度（+/-0.05mm）虽不及图像识别精度（+/-0.03mm）高，但对于01005器件贴装精度已然足够，而且镭射识别方法更利于被动元件的效率提升。
2.喂料器与编料带
由于01005器件太小太轻，喂料器在进料过程中要求定位精准、振动轻微、进料停顿不产生后挫效应，以免器件在编带槽中侧立翻面甚或弹出。喂料器有电动式和机械式两种，电动式喂料器相比传统的机械式喂料器编带和剥带更帄稳，产生的冲击力更小，可以避免元件从编带穴中蹦出的问题。细小元件应当优先采用电动式送料器，传统的机械式喂料器也可用于01005器件，不过它们都必需进行定期保养和上线前的检查或校验，并要求其有良好的抗静电效果。在生产换线和换料过程中，每只喂料器的状态也难以达成一样，所以元件最佳的取料位置也会发生变化。元件和料带包装的误差，为确保取料的成功，贴片机在取料过程中需要自动矫正取料位置。机器在此过程中必需能敏感地捕捉到这种变化，并自动调整取料的最佳位置，才会有正确的取料和元件识别数据，因而保障贴装的准确性和重复性。01005元件取料正确才能确保识别无误，贴装的品质才有保障，正确的取料见图10A,错误的取料与识别，见图10B。
在拾取贴装元件时难免发生器件掉落，散落的元件很容易粘附在喂料器齿轮上，出现这种情况可能损坏喂料器，需避免这个问题并注意收集掉落的元件。送料器安装在贴片机上存在间隙和位置误差，
在贴装较大器件如0402/0603等，这种误差几乎可以被忽略。但是对于细小的0201和01005器件，这种误差影响却很大。由于元件料带包装的误差，对于0201/01005这类元件，如果同时拾取多颗元件材料损耗较大；而采用单颗拾取则比较稳妥，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比如偏移和立碑等，同时因为板上元件间距太小，可能会使吸嘴干涉其他元件。传统的取料方式是吸嘴头接触到元件表面再打开真空把料拾取，這種模式較多的用於大型元件；然而对於類似於01005的微型元件，为了提高拾取的速度和成功率，则可以采用非接触式的方法，即吸嘴在离元件表面有一定距离时开启真空，把料从编带裡吸上來，完成取料过程。日前01005器件的包装编料带设计，编带宽8.0mm，进料齿轮间距4.0mm，元件步距2.0mm；为了节省编带料材，日后的编带宽缩减为4.0毫米，其它相关尺寸也需缩减一半，进料的齿轮孔直径则由1.5mm缩小为0.8mm，不过这种料带的Feeder必需为01005器件专用。
良好的01005器件编带和器件的质量，它的关键尺寸需要控制在规格的范围，见下图10C。由于它的品质特性直接决定着产品的装配良率与材料损耗，对于元件本身长宽厚和料带的关键尺寸，比如编带的步距、凹槽(Carrier Cavity)的长宽深都要符合规格，并要求其制程能力指数（CPK）值不小于1. 33，才能确保其稳定的品质特性。如果编带非真空包装且常期暴露空气中，上线使用前建议进行低温袪湿。包装编带的上盖膜粘力要适当，粘力太大剥带时料带可能断掉，反之上盖膜剥离使器件从编带中丢失；判定的方法是：以角度0-15度大约0.1-0.5牛剥离上盖料带輕鬆自如，剥离速度约30 0 mm/min时不会出现断带问题可基本認為編帶粘力合適。另外，元件编带和剥带所产生的静电需要及时释放，可以在喂料器的位置安裝負离子发生器，同时确认机器与喂料器均接地良好，对于0100 5器件最好使用抗静电编带。静电负荷可能使元件从编带槽中竖起、侧立，或粘在编带的上盖。再次，为了消除包装和送料·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能力。
图10A正确的取料照相图10B不正确的取料照相以及电阻取料時翻面
图10C 01005器件编带的关键尺寸与电阻的实测数据
3.吸嘴的选用与保养
一般说来，用于0201器件的吸嘴头部既有圆形也有椭圆形，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帄衡，真空孔可以设计成2个，见图11A。而01005
受元件尺寸和微小的间距限制，吸嘴头部比0201要更小，真空孔设计的也更细，通常直径不超过0.15 mm，头部接触面小于元件表面，见图11B。01005吸嘴头部过于微小，吸嘴的材料要求坚
硬耐磨，通常用乌钢或陶瓷制成；为了防止静电损坏元件及在取料过程中带走其他元件，吸嘴要选
用ESD（Electro-static Discharge）抗静电材料。贴装0201和01005元件的吸嘴，最
小的孔径会达0.127 mm甚或0.1 mm，因而吸嘴堵塞是个严重问题，这给生产带来了困扰，也
对吸嘴的清洁保养方法增加了难度。用於01005器件的吸嘴清洁保养的要求比其他类型的吸嘴要高，需要利用清洁溶剂和超声波来清洁。由于0201/01005很薄，01005电阻厚度仅0.12mm，无疑增加了吸嘴与锡膏接触的机会，必需提高这些吸嘴的清洁保养频率。
图11A 0201元件椭圆形与双孔吸嘴图11B某机型01005元件吸嘴头与外形轮廓
4.贴片的压力与偏差控制
近代的贴片机都具备高度灵敏的压力感测装置，对贴片压力的控制理论上基本没有问题。不过影响贴装压力的因素很多，比如PCB的翘曲、元件的误差、载具与电路板厚度误差等，仅靠贴片机控制是困难的，虽然闭环系统和补偿措施能确保贴装压力不超过设定的极限值，但设定值必需恰到好处。经验表明，0201和01005元件的贴装压力设定为1-2牛顿较为合适。在元件贴装期间使用适当的压力将元件直接放到锡膏中，但不会将锡膏挤到一个不希望的位置，见下图12A&B。这对于贴装01005元件时这点非常重要，因为贴装压力设定不当會造成许多品质问题，而且检查设备或品质检验人员的视觉检查很难发现这种缺陷。贴装压力过大可能损坏元件并将造成一些锡膏压出焊盘，过度下压还将造成元件水平方向滑动而偏移，最终导致回流焊后锡珠、桥连和侧立等问题的发生，见下图12C。贴片元件厚度对贴片压力会产生显著影响，元件放置高度应为焊料厚度的正负三分之一，时常验证元件的放置压力和检测元件的实际高度是非常有必要的。
图12A&B 正确的贴装压力贴装后效果12C贴装压力偏大使焊锡过度下压及元件损坏微小元件、微小吸嘴和编带误差是使01005器件的拾取和貼裝变得敏感的主要因素。贴片机如果
具备自动校准拾取位置则更有利于元件拾取成功，并减少材料损耗。机器的自动校准性能是，当吸嘴在设定拾取位置找不到元件，它就在定义好的邻近处重新校准拾取位置。另外，日前所有贴片机厂商都很重视开发生产01005器件的能力，比如常见的JUKI高速贴片机2070&2080以及FX系列，为此配置了高精度的镭射相机，针孔型吸嘴和专用的Feeder；Siemens HS60&X或D系列都能很好的适应01005器件贴装工艺要求。
为了降低贴片偏差和锡膏印刷偏差对细小零件装配时的综合影响，许多贴片机为此开发了APC 系统（Advanced Process Control），它通过测定所印刷锡膏的位置，计算出元件实际最佳贴装位置，而不是按传统的方法只按照焊盘的中心来决定贴装位置，从而提高元件焊端与焊膏的重叠区域面积，最终获得理想的焊接效果，见下图13A。在高密度贴装时，针对0201/01005细小元件，把印刷焊膏偏移量的信息传输给贴装机，贴装元件时对位中心是焊膏图形，而不是焊盘。这就可以降低印刷偏差与贴片偏差同方向时的叠加，比如贴片正向偏50um，印刷负向偏差50um，综合偏差就达到0.1m m，这对于01005器件的绝对不能接受，必然产生装配不良。有资料显示，在贴装01005元件时如
果偏移量大于0.05mm，就可能在回焊时产生偏移缺陷。
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图13A APC贴装与传统贴装效果对比图13B 0201与01005正确贴装图13C 01005贴装侧碑不良
5.贴片后的检验
为了提高01005器件组装的一次通过率，必需对其进行有效的过程控制，回焊炉前的AOI检验变得必不可少。对于01005 器件的贴片品质检验, AOI的相機解析度必需足够高，其辨识精度Cpk 值需不低于1.33。由于贴片机无法验证元器件放到焊盘上的最终位置，所以炉前AOI变得很重要。炉前AOI不仅能实时监控元件的贴装品质，它还能分析不良趋势和预防缺陷产生。同时，利用实时SPC分析，AOI能够发出预警，使过程實時受控。对于复杂的多功能元器件密集型产品，回流焊接后的检验方法主要通过AOI。在实际贴装过程中，元器件电气端与锡膏重叠区域的差异会影像到焊接完后的装配良率，调节好元器件位置并增加锡膏重叠区域将减少侧立和翻转等缺陷的风险。不过AOI 比较难检测出这种问题，可以采用40倍以上的显微镜进行检验。图13B是相机模组上贴装好的0201与01005被动元件状况。
五、回流焊接
当印刷与贴装完成并取得了良好效果后，接下来就是该进行回流焊了，回流焊接是最后一个会导致01005元件在组装过程中形成缺陷的因素。在01005元件制程缺陷分配比率图表中，我们知道回流焊接导致的缺陷约占全部缺陷的43%，仅次于印刷不良造成的缺陷比例。这一过程的挑战是建立和保持最佳的炉温曲线，从而使不同大小的元器件在同一时间都能达到需要的温度。对于相机模组的回焊温度曲线设置，可能显得相对要简单一些，产品上通常没有异形或大型器件的表面贴装器件，在
电路板上不同器件间不会有较大温差的问题。
从实践经验中得知，目前应用广泛的SAC305(96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu)合金的水溶性锡膏助焊剂特性，相比同类型合金的免洗型锡膏袪氧化和润湿能力都要弱一些，因而回焊时會更多的产生锡珠或空
焊缺陷。在回焊曲线设置时需避免助焊剂过早挥发，温度线性上升速度每秒控制在0.5-1.5°C范围，最佳1.0°C/sec。慢速升温有助于助焊剂中的挥发物减速蒸发，防止不必要的助焊剂消耗，减少焊锡
塌陷造成的锡珠、连锡和元件歪斜不良。所以，水溶性锡膏回焊曲线优选标准的缓慢升温的斜线型，而另一种传统保温马鞍型曲线主要用于元器件大小悬殊的PCBA上，请参考图14A。同时，由于01005
元件焊盘上的焊锡用量太少，在回流焊时采用氮气保护焊接（氧氣濃度低於1000ppm），可以改善
助焊潤濕效果並减少焊接缺陷，对于形成优质的焊点很有帮助。而在熔点217°C或219°C以下保温20-30秒对于RTS(Ramp-To-Spike)型曲线炉温，有助于减少立碑或空焊发生。
图14A 常见的两种温度曲线类型图14B 实测01005元件生产炉温曲线（仅供参考）峰值温度通常高于焊料合金熔点15-30°C，有助于改善润湿效果；温度高于液相线的时间TAL （Time Above Liquid）45-60秒较为理想，温度过高TAL过长，将使得焊点金属互化物IMC （Inter-metallic Compound）变质，反而会降低焊点的可靠性，同时对PCB的材质也是一种考验，对
类似于相机模组的薄板，无疑会产生超规格翘曲变形的缺陷。COB的PCBA的翘曲变形量通常不能
超过0.8mm，否则对键合打线(Wiring Bonding)进板会产生困扰。冷却速度最好每秒达到2-4°C，推
荐3°C左右较为理想；回焊时的快速冷却，如同对焊点的淬火，有助于金属的韧性化结构，有利于
提高焊点的抗疲劳性能。图14B为某相机模组产品01005元件生产，实测焊接炉温曲线（仅供参考）。
发生在回流焊过程中的缺陷多数为立碑（Tomb-stoning）、歪斜（Skewed）、锡桥（Solder Bridging）和锡珠（Solder Ball）。立碑是指元器件焊接后侧立或直立，是由元件两端不均匀润湿而引起的；歪斜是指元器件一边完全焊接而另一边没有完全焊在焊盘上，是由熔融焊料不够均衡的表面张力施加在元件两端的结果。而锡桥俗称连锡和锡珠可能是炉温上升过快，不过更多的可能是印刷不良或贴片问题。这些缺陷在炉后通过20倍以上显微镜目视检查或AOI机器都能辨识出来。回焊过程中的自对中效应，虽然对01005元件组装偏移具有一定补偿校正作用，不过当这种缺陷超过一定限度时，它就无能为力了。保温区的温度在焊料熔点以下的时间用20-30秒的保温，有利于减少元件立碑的不良。被动元件的良好焊接与常见的制程不良，请见下图15A-E。
A优良焊点B焊珠C歪斜空焊D少锡空焊E锡桥
六.回焊后的检查、不良分析与返修
大家知道，电路板的SMT组装品质主要取决于印刷、贴片与回焊生产过程严格的工艺控制，而回
焊后的半成品检验以及制程参数的优化如同亡羊补牢。产品制程缺陷对于可见的较大器件焊点尚可方便返修，但对于01005元件则变得难乎其难，回焊后的不良几乎令人难以接受。由于01005元件非常小，要在回流焊前做一些校正是不可能的；而回流焊后的返修成本又太过昂贵。所以，对于01005元件的生产制程必需是焊接前的印刷、贴片与焊接的过程控制，并力求第一次就做对做正确。良好的制程控制无疑是主要的，后面的缺陷检测和维修能力也不容忽视！
在组装01005元件时，需要严格的工艺过程控制，全自动的智能化检测设备：比如锡膏印刷后的在线SPI检测，只有实时侦测生产缺陷并预警，立即纠正制程工艺或机器参数设置错误，才能使批量性的不良防患于未然；而过炉前的贴片品质管控以及炉后不良统计分析与反馈，只有在使用AOI的情况下，才能实现过程参数的优化，以保证产品最终质量。对于相机模组产品，由于单板的表面元器通常不多，炉后的检验也可采用目视方法，不过需使用40X以上的显微镜檢驗。
01005器件的制程常见缺隙有立碑、歪斜、锡桥和锡珠，而形成的原因主要有以下几个方面，元件问题：元件外形差异太大，焊端不对称，可焊性不佳；基板焊盘问题：焊盘对热量需求严重失衡，焊盘的可焊性差异较大；锡膏或印刷制程问题：锡膏搅拌不均，助焊剂活性差，两个焊盘上的锡膏量差异较大，锡膏太厚或太薄，印刷错位偏移；贴装问题：贴装元件偏差，贴装压力过大；回焊问题：温度曲线设置不正确，预热升温度过快，焊锡液上线时间过长；等等。SPC统计过程控制技术，对于制程中的不良分析，强调从整个过程、整个体系来解决问题，需要采用对不良品进行分类归纳总结，才能摸索到问题的症结所在，从而采取有效的改善措施。
工欲善其事，必先利其器。对于有01005器件的不良品返修，除了要求维修人员技术精湛，还必需采用正确的方法与合适的工具。维修的工具选择恰当能令人得心应手，往往还能让艰难的工作变得事半功倍。对于被动元件的返修，传统的主要工具是手工电烙铁，不过当元件缩小到0201，最小的烙铁头就显得稍大了些；因而到01005器件就根本不行了，元件通常會粘到烙铁头上且无法退锡，而且烙铁头因为太过尖细，很难达到安全的导热接触。所以，较好的办法是采用电热板或热风枪返修，不过电热板返修只适合于厚度不超过1.0mm的单面组装板，用于相机模组PCBA的返修温度通常设定为243-245°C，加热板返修台见图16。相机模组所用焊膏是水溶性的，返修时所用助焊剂也必需是水溶性助焊剂，助焊剂不能滴太多，以免脏污了邦定焊垫增加清洗难度；如果没有把助焊殘留物袪除干净，将可能造成邦定键合不良，邦定焊垫被助焊剂粘污见图17。而热风枪则适合一般性的所有产品，不过它的工艺手法较难掌握，非一般的“菜鸟”所能正確操作。无论是采用热风枪或电热板返修，都必须在显微镜下完成整个操作过程，并建议在维修台上方安装负离子发生器以消除工作台面的静电干扰。另外，还必需准备一把良好的防静电的不锈钢针头镊子（tweezers），镊子用于焊接或拆取元件，它的头部必需够细够尖，以免干涉邻近元件。
图16 电热板返修单面板图17 助焊剂粘污了邦定焊垫
结束语
在新工艺新制程或精密器件导入的初期，通常理论和实践之间总是有一定的差异，而人的因素是导致这种差异的根源。01005器件的成功组装，离不开人员对细节的重视，细节往往决定着组装的成败；在生产制程中需要小心谨慎一丝不苟，在作业上需力求尽善尽美。01005器件的成功组装，在工艺的规划策略上需追求高规格，有道时取法为上仅得其中，取法为中则不免为下矣。在实际作业时需要不折不扣地执行工艺标准和作业流程；重视生产中的每一个环节，通过不断积累经验和创新来消除制程中的不稳定因素，从而得到较宽的工艺窗口和理想的组装良率。
01005器件开启了SMT工艺技术的新阶段，而01005器件在相机模组的应用，虽然整个过程与0201元件类似，但伴随着被动元件微型化，使得SMT的制程工艺变得更复杂。在制程上，除了对焊锡的印刷质量、贴装精度和回焊工艺更高的过程控制外，对于材料及包装品质、作业环境和人员素质都提出了更高要求。更为重要的是，以往较少被重视的统计过程控制（SPC）和过程控制能力指数（C pk）被秕显出来，对于装配过程中的设备材料的各项关键尺寸和性能指标，不能仅满足于公差或规格符合要求，而是要求其制程准确度Ca（Capability of accuracy）、制程精密度Cp（Capability of precision）和最佳之生产条件组合，使制程能力指数达到A级（1.67＞Cpk≥1.33）或以上。同时，有了来自于SP I 和AOI的数据统计分析和工艺过程优化，才能最终确保回流焊之缺陷较少发生。
01005器件在相机模组的应用，也意味着相机模组微型化、高性能多功能同步完善，对于PCB 基材、装配环境都相应提高了要求；SMT的组装完的PCBA帄整度、表面清洁度，不良返修率更低，从而确保进入COB净化车间半成品的品质。随着人们对相机模组解析度的较高要求，像素由几十万提高到数百万，于是对组装车间的环境净化度变得更為苛刻，单位空间内的粒子粉尘(Particle)和脏污(Blemish) 数量有严格限制，較為理想的目標是粉塵或髒污的體積大小不要大过像素点的尺寸，不然将可能影响到相机模组的影像画质。
{参考资料}
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