可穿戴设备PCB集成化中的微型元器件贴装工艺，难点与对策

    这些微型元器件的贴装，是可穿戴设备 PCB 集成化的核心难点之一。今天咱们就用问答的形式，聊聊微型元器件贴装的那些坑和解决办法。

 

 

问：可穿戴设备 PCB 集成化中，微型元器件有哪些特点？常用的封装类型有哪些？
答：可穿戴设备用的微型元器件，总结起来有三个特点：小、轻、精。
“小” 是指尺寸极小，比如电阻电容常用01005 封装，尺寸只有 0.4mm×0.2mm，比一粒米还小；芯片常用WLCSP（晶圆级芯片封装） 或QFN（方形扁平无引脚封装），尺寸只有几毫米见方。
“轻” 是指重量极轻，一个 01005 封装的电阻重量不到 0.1 毫克，贴装时稍微有点气流就会被吹走。
“精” 是指精度要求高，元器件的引脚间距通常只有 0.3-0.5mm，稍微偏移一点就会导致短路。

 

常用的封装类型主要有四种：

 

 

问：微型元器件贴装的核心难点是什么？为什么这么难？
答：微型元器件贴装的难点，简直是 “步步惊心”，主要集中在三个方面：
第一，定位精度要求极高。01005 封装的元器件，贴装偏移量不能超过 ±0.05mm，相当于头发丝直径的一半。如果偏移量太大，就会出现元器件搭在两条线路上，导致短路。
为什么这么难？因为元器件太小，肉眼根本看不清，全靠设备的视觉系统定位，一旦视觉系统的精度不够，或者 PCB 的定位基准有偏差，就会贴偏。

 

第二，吸嘴选择与控制难。贴装微型元器件需要用特制的超细吸嘴，直径通常只有 0.2-0.3mm，吸嘴太大会吸到多个元器件，太小则吸不牢。而且吸嘴的真空压力要精准控制，压力太大容易损坏元器件，压力太小则元器件会掉落。

第三，焊接工艺控制难。微型元器件的焊点很小，焊接时温度稍微高一点，就会导致元器件烧毁，或者出现 “立碑”“虚焊” 等缺陷。比如 01005 电阻，焊接温度超过 260℃，电阻就会失效；温度太低，则焊锡融化不充分，出现虚焊。

 

 

问：针对这些难点，有哪些具体的解决对策？
答：要搞定微型元器件贴装，就得从设备、工艺、检测三个方面下功夫，具体对策如下：

 

第一，采用高精度贴装设备。
首先，贴片机要选高精度视觉贴片机，配备双视觉系统：顶部视觉系统用来识别元器件，底部视觉系统用来识别 PCB 的定位基准，定位精度能达到 ±0.03mm，满足微型元器件的贴装要求。
其次，吸嘴要选专用超细吸嘴，比如 01005 元器件用 0.2mm 直径的吸嘴，WLCSP 芯片用定制化吸嘴，同时吸嘴要定期清洁，避免堵塞。
最后，贴片机的工作台要配备真空吸附功能，把 PCB 牢牢固定住，防止贴装时 PCB 偏移。

 

第二，优化焊接工艺参数。
首先，采用无铅回流焊工艺，并制定精准的温度曲线。以 01005 元器件为例，温度曲线分为四个阶段：预热阶段（80-150℃，时间 60-90 秒），目的是挥发助焊剂；升温阶段（150-217℃，时间 30-40 秒），目的是激活助焊剂；焊接阶段（217-245℃，时间 30-40 秒），峰值温度控制在 240-245℃，避免超过元器件的耐温极限；冷却阶段（245-80℃，时间 60-90 秒），采用缓慢冷却，减少焊点的应力。 其次，在 PCB 的焊盘上印刷超细焊锡膏，焊锡膏的颗粒直径要小于 20μm，印刷时采用高精度钢网，钢网的厚度控制在 0.05-0.08mm，开口尺寸要和焊盘尺寸匹配，避免焊锡膏过多或过少。

 

第三，强化全流程检测。
首先，焊锡膏印刷后，用SPI（焊锡膏检测）设备检测印刷质量，看焊锡膏的厚度、面积是否符合要求，不合格的直接剔除，避免流入下一道工序。
其次，元器件贴装后，用AOI（自动光学检测）设备检测贴装精度，看元器件是否偏移、是否掉落，发现偏移的及时调整。
最后，焊接完成后，用X-Ray 检测设备检测焊点的内部质量，看是否有虚焊、空洞等缺陷，同时用显微镜检查外观，确保没有立碑、桥连等问题。

 

 

问：日常生产中，如何提高微型元器件贴装的良品率？
答：提高良品率的关键是细节管控，比如：

 

    微型元器件贴装工艺，是可穿戴设备 PCB 集成化的 “卡脖子” 环节，只有把这个环节做好，才能做出小巧精致、功能强大的可穿戴设备。