跟据上述途径发展的{zx1}元件0 2 0 1，外形尺寸仅12×24 mil，是 0402的四分之一，让设计人员能够使用更小的印刷电路板面积并进行更紧密的组装，元件的间隔往往只有6至 8 mil。然而，元件尺寸减小有可能降低组装过程的稳固性和良率。正如某一跨国合约制造公司指出：“对0201组装而言，每1mil都会造成很大差异。”

一家{lx1}的高精度批量挤压印刷技术供应商进行了一系列的研究试验，研究的焦点是确定组装参数和电路板设计参数对0201元件批量回流焊接良率的影响。最初考虑的要点包括焊盘设计、焊膏、网板设计、印刷和贴装工艺的精度，以及回流焊接等问题。为了确定适合于高良率0201组装的工艺窗口，研究试验对立碑 (立片或元件翘起)、桥接和锡珠等重要缺陷进行了识别和计算，并找出这些缺陷和工艺变量的相互关系。

根据这些数据，将许多变化趋势画成了图表。这些信息使制造商能针对特定应用进行相对较少的修改，便可开发强大稳固的0201组装工艺。继续进行的研究工作将利用供应商最近所作的试验对无铅焊膏组装 0201的效果进行评价，从而不断改进工艺。

{dy}块0201试验板对0201和0402元件的27组不同焊盘尺寸组合进行试验。完整组装的电路板包含12,960个元件，基材为FR4，焊盘表面处理为OSP，所有焊盘规格均包含水平和垂直元件方向试验。27组焊盘尺寸都使用了5种矩形网孔。

这些试验的目的是测试焊膏配方和回流焊接环境对良率的影响，并确定{zj0}的板上焊盘形式。随后进行的试验采用了初始结果确定的{zj0}网孔尺寸。

在生成网板设计文件时仔细考虑了3种网板厚度，最终选择了 5 mil 钢片作为折衷方案，能够以如此小的网孔达到令人满意的转移效率，同时满足其它常用表面贴装元件对焊膏沉积的要求。

另一个网板设计试验因素是针对网孔的间距。逐渐改变焊膏在焊盘上的印刷位置，可以检测元件与胶点之间的搭接情况，从而确定网孔间距对良率的影响。

试验确定11×15 mil 矩形网孔可产生{zh0}的效果，该网孔达到的焊膏脱模效率取决于开口尺寸和钢片厚度。当印刷行程完成后，焊膏回流焊接将透过孔壁接触基板焊盘的表面。这些表面积的比率被定义为“面积比”，这个无量数值为比较脱模效率提供了便利的方法。

在表示焊膏脱模效率与网孔面积比的对应关系图表中，利用5 mil钢片上的11×15 mil矩形网孔显示出约73%的脱模效率。厚度较大的网板可能导致较大的面积比，并因此而降低脱模效率。

网板印刷工艺使用了一种免清洗焊膏和一种水溶性焊膏，二者都是包含90% 金属粒子和4号焊粉的低共熔锡铅合金。印刷速度设置为每秒 1英寸 (每秒25mm)，并采用60度金属刮刀，刮印压力为每英寸刀片2.3磅 (每cm 0.41kg)。电路板与网板之间的间隙设置为零，分离速度为每秒20 mil(每秒0.5mm)。

研究试验采用了Micron 级印刷机、环球仪器的GSMxs高速贴片机和 Vitronics-Soltec XPM 1030N强制对流回流焊接炉。同时使用了空气和氮气环境，在充分惰化的回流焊接过程中测得的含氧量小于50ppm。

在优选焊盘设计的基础上，三种工艺模式的试验结果显示，免清洗焊膏和空气回流焊组装产生的缺陷最少 ()。而在缺陷分布图的另一端，相同的免清洗焊膏在氮气回流焊接过程产生的缺陷最多。这个结果为润湿力过大可能降低良率的理论提供了证据。

对比不同的空气回流状况，水溶性焊膏造成的缺陷比免清洗焊膏多，因为水溶性焊膏的活性较大，这结果与润湿力过大可能导致更多缺陷的理论相符。

试验发现，最合适的焊盘尺寸是12×15×9 mil。在特殊结构条件下，8 mil 焊盘间隔确实达到了理想的良率。试验还发现，锡珠缺陷随着沉积与元件焊端之间的搭接宽度减小而降低。

在免清洗焊膏/氮气回流焊接和水溶性焊膏/空气回流焊接条件下，元件的排列方向对缺陷数量有很大的影响。然而，在免清洗焊膏/空气回流焊接条件下，未曾显示元件回流焊接取向对缺陷有任何影响，该结果可能与润湿速度有关。润湿速度较低的组装情况，在水平和垂直两种元件回流焊接方向下均提供较大的工艺窗口并产生很好的良率。

此外，还测试了焊膏沉积和0201元件偏位易于引起缺陷的程度。事先设屏耸匝榘澹员愣孕矶嘁蛩亟醒芯浚ㄓ∷⒕群吞熬取⒃诓煌渚嘞绿?201对焊膏沉积错位的影响、回流焊接炉氮气浓度、元件通过回流焊接炉的方向，以及无铅焊膏与普通锡铅合金的效果对比。

这些试验的目的是有意制造一些极富挑战性、估计会发生缺陷的组装情况，包括：使元件头尾相连 (而不是并行排列) 进入回流焊接炉，使得元件翘起；采用紧密的4 mil 焊盘间隔以造成焊膏桥接；提高回流焊接炉氮气浓度再次使得元件翘起。

所有这些状况都是由于工艺窗口很紧所出现的“最坏状况”组装条件。然而，一旦工艺窗口的边界有了明确的界定，这些限制以内的组装过程就可以在最宽泛的生产环境下成功地实施。

试验采用了3号(而不是4号) 颗粒低共熔锡铅和无铅锡银铜免清洗焊膏，因为3号在业内的应用更为普遍，并且因成本较低而更受欢迎。网孔形式采用了上述 5 mil 钢片厚、11×15 mil 矩形网孔，但对开孔位置作了关键性的规定，以造成三种不同的焊膏沉积间距。

在这三种间距下，元件焊端与焊膏之间的搭接是不同的。这种搭接被称为“接触区”，按 6、4 和 2 mil 的宽度进行了试验。通过胶点或元件错位，故意使一个元件的两

端搭接失衡，从而确定成功贴装0201的印刷和贴装精度容

差。

印刷和贴装试验采用了三个对位给定值：X 、Y方向各自偏移 0、4 和 6 mil 。这些试验未对印刷和贴装位置偏差进行组合，而是单独检测它们的效果。每种偏差条件测试2块板，每个设计组合贴装了60个0201。

研究显示，立碑数量一般随印刷偏差的增加而上升。然而，发生立碑的相对数量取决于搭接。6 mil 搭接所容忍的印刷偏差{zd0}，而在 0 或 4 mil 的印刷偏差水平时未见立碑缺陷出现。关于立碑缺陷，最少的2 mil搭接使焊膏沉积对准最为敏感。同样地，立碑数量会因贴装偏差的增加而上升，但是元件贴装位置偏移引起的立碑总体比例小于焊膏沉积印刷偏移，这说明焊膏沉积错位产生立碑的可能性比较大。

把桥接缺陷看作X向贴装偏差和搭接宽度的函数时，桥接发生率随贴装位置偏差的增加而上升；2 mil 和 4 mil 搭接条件并没有像6 mil搭接试验那样，显示很大的敏感度。在6 mil 搭接试验中，0201元件焊端的下面有较多焊膏，所以在贴装过程中更容易把焊膏挤出去，在相邻元件或焊盘之间形成桥接。减小贴片压力便有可能减少试验中这些点发生桥接的数量。

把桥接缺陷作为Y向贴片位置偏差和焊盘间距的函数并进行了追踪观察，结果显示类似的倾向：桥接因贴片位置偏差的增加而增大。有意义的是，最小元件间距显示{zd0}的桥接比例。同样地，Y向印刷偏差试验产生非常相似的结果。

将焊盘间距增大到 7 mil 时，桥接缺陷减少了。受试的其它指标包括搭接和精度。结果显示，在间距 7 mil 的焊盘上贴装0201，工艺窗口大大宽于 4 mil 的焊盘间距。最小焊盘间距的{zg}良率，xx于 2 mil 和 4 mil 搭接条件下进行的高精度印刷和贴片。

把锡珠缺陷作为X向贴装偏差和搭接宽度的函数时，其结果趋势与上述观察略有差异。在这种情况下，较大的贴装偏差竟然减少了锡珠缺陷。贴装偏差变化时，最小搭接宽度所受的影响最小，而且几乎未见锡珠。

将较少的焊膏印刷在元件与焊盘的搭接区域时，贴片时几乎不可能把焊膏挤到旁边形成锡珠。或者，随着贴装位置的变化，{zd0}搭接宽度最容易造成锡珠：元件底下的焊膏比例比较大，焊膏集积和分离并在回流焊接时形成锡珠的机会就比较多。

贴装偏差较大时锡珠缺陷较少，可能归因于系统动力学上的原因。尽管浮置的元件在回流焊接过程中“自我对中”，焊膏依然有机会在元件固定到电路板上以前从元件下面“逃”出去，并且因触变而xx稀化并汇集到焊盘上。

用图表示 4 mil 焊盘间距下发生的一切缺陷类型，并按搭接和X、Y向印刷和贴装偏差的组合结果对这些缺陷进行分类跟踪，缺陷分布便集中在每条缺陷模式曲线的独特位置()。显然，在设计0201元件贴装工艺时存在一些折衷。例如，为了减少立碑，任何搭接都需要高精度。反之，为了减少锡珠，只要搭接宽度是2 mil时任何精度都行。

将三条缺陷模式曲线合而为一，事情便变得很清楚：为了在最棘手的组装状况下实现各类缺陷的最小化和高良率，高印刷精度、高贴装精度与小搭接宽度相结合，会产生最小的累积缺陷总数和{zd0}的良率 ()。

进一步研究氧气ppm浓度对良率的敏感度时，使用了第二块试验板和两个xx厂商提供的标准免清洗焊膏。就{zd0}氮气浓度而论，焊膏厂商之间的差异具有特殊意义，这一点也许归因于每种焊膏的不同润湿特性。

最初的研究试验显示，元件焊端同时进入回流焊接炉可将立碑缺陷减至最少，因此再次进行了元件取向对回流影响的试验。在这种情况下，元件并行回流焊接，立碑和锡珠缺陷与头尾相连比较显著地减少 ()。

此外，还对锡银铜焊膏组装0201的性能进行了初步的测量试验。在 4 mil 印刷偏差条件下，在氮气回流焊接中锡银铜焊料组装0201的良率通常优于锡铅共晶合金()。在无铅组装中，立碑和锡珠缺陷显著下降，这可能归功于无铅焊料的浸润力比较小，因此在回流焊接过程中元件两端的浸润速度比较容易达到平衡。

用图表示这两种合金系统在6mil印刷偏差条件下的相同指标，缺陷总数果然有明显的增加，锡铅合金的立碑缺陷大大高于无铅组装。然而，在这种印刷偏差条件下，锡铅组装的锡珠缺陷和桥接缺陷也比较高。在这突破性的无铅焊料研究中，初步结果显示用这些无铅焊料来贴装0201的前景良好。

这些研究结果已经从实验室转移到生产过程中，只需进行相对较少的适应性调整，即可以用来开发稳固的高产量工艺，供全行业采用以生产手机及其它设备的电路板。已经进行的一项调整是修改上述推荐矩形网孔的尺寸和形状，这项修改建基于我们与一家面对锡珠缺陷问题的大型合约制造商进行。

孔眼尺寸稍稍加大了，到20×14.6 mil，并且给其中一个长边切了个缺口，形成蝴蝶结形状。网孔转角之间的距离是14 mil，但在缺口处增大到 14.4 mil。相应的焊盘尺寸为15×12 mil，间隔9 mil。这些修改可以减少滞留在元件底下的焊膏量，从而抑制锡珠的形成 ()。

通过本研究及其它实例，制造商发现依靠技术{lx1}供应商的综合研究能力和深度的专有工艺技术，可以加快0201元件贴装的开发进程，范围从开始推出、经过工艺研究然后到大量生产的广泛应用。