由于被动元器件的尺寸不断缩小，电子制造商需要开发其返工方法，以维护和支持PCB组装工艺。0201封装尺寸仅为0.024英寸×0.012英寸，与其他更大的封装相比，是需要更高返工技能的元器件之一。IPC-7711和IPC-7721 《电子组件的返工、修改和维修》[1]在第3.3节中概述了针对这类尺寸电阻和电容的各种返工方法。本文将比较和概述这些返工方法。
虽然这些年0201封装已成为被动元器件的主流，但组装焊接缺陷却很常见。立碑缺陷是这种封装类型的常见缺陷，通常是由于以不同的速率加热焊盘而导致的。热质量不平衡可能导致其中一个焊盘的加热速度与另一个焊盘的加热速度不同。例如，如果0201元器件其中的一个焊盘连接到散热接地面，而另一个焊盘未连接到散热接地面，在其他条件均相同的条件下，则未连接散热接地面的焊盘将以更快的速度被加热。这种热不平衡将导致立碑缺陷，因为熔化的焊料会向上拉起元器件的一侧。
众所周知，更轻和更小的元器件更容易产生这种立碑现象。如果焊盘的尺寸不同，将会以较慢的速度加热较大的焊盘，也会产生类似的结果。焊盘尺寸会影响缺陷率；焊盘尺寸越小，缺陷率越高[2]。在X和Y方向上的元器件放置偏移是回流焊后这些封装缺陷率的最大促成因素之一。这意味着组装厂需要来控制这些参数，通过适当的贴装编程、吸嘴维护和贴装压力实现贴装一致性。此外，0201封装的极小焊盘几何结构使得锡膏印刷的一致性极具挑战性，因此也可能导致缺陷。
导热焊接返工方法
拆除和更换0201封装元器件最常用的方法是使用导热手工焊接系统。这种手工焊接返工方法要求采用微型镊子和微型蹄形烙铁头来拆除被动元器件。对于使用微型蹄形烙铁头拆除元器件，要确保先在烙铁头的平面上镀锡，因为这样有助于传热。对于新元器件的贴放，在焊盘上涂上适当的液体助焊剂，用镊子尖按住0201，使蹄形烙铁头接触一侧焊盘2秒至3秒，以使焊料回流。对另一侧焊盘执行相同的操作，即可完成连接。
一种更快速的手工焊接方法使用微型镊子手工焊笔。这种镊子可以同时回流0201元器件的两端，以便拆除或更换元器件。烙铁头本身是易脆结构，容易损坏，意味着焊接技术人员需要小心。由于涉及的元器件几何尺寸较小，焊接技术人员需要具备高级技能和高度的耐心。拆除元器件后的焊盘准备过程，无论使用的是何种烙铁头，都需要返工技术人员非常小心，因为极小的焊盘表面积意味着很容易损坏焊盘或使焊盘浮起。虽然手工焊接是拆除和更换0201元器件最快的方法，但它要求操作人员具备高度的技能和灵巧性。
热风返工
返工这些小型被动元器件时，焊接技术人员采用的另一种回流焊方法是使用热风源。受控（闭环返工系统）和非受控热风源（热风枪或手工机头）均可用于回流焊0201元器件。这些热风源的设计必须具有低气流能力，以免干扰焊点或将元器件吹离焊盘。与手工焊接返工方法相比，受控热源的产量有限，因为热风返工有若干工艺步骤，比较耗时。分割视觉返工系统可帮助操作员使元器件对准焊盘，减少了返工这类小封装元器件所需的技能。
采用热风回流焊的缺点是，在焊接或拆焊过程中，与所返工元器件相邻元器件的焊点也可能被回流。为了防止热风源干扰这些相邻的元器件，需要对它们进行热屏蔽，使其不受热源的影响。这进一步延长了返工工艺的时间。当使用热风返工系统时，元器件的拆除是通过使用专门设计用于排出低气流的热风喷嘴来完成的。对于0201元器件的更换，高分辨率摄像头与可精密调整X-Y方向的返工系统相结合，意味着与手工焊接方法相比，元器件放置可以更精确和可重复。
采用红外回流热源
0201封装的手工焊接需要高技能的焊接技术人员，热风返工很容易干扰重量较轻的0201元器件焊接或放置位置，但采用红外回流热源是返工这类封装的上佳替代方法。红外返工系统不采用气流作为回流焊工艺的组成部分，从而防止了与热风返工相关的问题。红外热源可以在拆除元器件前快速加热这些小型元器件本体。
返工系统的组成部分包括放大器，微型真空吸嘴，一旦焊料达到液相状态，就可以拆除元器件。通过采用红外BGA返工系统和对0201封装进行返工所需的高技能和熟练水平，没有热风气流导致的风险，使红外回流热源成为返工这类元器件的理想选择。
References
- IPC, “IPC-7351 Generic Requirements for Surface-Mount Design and Land Pattern Standard,” Bannockburn, Illionis, 2015.
- Paul Neathway, et al. “A Study of 0201’s and Tombstoning in Lead-Free Systems,” Proceedings of SMTAI, 2014.
BobWettermann是BEST Inc.公司的负责人，BEST Inc.公司是美国芝加哥的一家专门承揽维修返工外包的工厂。欲了解更多信息，可联系info@sold.net。如需阅读往期专栏或联系Wettermann，可点击此处。
