El tamaño de las almohadillas, el espacio entre ellas y la abertura del esténcil deben definirse conjuntamente. El rendimiento en 0201 y 01005 depende de cuán uniformemente las dos almohadillas de una misma pieza reciben pasta y calor, y ninguna dimensión por sí sola controla eso. Comience desde el nivel de densidad nominal de IPC-7351, mantenga ambas almohadillas idénticas en cobre y dimensione la abertura según la relación de área en lugar de copiar el contorno de la almohadilla. Si la placa no puede cumplir esas condiciones, generalmente es mejor montar un componente 0402.
¿Cómo debe dimensionar las almohadillas 0201 y 01005?
Comienza desde IPC-7351 con densidad nominal, luego comprueba el resultado frente a tus propias tolerancias de colocación e impresión. La norma define tres niveles de densidad (Máxima, Nominal, Mínima). Máxima ofrece las almohadillas más grandes y la ventana de proceso más amplia; Mínima ofrece las almohadillas más pequeñas y la ventana más estrecha. Normalmente pedimos a los diseñadores que comiencen en Nominal y pasen a Mínima solo cuando los componentes vecinos no dejan otra opción. Un 01005 es nominalmente de 0,4 × 0,2 mm y un 0201 es de 0,6 × 0,3 mm, así que un desplazamiento de colocación que es invisible en un 0603 puede ser aquí una fracción considerable de una almohadilla.
La simetría importa más que el nivel de densidad que elijas. Ambas almohadillas deben tener la misma longitud, anchura y área de cobre, y cada pista debe salir de su almohadilla alineada con el eje del componente. Un 0201 con una pista fina en una almohadilla y una conexión a un vertido en la otra se levantará en “tombstone” por muy buena que sea la plantilla, porque el lado del vertido alcanza el estado líquido más tarde. Si uno de los terminales tiene que conectarse a un plano, utiliza radios de alivio térmico y dinos a qué red pertenece.
La definición de las almohadillas también merece una decisión. Para los componentes pasivos en chip normalmente esperamos almohadillas no definidas por la máscara de soldadura, donde el borde de cobre determina el tamaño de la almohadilla. Con almohadillas definidas por la máscara, cualquier error de registro entre la máscara y el cobre cambia la cantidad de cobre expuesta y, en un 0201, eso puede hacer que los dos extremos de una misma pieza tengan áreas de almohadilla visiblemente diferentes. Ese es el mismo desequilibrio que una plantilla irregular, pero originado desde el lado de la fabricación. Si el registro de máscara de tu fabricante es impreciso, indícalo desde el principio, porque cambia qué almohadilla y qué separación puedes dibujar con seguridad.
Tres hábitos que verificamos en DFM antes de que algo se libere a la línea:
No coloques vías dentro de una almohadilla 0201 o 01005. La soldadura se escurre por el barril y el volumen de pasta en esa almohadilla disminuye.
Una barrera de máscara de soldadura entre las dos almohadillas solo si tu fabricante puede mantener el registro de la máscara lo suficientemente bien como para conservarla. Una barrera que quede en el borde de la almohadilla es peor que no tener ninguna.
Una huella de una biblioteca verificada, no una versión reducida de 0402. El escalado rara vez preserva el espacio entre las almohadillas, que es la dimensión que más afecta a las bolas de soldadura en medio del chip.
No publicamos una tabla de pads universal. Las longitudes y separaciones correctas dependen de las dimensiones de la terminación en el plano del proveedor de tu componente y de el registro de tu máscara, así que confirma con nuestro equipo de ingeniería antes de congelar la parte de la librería.
¿Cómo afecta el espaciado al efecto “tombstoning” y al puenteo?
El efecto “tombstoning” comienza cuando la almohadilla que se funde primero tira de un extremo del componente hacia arriba, y tres factores determinan cuál es esa almohadilla: el volumen de pasta, la masa de cobre y la posición del componente con respecto a las almohadillas cuando comienza el refusión. El puenteo es el problema opuesto: demasiado estaño en pasta o muy poca separación entre almohadillas vecinas o entre componentes vecinos.
En cuanto al espaciado, el patio (courtyard) IPC es un mínimo, no un objetivo. Alrededor de racimos 01005 preferimos dejar más espacio que el patio cuando la placa lo permite, por dos razones prácticas. Un vecino alto sombrea el filete desde el ángulo de la cámara AOI, y también estrecha el espacio para la boquilla de colocación. Si un 01005 está pegado a la carcasa de un conector o a un inductor, la unión puede estar bien y aun así ser imposible de verificar.
La orientación es el recurso barato que la gente olvida. Un 0201 junto a una gran masa térmica, como un marco de blindaje, un conector pesado o una gran almohadilla de tierra, experimenta un calentamiento desigual entre sus dos pads si uno de ellos está frente a la masa y el otro no. Girar la pieza 90 grados para que ambos pads “vean” la masa por igual a menudo elimina el problema sin tocar la plantilla. Cuando el diseño lo permite, mantén también las piezas de un mismo grupo con la misma orientación para que la impresión se comporte de la misma manera en cada par.
| Síntoma después del refusión | Lo primero que comprobamos | Arreglo habitual |
|---|---|---|
| Un extremo levantado (tombstone) | Diferencia de volumen de pasta entre las dos aberturas, luego cobre conectado a cada pad | Aberturas idénticas, alivio térmico en el lado pesado, entrada de pista alineada con la pieza |
| Pieza sesgada o girada | Desplazamiento de colocación, luego espacio de relleno | Marcas de referencia locales, verifique la separación con respecto al plano de terminación de la pieza |
| Puente entre partes vecinas | Espacio entre almohadillas y voladizo de la abertura más allá del borde de la almohadilla | Aleja la abertura del borde de la almohadilla, añade espacio |
| Bolas de soldadura junto al cuerpo | Espacio entre las almohadillas y volumen de pasta debajo del cuerpo | Reduzca la abertura en el borde interior, revise la separación |
| Articulación abierta o desnutrida | Relación de área y volumen SPI | Lámina más delgada o una abertura más grande, cubierto a continuación |
Cubrimos las causas generales de estos defectos en nuestroartículo sobre defectos comunes de SMT, así que esta parte se mantiene con lo que cambia en 0201 y 01005.
¿Qué tan delgada debe ser la plantilla y qué relación de área necesitas?
Elige el grosor de la lámina a partir de la relación de área del orificio más pequeño de la placa y luego verifica que tus encapsulados más grandes sigan recibiendo suficiente pasta. La relación de área es el área de apertura del orificio dividida por el área de sus paredes. Para una abertura rectangular de longitud L y ancho W en una lámina de grosor T, es (L × W) / (2 × (L + W) × T). Para una abertura cuadrada de lado W se reduce a W / (4T). Un mínimo común es 0,66, y por debajo de este valor la liberación de pasta se vuelve inconsistente.
La limitación en 01005 proviene directamente de esa fórmula. Reducir una abertura para disminuir el volumen de pasta también reduce su relación de área, por lo que la reducción de aberturas no puede utilizarse libremente en pads pequeños. Solo una lámina más delgada aumenta de nuevo la relación, y una lámina más delgada imprime menos pasta en todos los demás pads de la placa. Si se reduce a la mitad el espesor, la relación se duplica para cualquier abertura dada. Mientras tanto, el pad térmico del QFN o el conector a cinco centímetros de distancia requieren lo contrario.
Hay algunas soluciones posibles, y ninguna es gratuita. Una lámina delgada para toda la placa funciona cuando la mayor demanda de pasta en la placa puede adaptarse a ella, y los datos de SPI del primer artículo te indican rápidamente si es así. Una lámina escalonada, más delgada en la zona de microcomponentes pasivos, es una técnica habitual, aunque deberías confirmar con nuestro equipo de ingeniería si se adapta a tu panel. También utilizamos una impresora por chorro MYCRONIC, que no depende de una abertura en el esténcil; si es la opción adecuada para una placa determinada es una decisión de ingeniería que tomamos después de revisar los archivos. La cuarta opción es la menos glamorosa: volver a usar pasivos no críticos 0402 para que el esténcil solo tenga que resolver un problema.
La forma de la abertura recibe más atención de la que merece. Las aberturas reducidas y conformadas son habituales en 0201, pero lo que protege el rendimiento es que las dos aberturas de una misma pieza sean idénticas y estén registradas con sus pads. Una abertura bien conformada pero impresa descentrada pierde frente a una sencilla impresa en la posición correcta. La calidad de las paredes también es importante, ya que las paredes rugosas cortadas por láser retienen la pasta a estos tamaños. El espesor de la lámina, el tipo de polvo de pasta y cualquier recubrimiento son específicos de cada placa, así que confírmalos con nuestro equipo de ingeniería en lugar de copiar un valor de una hoja de datos.
Los ajustes del proceso de impresión se superponen a todo esto y es fácil culparlos al diseño. La limpieza de la cara inferior de la plantilla es un buen ejemplo. Los residuos alrededor de una pequeña abertura se manchan en la siguiente placa y aparecen como un puente o una variación de volumen, y ningún cambio en las almohadillas lo soluciona. Los datos de tendencia del SPI a lo largo de placas consecutivas te indican si el intervalo de limpieza es el problema, por eso los revisamos antes de sugerir un cambio de diseño.
¿Qué deberían detectar la colocación y la inspección SPI/AOI 3D en los micropasivos?
Primero comprueba la pasta, luego la colocación, después la unión refusionada, y considera que los dos primeros son los que determinan el rendimiento. Con SPI 3D analizamos el volumen, la altura, el área y el desfase de la pasta por pad. En 0201 y 01005, el número que importa es la diferencia entre los dos pads de una misma pieza. Dos pads que cumplen individualmente sus propios límites aún pueden estar desequilibrados como par, y un par desequilibrado es lo que provoca el efecto “tombstone”.
La colocación es el siguiente lugar donde desaparece el margen. Los alimentadores y las boquillas para 01005 son una clase de configuración distinta a la de 0402, lo que es una de las razones para ejecutar una primera pieza antes de todo el lote y leer los datos de SPI para el área de micropasivos, no solo el resultado de AOI. Los fiducciales locales cerca de un grupo denso ayudan a la máquina a corregir la distorsión local de la placa que los fiduciales globales no pueden detectar.
Después del refusión, el AOI detecta componentes faltantes, desplazados o girados, “tombstones” y puentes. Las uniones de los chip pasivos son visibles desde arriba, por lo que el AOI las cubre, y la inspección por rayos X fuera de línea aporta poco para estos componentes. El perfil de refusión en nuestro JTR-1200D-N se ajusta por placa, y un perfil que calienta demasiado rápido puede provocar “tombstoning” incluso en un diseño perfectamente simétrico. Si los “tombstones” se agrupan en una esquina de la placa, revise la impresión en esa esquina antes de tocar el perfil, porque el SPI normalmente mostrará allí el desajuste de volumen.
Un hábito evita muchas discusiones más adelante. Cuando el SPI y el AOI no coinciden, por ejemplo, la pasta parecía equilibrada pero una pieza igual se levantó, compara los dos conjuntos de datos para ese mismo designador de referencia antes de cambiar nada. La causa suele ser una de las tres que mencionamos antes: masa de cobre, desajuste en la colocación o calentamiento, y los datos te indican cuál de ellas es en pocos minutos. Cambiar la plantilla y el perfil al mismo tiempo hace que el resultado sea imposible de interpretar.
¿Cuándo deberías seguir utilizando 0402?
Quédate con 0402 cuando la placa gana poco con el espacio ahorrado y pierde margen por la pieza más pequeña. Normalmente hacemos primero una pregunta: ¿qué redes realmente obligan al uso de 0201? Si la respuesta son los condensadores de desacoplo bajo un BGA de paso fino, usa 0201 allí y mantén 0402 en el resto. Si la respuesta es que se redujo toda la lista de materiales para ahorrar unos pocos milímetros cuadrados, vuelve atrás.
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| Condición en tu placa | Quédate con 0402 | Cambiar a 0201 o 01005 |
|---|---|---|
| Sala de distribución | Enrutamiento y patios encajan con espacio de sobra | El espaciado es lo que bloquea el diseño, por ejemplo alrededor del enrutamiento de escape de BGA |
| Simetría de almohadilla | Una almohadilla se fuerza sobre un plano o una entrada de traza no puede equilibrarse | El cobre en ambas almohadillas puede hacerse idéntico, con alivio térmico donde sea necesario |
| Demanda de pegado | La misma plantilla debe imprimir componentes grandes que necesitan una lámina más gruesa | Los micro pasivos predominan, o bien una lámina escalonada o la impresión por chorro son viables |
| Disponibilidad de piezas | El valor o la tensión nominal no se ofrece en el tamaño más pequeño, o la desclasificación por polarización de CC no ha sido verificada | La pieza existe y su valor desclasificado aún cumple con el circuito |
| Reelaborar | Esperas retrabajo manual en los componentes pasivos | Retrabajo controlado y poco frecuente |
Un orden práctico de decisiones ayuda en una primera iteración. Fija la simetría de las almohadillas y la orientación en el diseño, luego decide el grosor del estaño a partir de la abertura más pequeña, y solo entonces pregúntate si el encapsulado más grande de la placa puede funcionar con ese estaño. Si no puede, el cambio más barato suele ser dar a algunos pasivos un tamaño mayor. En un lote de prototipos preferimos ver algunas piezas 0402 antes que una placa en la que las “tumbas” oculten el problema real, y puedes reducir el tamaño en la siguiente revisión una vez que los datos de SPI y AOI muestren cuánta holgura tiene el área de micropasivos. El retrabajo manual en 0201 y 01005 también es una mala apuesta, ya que un solo toque puede desplazar a los vecinos, por lo que un diseño que espere retrabajo debería inclinarse hacia el tamaño más grande.
La capacidad es el otro límite.Página de paquetes SMTincluye 0201 y 01005 entre los tamaños de chip que ensamblamos. Cualquier cosa más pequeña que 01005 no aparece en esa página, así que consúltenos antes de comprometer un diseño con un encapsulado inferior.
Preguntas frecuentes
¿Los tamaños 0201 y 01005 necesitan una pasta de soldadura diferente?
A menudo, sí. Un polvo más fino generalmente se libera mejor de aberturas pequeñas, pero el tipo adecuado depende de tu abertura más pequeña y de tu aleación. Confirma la elección de la pasta con nuestro equipo de ingeniería una vez que tengamos tu capa de pasta.
¿Puedo colocar una vía junto a una almohadilla 0201?
Al lado, sí, con suficiente espacio para que la vía y la almohadilla no compartan soldadura. Dentro de la almohadilla, evítalo a menos que la vía esté rellenada y tapada. Si no puedes moverla, envíanos el diseño y te diremos lo que vemos.
¿Qué debo enviarle para que pueda revisar mis microcojines pasivos antes de hacer una cotización?
Archivos Gerber, incluidos los de pasta, una lista de materiales (BOM) con los números de parte exactos del fabricante, el archivo de colocación (pick-and-place) y un dibujo de ensamblaje que indique cuáles componentes son 0201 o 01005. El número de parte exacto es importante porque la geometría de las almohadillas depende del plano de terminación.
¿Cambiarás mis huellas?
No sin tu aprobación. Nuestra revisión DFM señala problemas de pads, espacios y simetría, y tú decides qué cambiar. No ofrecemos diseño de esquemas.
¿Cuántas referencias locales necesita un clúster denso?
Depende del tamaño del clúster y de la disposición del panel. Confirma la cantidad y la ubicación con nuestro equipo de ingeniería durante la revisión DFM.
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