PCB yığımı

PCBA, tam bir dövrə sistemi yaratmaq üçün elektron komponentlərin PCB-yə lehimlənməsi prosesinə aid olan Çap Edilmiş Dövrə Lövhəsi Assembly-in qısaltmasıdır. Bu, elektron məhsul istehsalında əsas addımdır.

Əsasən Dəlikli Texnologiya (THT), Səthə Montaj Texnologiyası (SMT) və hibrid texnologiya. THT komponentləri dəliklərdən daxil edilmiş naqillərlə lehimləyir, SMT komponentləri birbaşa PCB səthində lehimləyir və hibrid texnologiya hər ikisini birləşdirir.

Mərhələlərə materialın hazırlanması, PCB yoxlaması, SMT (lehim pastasının çapı, komponentlərin yerləşdirilməsi, təkrar axıcı lehimləmə), THT (qurğuşun emalı, dalğa lehimləmə), qaynaq, keyfiyyət testi, təmizləmə və örtükləmə və son yığım daxildir.

Dizayna uyğun olaraq diskret komponentləri birləşdirir və siqnal emalı və enerji çevrilməsi kimi funksiyaları təmin edir. Dizaynı fiziki məhsullara çevirmək üçün əsas addımdır.

Əsas proses oxşardır, lakin məhsulun mürəkkəbliyinə, komponent növlərinə, istehsal miqyasına və s. uyğun olaraq tənzimlənir. Məsələn, kiçik dəstli yüksək dəqiqlikli məhsullar əl ilə yoxlama əlavə edə bilər, kütləvi istehsal isə avtomatlaşdırmaya yönəlir.

THT, lehimləmə üçün naqilləri olan komponentlərin dəliklərə daxil edildiyi Through-Hole Texnologiyasıdır. Üstünlükləri: yüksək mexaniki möhkəmlik, yüksək cərəyanlı komponentlər üçün uyğundur; Dezavantajları: geniş yer tutması, aşağı səmərəlilik.

SMT, yüksək montaj sıxlığı, kiçik komponent ölçüsü, avtomatlaşdırılmış istehsal üçün uyğunluq, yüksək səmərəlilik və aşağı qiymət üstünlüklərinə malik Səth Montaj Texnologiyasıdır.

Hibrid texnologiya, məhsulların həm THT-nin yüksək gücündən/mexaniki möhkəmliyindən, həm də SMT-nin yüksək sıxlığından/kiçik ölçüsündən, məsələn, həm də deşikli induktorlara və səthə quraşdırılan çiplərə malik güc modullarından istifadə etməsi lazım olduqda istifadə olunur.

Komponent xərcləri, PCB təbəqələrinin sayı/ölçüsü/prosesin mürəkkəbliyi, montaj çətinliyi, istehsal həcmi, sınaq tələbləri və s. təsirlənir. Daha böyük partiyalar vahid xərclərini azaldır, mürəkkəb proseslər isə xərcləri artırır.

İstehlakçı elektronikası: aşağı qiymət, yüksək sıxlıq, miniatürləşdirmə; Sənaye nəzarəti: sabitlik, müdaxilə əleyhinə; Tibbi cihazlar: yüksək dəqiqlik və etibarlılıq, standartlara ciddi uyğunluq tələb edir.

FR-4 (ümumi məhsullar üçün yaxşı elektrik/mexaniki xüsusiyyətlər) və CEM-1 (daha aşağı qiymət, lakin daha aşağı performans) kimi ümumi materiallar. İstilik genişlənmə əmsalı lehim birləşməsinin etibarlılığına təsir göstərir; böyük fərqlər gərginlik problemlərinə səbəb ola bilər.

Dövrənin mürəkkəbliyinə əsasən seçim edin: sadə dövrələr üçün ikiqat, mürəkkəb dövrələr üçün çoxqatlı. Daha çox təbəqə daha çox marşrutlaşdırma sahəsi təmin edir, lakin daha yüksək xərclər təmin edir və təbəqələrin uyğunlaşdırılması üçün daha sərt tələblər qoyulur.

Həddindən artıq ölçülü PCB-lər avadanlıq limitlərini aşır; kiçik ölçülü olanlar isə işləmə/lehimləmə çətinliklərinə səbəb olur və bu da komponentlərin düzülüşünə və istilik yayılmasına təsir göstərir.

Yastıqların ölçüsü, forması və aralığı lehimləmə keyfiyyətinə birbaşa təsir göstərir. Çox kiçik yastıqlar birləşmələrin qurumasına səbəb olur; aralıqların çox yaxın olması isə qısa qapanmaların yaranmasına səbəb olur.

İsti hava lehimləmə səviyyəsi (HASL): aşağı qiymətə, lakin zəif düzlükə malikdir, incə lehimləmə prosesinə təsir göstərir; Elektroliz nikel immersiya qızılı (ENIG): yaxşı lehimləmə qabiliyyəti, yüksək dəqiqlik, yüksək qiymət; Üzvi lehimləmə qoruyucusu (OSP): misi qoruyur, orta qiymətə, ciddi saxlama tələblərinə malikdir.

Vizual yoxlama (cızıqlar, deformasiya), uçan zond/İKT sınağı (qoşulma), metalloqrafik analiz (daxili struktur/örtük).

Çirkləri təmizləmək üçün təmizlik; OSP ilə işlənmiş PCB-lərin nəmi təmizləmək və lehimləmə qabarcıqlarının qarşısını almaq üçün bişirilməsi lazımdır.

Gerber kimi dizayn faylları, dizayn uyğunluğunu təmin etmək üçün montaj üçün əsas rolunu oynayan komponentlərin düzülüşünü və yastıq mövqelərini göstərir.

Komponentlər quraşdırıla bilməz, elektrik qısaqapanmaları/açıq dövrələr, siqnal müdaxiləsi, zəif istilik yayılması funksional nasazlıqlara və ya performans problemlərinə səbəb olur.

Münasib komponent düzülüşü (sıx/çətin çatılan sahələrdən çəkinin), optimallaşdırılmış yastıq dizaynı, SMT/THT uyğunluğu, deşiklərin yerləşdirilməsi və kəskin bucaqların və uzun izlərin qarşısını almaq üçün marşrutlaşdırma.

Elektrik performansını (parametr uyğunluğu), paketin yastıqlarla uyğunluğunu, etibarlılığı, dəyəri və təchizatın sabitliyini nəzərə alın.

THT üçün deşikli paketlər (məsələn, DIP), böyük yer tutur; SMT üçün səthə quraşdırılan paketlər (məsələn, SOP/BGA), yüksək sıxlıq, lakin daha yüksək lehimləmə çətinliyi (məsələn, BGA dəqiq temperatur nəzarəti tələb edir).

Zəif lehimləmə quru birləşmələrə və yalançı lehimləmələrə səbəb olur. Oksidləşmiş/yağlı tellərin əvvəlcədən emal edilməsinə (təmizlənməsi, qalaylaşdırılması) ehtiyac var.

Reflow lehimləmə üçün SMT komponentləri, dalğa lehimləmə üçün isə dəlikli və böyük SMT komponentləri uyğundur. Spesifikasiyalar adətən uyğun prosesləri göstərir.

İlk daxil olan ilk xaric (FIFO), nəzarət edilən temperatur/rütubət (20-25℃, 40%-60%RH), müntəzəm nümunə götürmə və müddəti bitmiş/şübhəli komponentlərin sınaqdan keçirilməsi/qırılması.

Qeyri-adi dövrə funksiyası (səhv parametrlər, çip sıradan çıxması), qısaqapanmalar/həddindən artıq yüklənmələr və PCB və digər komponentlərin zədələnməsi.

Vizual yoxlama (zədələnmə, qurğuşun oksidləşməsi), elektrik parametrlərinin yoxlanılması (multimetr/LCR metr) və vacib komponentlərin funksional yoxlanılması (məsələn, çip proqramlaşdırmasının yoxlanılması).

Həddindən artıq istilik gərginliyi çiplərdə daxili lehim birləşməsinin çatlamasına və ya kondensatorlarda dielektrik parçalanmasına səbəb ola bilər ki, bu da parametr sürüşməsinə və ya sıradan çıxmasına səbəb ola bilər. Temperatur profili və vaxtına nəzarət edilməlidir.

Polyarlaşdırılmış simvollar (məsələn, kondensator ±, diod oxları) PCB lövhələrində qeyd olunur. Əl ilə quraşdırma vizual yoxlama tələb edir; avtomatlaşdırılmış avadanlıq proqramlaşdırılmış polyarlıq parametrlərinə ehtiyac duyur.

Parametr sürüşməsinin və ESD zədələnməsinin qarşısını almaq üçün nəzarət edilən temperatur/rütubət (±2℃, 40%-60%RH) və ESD qorunması (antistatik döşəmə, bilək qayışları, iş geyimləri) tələb olunur.

Prinsip: Lehim pastasının çapı → komponent yerləşdirilməsi → əridilmiş pasta üçün qızdırma → lehimləmə üçün soyutma. Temperatur profili: Əvvəlcədən qızdırma (1-3℃/s - 150-180℃), islatma (180-200℃, 60-120s), yenidən axma (pik 217-235℃, 30-90s), soyutma (3-6℃/s).

Prinsip: Maye lehim dalğa əmələ gətirir və PCB naqilləri keçərkən lehimlənir. Dəlikli və böyük SMT komponentləri üçün uyğundur.

Tətbiqlər: Prototipləmə, təmir və avtomatlaşdırma üçün əlçatmaz sahələr. Ehtiyat tədbirləri: Lehimləmə dəmiri 20-60 Vt, lehimləmə teli 0.5-1.0 mm, temperatur 300-350℃, vaxt 3-5 saniyə, əvvəlcədən təmizləmə və yoxlamadan sonra.

Prosesə görə seçim edin: Yenidən lehimləmə üçün qurğuşunsuz lehim pastası (Sn-Ag-Cu, 217-227℃); dalğalı lehimləmə üçün qurğuşunlu/qurğuşunsuz lehim çubuqları (Sn-Pb, qurğuşunlu üçün 183℃); islanma qabiliyyəti və dəyəri nəzərə alınmaqla əl ilə lehimləmə üçün lehim teli.

Proses parametrlərinə nəzarət (temperatur profili, lehimləmə müddəti), avadanlığı kalibrləmək, işçi heyətini öyrətmək, ixtisaslı materiallardan istifadə etmək, AOI/Rentgen müayinəsi və qüsurların vaxtında yenidən işlənməsi.

Quru birləşmə: Temperaturu tənzimləyin, vaxtı uzadın, səthləri təmizləyin; Qısa qapanma: Lehimi azaldın, dizaynı optimallaşdırın; Körpüləşdirmə: Yapışdırma həcmini, temperatur profilini tənzimləyin; Qeyri-kafi lehim: Yapışdırmanı artırın, prosesi optimallaşdırın; Kobud lehim: Flüs əlavə edin, temperaturu tənzimləyin.

Rollar: Oksidləri təmizləyir, səth gərginliyini azaldır, islanma qabiliyyətini artırır. Növləri: Qeyri-üzvi (yüksək aktivlik, korroziyaya davamlı, təmizlənmə tələb edir), üzvi (orta aktivlik, aşağı korroziyaya davamlı, təmizlənmə tələb edir), kanifol əsaslı (adi, korroziyaya davamlı, təmizlənməmiş). Proses və məhsula görə seçin.

Tg dəyəri substratın istilik müqavimətini müəyyən edir. Standart FR-4 Tg ~130-140℃-ə malikdir, yüksək Tg (≥170℃) materiallar isə 250℃-lik yenidən axıcılıq piklərinə davam gətirir və bu da delaminasiya riskini azaldır. Qurğuşunsuz proseslər Tg≥150℃ tələb edir.

Standart SMT: 4/4 mil (0.1/0.1 mm); HDI prosesləri yüksək dəqiqlikli məruz qalma və elektrolitsiz mis örtüklə 2/2 mil (0.05/0.05 mm) nəticə əldə edir.

IPC-7351 qaydalarına əməl edin: QFP yastığının eni +0.1-0.2 mm, qurğuşun eni isə qurğuşun enidir; 0603 yastıqları hər yastıq üçün 0.04-0.06 mq lehim pastası üçün 0.65 × 0.65 mm tövsiyə edir.

Dominant SAC305 (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) 217℃-də əriyir ki, bu da Sn-Pb evtektikasından (183℃) 34℃ yüksəkdir və daha yüksək yenidən axın temperaturu tələb edir.

0402 komponentləri: 0.12 mm trafaret; 0.5 mm addım BGA: lehim toplarının qarşısını almaq üçün 85% yastıq açılışı olan 0.1 mm trafaret.

IPC-A-610: Lehim pastasının ofseti yastıq eninin ≤25%-i; 0.4 mm addımlı QFP üçün ≤0.1 mm.

Yüksək səviyyəli maşınlar (məsələn, Fuji NXT) Cpk≥1.33, XY təkrarlanma qabiliyyəti ±25μm, θ dəqiqliyi ±0.5°, 0201 komponentləri üçün uyğun və 0.3 mm addımlı BGA-ya malikdir.

MLCC yerləşdirmə təzyiqi: 0.3-0.5N (daha yüksək təzyiqlərdə çatlama riski); QFP telləri: kopmüstəvilik üçün 0.8-1.2N.

Yerləşdirmə dəqiqliyini optimallaşdırın (±0.05 mm), simmetrik lehim pastası həcmini, temperatur qradiyentini minimuma endirmək üçün yenidən axın sürətini ≤3℃/s təmin edin.

Qızdırma (150-180℃): 1-2℃/s rampa; islatma (180-210℃): 60-90s; yenidən axın pik həddi 245-255℃, 60-90s üçün ≥217℃; soyutma 2-4℃/s.

Azot (O₂

IPC-A-610 Sinif 3: Boşluq sahəsi lehim topu sahəsinin ≤10%-i; kritik tətbiqlər (məsələn, avtomobil) ≤5% tələb edir.

İkiqat dalğalı lehimləmə: Turbulent dalğa 1/3-1/2 PCB qalınlığına batır; hamar dalğa hündürlüyü PCB dibindən 0,5-1 mm aşağıdadır.

Təmiz olmayan flüs: bərk tərkib 10%) islanma qabiliyyətini artırır, lakin qalıq riskini artırır və uyğun təmizlənmə tələb edir.

245-255℃ lehimləmə qabının temperaturunda, sürət 1,2-1,8m/dəq; qalın mis PCB-lərin doldurulması üçün 1m/dəq tələb olunur.

Qurğuşunsuz lehimləmə: ucluq temperaturu 350-380℃, təmas müddəti ≤3s. Həddindən artıq istilik yastığın qalxmasına və ya qurğuşun oksidləşməsinə səbəb olur.

Rekürrens qurğuları ilə optik uyğunlaşdırma sistemləri (± 25μm dəqiqlik) lehim topları və yastıqlar arasında

Qurğuşun deformasiyasının qarşısını almaq üçün 150-180℃ qızdırın, yenidən işləmə temperaturu 320-350℃, hava sürəti 4-6 (20-30L/dəq).

Sulu: ekoloji cəhətdən təmiz, lakin yüksək temperatur (60-80℃) tələb edir, korroziya riski; Həlledici (məsələn, NMP): səmərəli, lakin partlayışa davamlı avadanlıq və UOC məhdudiyyətləri tələb edir.

IPC-TM-650: İon qalığı

Yüksək sürətli AOI, 0402 komponent qüsurlarının ≥95%-ni, QFP körpü/itkin naqillər üçün ≞98%-ni əhatə edir, lakin BGA daxili boşluqları ilə mübarizə aparır.

Mikrofokuslu rentgen cihazı 5μm qətnamə əldə edir, 0,3 mm aralı BGA birləşmələrini və 20 qatlı PCB interyerlərini aşkarlayır.

Yüksək dəqiqlikli İKT, 0.1Ω-dan aşağı açılanları aşkarlayır, dırnaq yatağının təmas müqaviməti

IPC-J-STD-033: MSL 3-cü səviyyə komponentləri 30℃/60% RH-də ≤168 saat; aşıldığı təqdirdə 125℃-də 4-8 saat bişirin.

0603 birləşmələri: minimum dartma qüvvəsi ≥1.5N; QFP naqilləri: kəsmə qüvvəsi ≥5N, IPC-9701-ə uyğun olaraq.

IPC-A-600: ≤1.5%; Quru birləşmələrin qarşısını almaq üçün BGA ilə yığılmış PCB-lər ≤0.7%.

CMOS cihazları HBM həssaslığına malikdir

Material dəyəri 40-50%, emal (amortizasiya daxil olmaqla) 30-40%, yoxlama 10-20%. Vahid dəyəri kütləvi istehsaldan 30-50% yüksəkdir.