Зборка друкаванай платы

PCBA — гэта скарачэнне ад Printed Circuit Board Assembly (зборка друкаванай платы), што азначае працэс паяння электронных кампанентаў на друкаваную плату для стварэння поўнай схемы. Гэта ключавы этап у вытворчасці электронных вырабаў.

У асноўным тэхналогія скразнога адтуліны (THT), тэхналогія павярхоўнага мантажу (SMT) і гібрыдная тэхналогія. THT прыпайвае кампаненты з вывадамі, устаўленымі праз адтуліны, SMT прыпайвае кампаненты непасрэдна на паверхню друкаванай платы, а гібрыдная тэхналогія спалучае абедзве.

Этапы ўключаюць падрыхтоўку матэрыялаў, праверку друкаванай платы, SMT (друк паяльнай пасты, размяшчэнне кампанентаў, пайка аплаўленнем), THT (апрацоўка вывадаў, пайка хваляй прыпою), зварку, праверку якасці, ачыстку і пакрыццё, а таксама канчатковую зборку.

Ён злучае асобныя кампаненты ў адпаведнасці з праектам, забяспечваючы такія функцыі, як апрацоўка сігналаў і пераўтварэнне энергіі. Гэта ключавы крок да пераўтварэння праекта ў фізічныя прадукты.

Асноўны працэс падобны, але ён карэктуецца ў залежнасці ад складанасці прадукту, тыпаў кампанентаў, маштабу вытворчасці і г.д. Напрыклад, для вырабу невялікіх партый высокадакладных вырабаў можа быць дададзена ручная праверка, у той час як масавая вытворчасць сканцэнтравана на аўтаматызацыі.

THT — гэта тэхналогія скразнога праходжання, пры якой кампаненты з вывадамі ўстаўляюцца ў адтуліны для паяння. Перавагі: высокая механічная трываласць, падыходзіць для кампанентаў з высокім токам; Недахопы: займаемая вялікая прастора, нізкая эфектыўнасць.

SMT — гэта тэхналогія павярхоўнага мантажу, якая мае перавагі высокай шчыльнасці зборкі, малога памеру кампанентаў, прыдатнасці для аўтаматызаванай вытворчасці, высокай эфектыўнасці і нізкай кошту.

Гібрыдная тэхналогія выкарыстоўваецца, калі ў прадуктах неабходна выкарыстоўваць як высокую магутнасць/механічную трываласць THT, так і высокую шчыльнасць/малыя памеры SMT, напрыклад, сілавыя модулі з індуктарамі, якія праходзяць праз адтуліны, і мікрасхемы для павярхоўнага мантажу.

Залежыць ад кошту кампанентаў, колькасці/памеру слаёў друкаванай платы/складанасці працэсу, складанасці зборкі, аб'ёму вытворчасці, патрабаванняў да тэсціравання і г.д. Вялікія партыі зніжаюць сабекошт адзінкі, а складаныя працэсы павялічваюць выдаткі.

Бытавая электроніка: нізкі кошт, высокая шчыльнасць, мініяцюрызацыя; Прамысловы кантроль: стабільнасць, абарона ад перашкод; Медыцынскія прылады: высокая дакладнасць і надзейнасць, якія патрабуюць строгага выканання стандартаў.

Распаўсюджаныя матэрыялы, такія як FR-4 (добрыя электрычныя/механічныя ўласцівасці для агульных вырабаў) і CEM-1 (нізкі кошт, але горшыя характарыстыкі). Каэфіцыент цеплавога пашырэння ўплывае на надзейнасць паянага злучэння; вялікія адрозненні могуць выклікаць праблемы з напружаннем.

Выбірайце ў залежнасці ад складанасці схемы: двухслаёвая для простых схем, шматслаёвая для складаных. Больш слаёў забяспечвае больш прасторы для трасіроўкі, але больш высокія выдаткі і больш жорсткія патрабаванні да выраўноўвання слаёў.

Занадта вялікія друкаваныя платы перавышаюць абмежаванні абсталявання; недастаткова вялікія ствараюць цяжкасці з апрацоўкай/пайкай, уплываючы на ​​размяшчэнне кампанентаў і цеплааддачу.

Памер, форма і адлегласць паміж кантактнымі пляцоўкамі непасрэдна ўплываюць на якасць паяння. Занадта маленькія кантактныя пляцоўкі прыводзяць да сухіх злучэнняў; занадта блізкая адлегласць — да кароткіх замыканняў.

Выраўноўванне прыпоем гарачым паветрам (HASL): нізкі кошт, але дрэнная плоскаснасць, што ўплывае на дробную пайку; Хімічнае нікелевае золата (ENIG): добрая паяльнасць, высокая дакладнасць, высокі кошт; Арганічны кансервант паяльнасці (OSP): абараняе медзь, умераны кошт, строгія патрабаванні да захоўвання.

Візуальны агляд (драпіны, дэфармацыя), выпрабаванні лятальным зондам/ІКТ (сувязь), металаграфічны аналіз (унутраная структура/пакрыццё).

Ачыстка для выдалення прымешак; друкаваныя платы, апрацаваныя OSP, патрабуюць абпалу для выдалення вільгаці і прадухілення ўзнікнення бурбалак пры пайцы.

Файлы праектавання, такія як Gerber, вызначаюць размяшчэнне кампанентаў і размяшчэнне кантактных пляцовак, служачы асновай для зборкі, каб забяспечыць адпаведнасць праекту.

Кампаненты не могуць быць устаноўлены, электрычныя кароткія замыканні/разрывы ланцугоў, перашкоды сігналу, дрэннае цеплааддаванне, што прыводзіць да функцыянальных збояў або праблем з прадукцыйнасцю.

Разумная размяшчэнне кампанентаў (пазбягайце шчыльных/цяжкадаступных месцаў), аптымізаваная канструкцыя кантактных пляцоўк, сумяшчальнасць з паверхневым паверхнем/THT, размяшчэнне адтулін і трасіроўка для пазбягання вострых кутоў і доўгіх дарожак.

Улічвайце электрычныя характарыстыкі (супадзенне параметраў), сумяшчальнасць корпуса з кантактнымі пляцоўкамі, надзейнасць, кошт і стабільнасць харчавання.

Корпусы для скразнога мантажу (напрыклад, DIP) для THT, якія займаюць вялікую прастору; корпусы для павярхоўнага мантажу (напрыклад, SOP/BGA) для SMT, высокая шчыльнасць, але большая складанасць паяння (напрыклад, BGA патрабуе дакладнага кантролю тэмпературы).

Дрэнная паяльнасць прыводзіць да сухіх злучэнняў і ілжывай пайкі. Акісленыя/замасленыя вывады патрабуюць папярэдняй апрацоўкі (ачысткі, луджвання).

Пайка аплаўленнем падыходзіць для SMT-кампанентаў; пайка хваляй прыпою падыходзіць для адтулін і буйных SMT-кампанентаў. У спецыфікацыях звычайна пазначаны сумяшчальныя працэсы.

Прынцып «першы прыйшоў — першы выйшаў» (FIFO), кантраляваная тэмпература/вільготнасць (20–25 ℃, 40–60 % адноснай вільготнасці), рэгулярны адбор проб і тэставанне/ўтылізацыя пратэрмінаваных/падазроных кампанентаў.

Ненармальнае функцыянаванне схемы (няправільныя параметры, паломка чыпа), кароткія замыканні/перагрузкі і пашкоджанне друкаванай платы і іншых кампанентаў.

Візуальны агляд (пашкоджанні, акісленне свінцоў), праверка электрычных параметраў (мультыметр/LCR-метр) і функцыянальнае тэставанне крытычных кампанентаў (напрыклад, праверка праграмавання мікрасхемы).

Празмернае цеплавое напружанне можа выклікаць расколіны ўнутранага паянага злучэння ў мікрасхемах або прабой дыэлектрыка ў кандэнсатарах, што прывядзе да дрэйфу параметраў або выхаду з ладу. Неабходна кантраляваць тэмпературны профіль і час.

Палярызаваныя сімвалы (напрыклад, кандэнсатар ±, стрэлкі дыёда) пазначаны на кантактных пляцоўках друкаванай платы. Ручная ўстаноўка патрабуе візуальнай праверкі; аўтаматызаванае абсталяванне патрабуе запраграмаваных параметраў палярнасці.

Патрабуецца кантраляваная тэмпература/вільготнасць (±2℃, 40%-60% адноснай вільготнасці) і абарона ад электрастатычнага разраду (антыстатычная падлога, бранзалеты, рабочая вопратка), каб пазбегнуць зруху параметраў і пашкоджанняў ад электрастатычнага разраду.

Прынцып: друк паяльнай пасты → размяшчэнне кампанентаў → награванне для расплаўлення пасты → астуджэнне для прыпою. Тэмпературны профіль: папярэдні нагрэў (1-3℃/с да 150-180℃), вытрымка (180-200℃, 60-120 с), паплавок (пік 217-235℃, 30-90 с), астуджэнне (3-6℃/с).

Прынцып: Вадкі прыпой утварае хвалю, і вывады друкаванай платы прыпайваюцца пры праходжанні праз яго. Падыходзіць для адтулін і буйных кампанентаў SMT.

Прымяненне: прататыпаванне, рамонт і цяжкадаступныя месцы для аўтаматызацыі. Меры засцярогі: паяльнік 20-60 Вт, прыпой 0,5-1,0 мм, тэмпература 300-350℃, час 3-5 секунд, папярэдняя ачыстка і кантроль пасля ачысткі.

Выберыце па працэсе: паяльная паста без свінцу (Sn-Ag-Cu, 217-227℃) для паяння; прыпой са свінцом/без свінцу (Sn-Pb, 183℃ для свінцу) для хвалевай паяння; прыпой для ручной паяння, улічваючы змочвальнасць і кошт.

Кантраляваць параметры працэсу (тэмпературны профіль, час пайкі), каліброваць абсталяванне, навучаць персанал, выкарыстоўваць кваліфікаваныя матэрыялы, праводзіць AOI/рэнтгенаўскі кантроль і своечасова выпраўляць дэфекты.

Сухое злучэнне: адрэгулюйце тэмпературу, падоўжыце час, ачысціце паверхні; кароткае замыканне: паменшыце колькасць прыпою, аптымізуйце канструкцыю; перамычка: адрэгулюйце аб'ём пасты, тэмпературны профіль; недастатковая колькасць прыпою: павялічце колькасць пасты, аптымізуйце працэс; грубая пайка: дадайце флюс, адрэгулюйце тэмпературу.

Ролі: выдаленне аксідаў, зніжэнне павярхоўнага нацяжэння, паляпшэнне змочвальнасці. Тыпы: неарганічныя (высокая актыўнасць, каразійныя, патрабуюць ачысткі), арганічныя (умераная актыўнасць, нізкая каразійныя, патрабуюць ачысткі), на аснове каніфолі (звычайныя, не каразійныя, не патрабуюць ачысткі). Выбірайце па працэсе і прадукце.

Значэнне Tg вызначае цеплаўстойлівасць падкладкі. Стандартны FR-4 мае Tg ~130-140℃, у той час як матэрыялы з высокім Tg (≥170℃) вытрымліваюць пікі паплавлення 250℃, што зніжае рызыку распластоўвання. Для працэсаў без свінцу патрабуецца Tg ≥150℃.

Стандартны SMT: 4/4 міл (0,1/0,1 мм); працэсы HDI дасягаюць 2/2 міл (0,05/0,05 мм) з дапамогай высокадакладнай экспазіцыі і хімічнага меднення.

Выконвайце IPC-7351: шырыня кантактнай пляцоўкі QFP +0,1-0,2 мм у залежнасці ад шырыні вываду; для кантактных пляцовак 0603 рэкамендуецца выкарыстоўваць 0,65 × 0,65 мм для прыпоя шчыльнасцю 0,04-0,06 мг на кантактную пляцоўку.

Дамінантны SAC305 (96,5Sn/3,0Ag/0,5Cu) плаўіцца пры тэмпературы 217℃, што на 34℃ вышэй, чым эўтэктыка Sn-Pb (183℃), і патрабуе больш высокіх тэмператур паплавлення.

Кампаненты 0402: трафарэт 0,12 мм; крок 0,5 мм BGA: трафарэт 0,1 мм з адтулінай кантактных пляцоўк 85% для прадухілення з'яўлення шарыкаў прыпою.

IPC-A-610: Зрушэнне паяльнай пасты ≤25% ад шырыні кантактнай пляцоўкі; ≤0,1 мм для QFP з крокам 0,4 мм.

Высокакласныя машыны (напрыклад, Fuji NXT) маюць Cpk ≥ 1,33, паўтаральнасць XY ± 25 мкм, дакладнасць θ ± 0,5°, падыходзяць для кампанентаў 0201 і BGA з крокам 0,3 мм.

Ціск размяшчэння MLCC: 0,3-0,5 Н (рызыка расколін пры больш высокім ціску); вывады QFP: 0,8-1,2 Н для кампланарнасці.

Аптымізаваць дакладнасць размяшчэння (±0,05 мм), забяспечыць сіметрычны аб'ём паяльнай пасты, хуткасць паяння ≤3℃/с для мінімізацыі градыенту тэмпературы.

Папярэдні нагрэў (150-180℃): паскарэнне на 1-2℃/с; вытрымка (180-210℃): 60-90 с; пік аплаўлення 245-255℃, ≥217℃ на працягу 60-90 с; астуджэнне 2-4℃/с.

Азот (O₂

IPC-A-610 Клас 3: пустая плошча ≤10% ад плошчы шарыка прыпоя; для крытычных прымяненняў (напрыклад, аўтамабільнай прамысловасці) патрабуецца ≤5%.

Двуххвалевая пайка: турбулентная хваля апускаецца на 1/3-1/2 таўшчыні друкаванай платы; вышыня гладкай хвалі на 0,5-1 мм ніжэй дна друкаванай платы.

Флюс, які не патрабуе ачысткі: утрыманне цвёрдых рэчываў 10%) паляпшае змочвальнасць, але павялічвае рызыку ўтварэння рэшткаў, што патрабуе сумяшчальнай ачысткі.

Пры тэмпературы прыпоя 245-255℃ хуткасць 1,2-1,8 м/мін; для тоўстых медных друкаваных поплаткаў патрабуецца 1 м/мін для запаўнення адтулін.

Бессвінцовы пай: тэмпература наканечніка 350-380℃, час кантакту ≤3 с. Залішняе награванне можа прывесці да адрыву кантактнай пляцоўкі або акіслення свінцу.

Аптычныя сістэмы выраўноўвання (дакладнасць ±25 мкм) з прыстасаваннямі для рэболінгу забяспечваюць адхіленне

Папярэдні разагрэў 150-180℃, тэмпература паўторнай апрацоўкі 320-350℃, хуткасць падачы паветра 4-6 (20-30 л/мін), каб пазбегнуць дэфармацыі свінцоў.

Водны: экалагічна чысты, але патрабуе высокай тэмпературы (60-80℃), рызыка карозіі; растваральнік (напрыклад, NMP): эфектыўны, але патрабуе выбухаабароненага абсталявання, абмежаванні на лятучыя арганічныя злучэнні.

IPC-TM-650: Іённы рэшта 10⁹Ω.

Высокахуткасная AOI пакрывае ≥95% дэфектаў кампанентаў 0402, >98% для перамычак/адсутных вывадаў QFP, але мае праблемы з унутранымі пустэчамі BGA.

Мікрафакусны рэнтгенаўскі аналізатар дасягае разрознення 5 мкм, выяўляючы злучэнні BGA з крокам 0,3 мм і 20-слаёвыя ўнутраныя элементы друкаваных поплаткаў.

Высокадакладная ІКТ выяўляе размыканні ніжэй за 0,1 Ом, з кантактным супраціўленнем паміж цвікамі

IPC-J-STD-033: кампаненты MSL ўзроўню 3 ≤168 гадзін пры 30℃/60% адноснай вільготнасці; выпякаць пры тэмпературы 125℃ на працягу 4-8 гадзін, калі яна перавышана.

Злучэнні 0603: мінімальная сіла нацяжэння ≥1,5 Н; вывады QFP: сіла зруху ≥5 Н, згодна з IPC-9701.

IPC-A-600: ≤1,5%; друкаваныя платы, сабраныя з дапамогай BGA, ≤0,7% для прадухілення сухіх злучэнняў.

Прылады CMOS маюць адчувальнасць HBM

Кошт матэрыялаў 40-50%, апрацоўка (у тым ліку амартызацыя) 30-40%, кантроль 10-20%. Кошт адзінкі на 30-50% вышэйшы, чым пры масавай вытворчасці.