Muntatge de PCB

PCBA és l'abreviatura de Printed Circuit Board Assembly (Assemblatge de Plaques de Circuits Impresos), que fa referència al procés de soldar components electrònics a una placa de circuits impresos (PCB) per formar un sistema de circuits complet. És un pas clau en la fabricació de productes electrònics.

Principalment tecnologia de forat passant (THT), tecnologia de muntatge superficial (SMT) i tecnologia híbrida. La THT solda components amb cables inserits a través de forats, l'SMT solda components directament a la superfície de la placa de circuit imprès (PCB) i la tecnologia híbrida combina ambdues.

Els passos inclouen la preparació del material, la inspecció de PCB, SMT (impressió de pasta de soldadura, col·locació de components, soldadura per refusió), THT (processament de plom, soldadura per ona), soldadura, proves de qualitat, neteja i recobriment, i muntatge final.

Connecta components discrets segons el disseny, permetent funcions com el processament de senyals i la conversió d'energia. És el pas clau per transformar el disseny en productes físics.

El procés bàsic és similar, però s'ajusta segons la complexitat del producte, els tipus de components, l'escala de producció, etc. Per exemple, els productes d'alta precisió de lots petits poden afegir inspecció manual, mentre que la producció en massa se centra en l'automatització.

THT és la tecnologia Through-Hole, on els components amb cables s'insereixen en forats per soldar-los. Avantatges: alta resistència mecànica, adequada per a components d'alt corrent; Desavantatges: gran ocupació d'espai, baixa eficiència.

SMT és la tecnologia de muntatge superficial, amb avantatges d'alta densitat d'acoblament, mida petita dels components, idoneïtat per a la producció automatitzada, alta eficiència i baix cost.

La tecnologia híbrida s'utilitza quan els productes necessiten aprofitar tant l'alta potència/resistència mecànica del THT com l'alta densitat/mida petita del SMT, com ara mòduls de potència amb inductors de forat passant i xips de muntatge superficial.

Influenciat pels costos dels components, el nombre/mida de capes de PCB/complexitat del procés, la dificultat del muntatge, el volum de producció, els requisits de prova, etc. Els lots més grans redueixen els costos unitaris, mentre que els processos complexos augmenten els costos.

Electrònica de consum: baix cost, alta densitat, miniaturització; Control industrial: estabilitat, antiinterferències; Dispositius mèdics: alta precisió i fiabilitat, que requereixen un estricte compliment de les normes.

Materials comuns com FR-4 (bones propietats elèctriques/mecàniques per a productes generals) i CEM-1 (cost més baix però rendiment inferior). El coeficient de dilatació tèrmica afecta la fiabilitat de la unió de soldadura; grans diferències poden causar problemes d'estrès.

Trieu en funció de la complexitat del circuit: doble capa per a circuits simples, multicapa per a circuits complexos. Més capes proporcionen més espai d'enrutament però costos més elevats, amb requisits més estrictes per a l'alineació de capes.

Les plaques de circuit imprès sobredimensionades superen els límits de l'equip; les de mida insuficient causen dificultats de manipulació/soldadura, cosa que afecta la disposició dels components i la dissipació de la calor.

La mida, la forma i l'espaiat dels coixinets afecten directament la qualitat de la soldadura. Uns coixinets massa petits provoquen unions seques; un espaiat massa curt provoca curtcircuits.

Anivellament de soldadura per aire calent (HASL): baix cost però poca planitud, que afecta la soldadura de pas fi; Or per immersió de níquel electrolític (ENIG): bona soldabilitat, alta precisió, cost elevat; Conservant orgànic de la soldabilitat (OSP): protegeix el coure, cost moderat, requisits d'emmagatzematge estrictes.

Inspecció visual (ratllades, deformacions), proves de sonda volant/ICT (connectivitat), anàlisi metal·logràfica (estructura/revestiment intern).

Neteja per eliminar impureses; les PCB tractades amb OSP necessiten un forn per eliminar la humitat i evitar bombolles de soldadura.

Els fitxers de disseny com Gerber especifiquen la disposició dels components i les posicions dels coixinets, i serveixen de base per al muntatge per garantir el compliment del disseny.

No es poden instal·lar components, curtcircuits/circuits oberts elèctrics, interferències de senyal, mala dissipació de la calor, que poden provocar fallades funcionals o problemes de rendiment.

Disposició raonable dels components (evitar zones denses/difícils d'arribar), disseny de coixinet optimitzat, compatibilitat SMT/THT, forats de posicionament i enrutament per evitar angles aguts i traces llargues.

Tingueu en compte el rendiment elèctric (coincidència de paràmetres), la compatibilitat del paquet amb els coixinets, la fiabilitat, el cost i l'estabilitat del subministrament.

Paquets de forats passants (per exemple, DIP) per a THT, gran ocupació d'espai; Paquets de muntatge superficial (per exemple, SOP/BGA) per a SMT, alta densitat però major dificultat de soldadura (per exemple, BGA requereix un control precís de la temperatura).

Una mala soldabilitat provoca unions seques i soldadures falses. Els cables oxidats/oliosos necessiten un tractament previ (neteja, estanyat).

La soldadura per refusió és adequada per a components SMT; la soldadura per ona és adequada per a components SMT de forats passants i grans. Les especificacions solen indicar processos compatibles.

Primer a entrar, primer a sortir (FIFO), temperatura/humitat controlada (20-25 ℃, 40%-60% HR), mostreig regular i proves/desballestament de components caducats/sospitosos.

Funcionament anormal del circuit (paràmetres incorrectes, fallada del xip), curtcircuits/sobrecàrregues i danys a la placa de circuit imprès i altres components.

Inspecció visual (danys, oxidació del plom), proves de paràmetres elèctrics (multímetre/mesurador LCR) i proves funcionals de components crítics (per exemple, verificació de la programació del xip).

Una tensió tèrmica excessiva pot causar esquerdes internes a les unions de soldadura dels xips o ruptures dielèctriques dels condensadors, cosa que pot provocar la deriva o fallada dels paràmetres. Cal controlar el perfil de temperatura i el temps.

Els símbols polaritzats (per exemple, fletxes de condensador ±, díode) estan marcats a les plaques de circuit imprès. La instal·lació manual requereix verificació visual; l'equip automatitzat necessita paràmetres de polaritat programats.

Requereix temperatura/humitat controlada (±2 ℃, 40%-60% HR) i protecció ESD (paviment antiestàtic, corretges de canell, roba de treball) per evitar la deriva dels paràmetres i els danys per ESD.

Principi: Impressió de pasta de soldadura → col·locació de components → escalfament per fondre la pasta → refredament per soldar. Perfil de temperatura: Preescalfament (1-3 ℃/s a 150-180 ℃), remull (180-200 ℃, 60-120 s), refusió (pic 217-235 ℃, 30-90 s), refredament (3-6 ℃/s).

Principi: La soldadura líquida forma una ona i els cables de la PCB es solden quan passen a través. Apte per a components SMT de forats passants i grans.

Aplicacions: Prototipatge, reparació i zones de difícil accés per a l'automatització. Precaucions: Soldador de 20-60 W, fil de soldadura de 0,5-1,0 mm, temperatura de 300-350 ℃, temps de 3-5 s, neteja prèvia i inspecció posterior.

Seleccioneu per procés: pasta de soldadura sense plom (Sn-Ag-Cu, 217-227 ℃) per a refusió; barres de soldadura amb/sense plom (Sn-Pb, 183 ℃ per a amb plom) per a soldadura per ona; filferro de soldadura per a soldadura manual, tenint en compte la mullabilitat i el cost.

Controlar els paràmetres del procés (perfil de temperatura, temps de soldadura), calibrar l'equip, formar el personal, utilitzar materials qualificats, inspecció AOI/raigs X i reparació puntual de defectes.

Junta seca: ajustar la temperatura, allargar el temps, netejar les superfícies; Curtcircuit: reduir la soldadura, optimitzar el disseny; Pont: ajustar el volum de pasta, el perfil de temperatura; Soldadura insuficient: augmentar la pasta, optimitzar el procés; Soldadura rugosa: afegir flux, ajustar la temperatura.

Funcions: Eliminar òxids, reduir la tensió superficial, millorar la humectabilitat. Tipus: Inorgànic (alta activitat, corrosiu, requereix neteja), orgànic (activitat moderada, baixa corrosió, requereix neteja), a base de colofònia (comú, no corrosiu, sense neteja). Trieu per procés i producte.

El valor de Tg determina la resistència a la calor del substrat. L'FR-4 estàndard té una Tg ~130-140℃, mentre que els materials amb una Tg alta (≥170℃) suporten pics de reflux de 250℃, cosa que redueix el risc de delaminació. Els processos sense plom requereixen una Tg≥150℃.

SMT estàndard: 4/4 mil (0,1/0,1 mm); els processos HDI aconsegueixen 2/2 mil (0,05/0,05 mm) amb una exposició d'alta precisió i un recobriment de coure electrolític.

Seguiu IPC-7351: amplada del pad QFP +0,1-0,2 mm vs. amplada del cable; els pads 0603 recomanen 0,65 × 0,65 mm per a 0,04-0,06 mg de pasta de soldadura per pad.

El SAC305 dominant (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) es fon a 217℃, 34℃ més alt que l'eutectic Sn-Pb (183℃), cosa que requereix temperatures de reflux més elevades.

Components 0402: plantilla de 0,12 mm; pas de 0,5 mm BGA: plantilla de 0,1 mm amb una obertura del 85% del pad per evitar boles de soldadura.

IPC-A-610: Desplaçament de la pasta de soldadura ≤25% de l'amplada del coixinet; ≤0,1 mm per a QFP amb pas de 0,4 mm.

Les màquines d'alta gamma (per exemple, Fuji NXT) tenen Cpk≥1.33, repetibilitat XY ±25μm, precisió θ ±0.5°, adequades per a components 0201 i BGA amb un pas de 0.3 mm.

Pressió de col·locació de MLCC: 0,3-0,5 N (risc d'esquerdament a pressions més altes); Conductors QFP: 0,8-1,2 N per a la coplanaritat.

Optimitzeu la precisió de col·locació (±0,05 mm), assegureu un volum de pasta de soldadura simètric, una velocitat de rampa de reflux ≤3 ℃/s per minimitzar el gradient de temperatura.

Preescalfament (150-180 ℃): rampa d'1-2 ℃/s; remullament (180-210 ℃): 60-90 s; pic de reflux 245-255 ℃, ≥217 ℃ durant 60-90 s; refredament 2-4 ℃/s.

El nitrogen (O₂＜500 ppm) redueix l'oxidació i millora la humectabilitat, però afegeix entre un 15 i un 20% als costos del procés, cosa que és adequada per a aplicacions d'alta fiabilitat.

IPC-A-610 Classe 3: Àrea buida ≤10% de l'àrea de la bola de soldadura; les aplicacions crítiques (per exemple, automoció) requereixen ≤5%.

Soldadura de doble ona: l'ona turbulenta submergeix 1/3-1/2 del gruix de la PCB; l'alçada de l'ona suau és de 0,5-1 mm per sota de la part inferior de la PCB.

Flux sense neteja: contingut sòlid 10%) millora la humectabilitat però augmenta el risc de residus, cosa que requereix una neteja compatible.

A una temperatura de soldadura del pot de 245-255 ℃, la velocitat és d'1,2-1,8 m/min; les PCB de coure gruixudes requereixen 1 m/min per omplir la via.

Soldadura sense plom: temperatura de la punta de 350-380 ℃, temps de contacte ≤3 s. L'excés de calor provoca l'aixecament del coixinet o l'oxidació del plom.

Els sistemes d'alineació òptica (precisió de ±25 μm) amb dispositius de reballing garanteixen una desviació de

Preescalfeu a 150-180 ℃, temperatura de reelaboració 320-350 ℃, velocitat de l'aire 4-6 (20-30 L/min) per evitar la deformació del plom.

Aquós: respectuós amb el medi ambient però requereix temperatures elevades (60-80 ℃), risc de corrosió; Dissolvent (per exemple, NMP): eficient però necessita equips a prova d'explosió, restriccions de COV.

IPC-TM-650: Residu iònic

L'AOI d'alta velocitat cobreix ≥95% dels defectes dels components 0402, >98% per a ponts/conductes perduts de QFP, però té problemes amb els buits interns de BGA.

La tecnologia de raigs X amb microenfocament aconsegueix una resolució de 5 μm, detectant unions BGA amb un pas de 0,3 mm i interiors de PCB de 20 capes.

La ICT d'alta precisió detecta obertures per sota de 0,1 Ω, amb una resistència de contacte del llit de claus

IPC-J-STD-033: components de nivell MSL 3 ≤168 hores a 30 ℃/60% HR; coure a 125 ℃ durant 4-8 hores si se supera.

Unions 0603: força mínima de tracció ≥1,5 N; Conductors QFP: força de cisallament ≥5 N, segons IPC-9701.

IPC-A-600: ≤1,5%; PCB muntades amb BGA ≤0,7% per evitar unions seques.

Els dispositius CMOS tenen sensibilitat HBM

Cost del material 40-50%, processament (inclosa l'amortització) 30-40%, inspecció 10-20%. Cost unitari 30-50% més alt que la producció en massa.