PCB kokkupanek

PCBA on lühend ingliskeelsest terminist Printed Circuit Board Assembly, mis viitab elektrooniliste komponentide jootmisele trükkplaadile, et moodustada terviklik vooluringisüsteem. See on elektroonikatoodete tootmise oluline etapp.

Peamiselt läbiva augu tehnoloogia (THT), pinnale paigaldatava tehnoloogia (SMT) ja hübriidtehnoloogia. THT joodab komponente aukudesse sisestatud juhtmetega, SMT joodab komponente otse trükkplaadi pinnale ja hübriidtehnoloogia ühendab mõlemad.

Etappide hulka kuuluvad materjali ettevalmistamine, trükkplaadi kontroll, SMT (jootepasta trükkimine, komponentide paigutamine, reflow-jootmine), THT (plii töötlemine, lainejootmine), keevitamine, kvaliteedikontroll, puhastamine ja katmine ning lõplik kokkupanek.

See ühendab diskreetseid komponente vastavalt disainile, võimaldades selliseid funktsioone nagu signaalitöötlus ja energia muundamine. See on võtmeetapp disaini muutmisel füüsilisteks toodeteks.

Põhiprotsess on sarnane, kuid seda kohandatakse vastavalt toote keerukusele, komponentide tüüpidele, tootmismahule jne. Näiteks väikeseeria täppistoodete puhul võidakse lisada käsitsi kontroll, samas kui masstootmine keskendub automatiseerimisele.

THT on läbiva augu tehnoloogia, kus komponendid koos juhtmetega sisestatakse jootmiseks aukudesse. Eelised: suur mehaaniline tugevus, sobib suure voolutugevusega komponentidele; Puudused: suur ruumihõive, madal efektiivsus.

SMT on pinnamontaažitehnoloogia, mille eelisteks on suur montaažitihedus, väike komponentide suurus, sobivus automatiseeritud tootmiseks, kõrge efektiivsus ja madalad kulud.

Hübriidtehnoloogiat kasutatakse siis, kui tooted peavad ära kasutama nii THT suurt võimsust/mehaanilist tugevust kui ka SMT suurt tihedust/väikest suurust, näiteks võimsusmoodulid, millel on nii läbiv induktiivpoolid kui ka pinnale paigaldatavad kiibid.

Mõjutatud komponentide maksumusest, trükkplaadi kihtide arvust/suurusest/protsessi keerukusest, kokkupaneku raskusastmest, tootmismahust, testimisnõuetest jne. Suuremad partiid vähendavad ühiku maksumust, samas kui keerukad protsessid suurendavad kulusid.

Tarbeelektroonika: madal hind, suur tihedus, miniaturiseerimine; tööstuslik juhtimine: stabiilsus, häiretevastane kaitse; meditsiiniseadmed: suur täpsus ja töökindlus, mis nõuavad ranget vastavust standarditele.

Levinud materjalid nagu FR-4 (head elektrilised/mehaanilised omadused üldiste toodete jaoks) ja CEM-1 (madalam hind, kuid kehvem jõudlus). Soojuspaisumistegur mõjutab jooteühenduste töökindlust; suured erinevused võivad põhjustada pingeprobleeme.

Valige vooluringi keerukuse põhjal: kahekihiline lihtsate vooluringide jaoks, mitmekihiline keerukamate jaoks. Rohkem kihte annab rohkem marsruutimisruumi, kuid kõrgemad kulud ja rangemad nõuded kihtide joondamise kohta.

Liiga suured trükkplaadid ületavad seadmete piire; liiga väikesed põhjustavad käsitsemis-/jootmisraskusi, mõjutades komponentide paigutust ja soojuse hajumist.

Jootepadja suurus, kuju ja vahekaugus mõjutavad otseselt jootmise kvaliteeti. Liiga väikesed padjad põhjustavad kuivi ühendusi; liiga väike vahekaugus viib lühiseühendusteni.

Kuuma õhuga jootmise tasandamine (HASL): madal hind, kuid halb tasapind, mis mõjutab peenjootmist; Elektrolüüsimata nikkel-immersioonkuld (ENIG): hea joodetavus, kõrge täpsus, kõrge hind; Orgaaniline joodetavuse säilitusaine (OSP): kaitseb vaske, mõõdukas hind, ranged ladustamisnõuded.

Visuaalne kontroll (kriimustused, deformatsioon), lendava sondi/IKT testimine (ühenduvus), metallograafiline analüüs (sisemine struktuur/plaadistus).

Puhastamine lisandite eemaldamiseks; OSP-ga töödeldud trükkplaate tuleb niiskuse eemaldamiseks ja jootemullide vältimiseks küpsetada.

Projekteerimisfailid, näiteks Gerber, määravad komponentide paigutuse ja padjandite asukohad, mis on aluseks kokkupanekule, et tagada vastavus projekti nõuetele.

Komponente ei saa paigaldada, esinevad lühised/avatud vooluringid, signaalihäired, halb soojuseraldus, mis põhjustab funktsionaalseid rikkeid või jõudlusprobleeme.

Mõistlik komponentide paigutus (vältida tihedaid/raskesti ligipääsetavaid alasid), optimeeritud padja disain, SMT/THT ühilduvus, positsioneerimisavad ja marsruutimine teravate nurkade ja pikkade trasside vältimiseks.

Arvestage elektrilise jõudlusega (parameetrite sobitamine), pakendi ühilduvusega padjadega, töökindluse, maksumuse ja toite stabiilsusega.

Läbivjuhtmega pakendid (nt DIP) THT jaoks, suure ruumikasutusega; pinnale paigaldatavad pakendid (nt SOP/BGA) SMT jaoks, suure tihedusega, kuid suurema jootmisraskusega (nt BGA nõuab täpset temperatuuri reguleerimist).

Halb joodetavus põhjustab kuivi ühenduskohti ja valejootmist. Oksüdeerunud/õlised juhtmed vajavad eeltöötlust (puhastamine, tinutamine).

Reflow-jootmine sobib SMT-komponentidele; lainejootmine läbiva ava ja suurte SMT-komponentide jaoks. Spetsifikatsioonides on tavaliselt märgitud ühilduvad protsessid.

Esimesena sisse, esimesena välja (FIFO), kontrollitud temperatuur/niiskus (20–25 ℃, 40–60% suhteline õhuniiskus), regulaarne proovide võtmine ja aegunud/kahtlaste komponentide testimine/utiliseerimine.

Ebanormaalne vooluringi talitlus (valed parameetrid, kiibi rike), lühised/ülekoormused ning trükkplaadi ja muude komponentide kahjustused.

Visuaalne kontroll (kahjustused, juhtmete oksüdeerumine), elektriliste parameetrite testimine (multimeeter/LCR-meeter) ja kriitiliste komponentide funktsionaalne testimine (nt kiibi programmeerimise kontrollimine).

Liigne termiline pinge võib põhjustada jooteühenduste sisemisi pragusid kiipides või dielektrilist läbimurret kondensaatorites, mis viib parameetrite triivi või rikkeni. Temperatuuriprofiili ja aega tuleb kontrollida.

Polariseeritud sümbolid (nt kondensaatori ±, dioodi nooled) on märgitud trükkplaadi kontaktidele. Käsitsi paigaldamine nõuab visuaalset kontrolli; automatiseeritud seadmete puhul on vaja programmeerida polaarsuse parameetreid.

Nõuab kontrollitud temperatuuri/niiskust (±2 ℃, 40–60% suhteline õhuniiskus) ja ESD-kaitset (antistaatiline põrandakate, randmepaelad, tööriided), et vältida parameetrite triivi ja ESD-kahjustusi.

Põhimõte: jootepasta trükkimine → komponendi paigaldamine → kuumutamine pasta sulatamiseks → jahutamine jootepasta saamiseks. Temperatuuriprofiil: eelsoojendus (1-3 ℃/s kuni 150-180 ℃), leotus (180-200 ℃, 60-120 s), sulatus (tipptemperatuur 217-235 ℃, 30-90 s), jahutamine (3-6 ℃/s).

Põhimõte: Vedeljoodis moodustab laine ja trükkplaadi juhtmed joodetakse läbimisel. Sobib läbivate aukude ja suurte SMT-komponentide jaoks.

Kasutusalad: prototüüpimine, remont ja raskesti ligipääsetavad automatiseerimiskohad. Ettevaatusabinõud: jootekolb 20–60 W, jootetraat 0,5–1,0 mm, temperatuur 300–350 ℃, aeg 3–5 sekundit, eelpuhastus ja järelkontroll.

Valige protsessi järgi: pliivaba jootepasta (Sn-Ag-Cu, 217–227 ℃) tagasijootmiseks; plii-/pliivabad jootevardad (Sn-Pb, 183 ℃ pliiga joodetud jootevarraste jaoks) lainejootmiseks; jootetraat käsitsi jootmiseks, arvestades märguvust ja maksumust.

Protsessi parameetrite (temperatuuriprofiil, jootmisaeg) kontrollimine, seadmete kalibreerimine, personali koolitamine, kvalifitseeritud materjalide kasutamine, AOI/röntgenkontroll ja defektide õigeaegne parandamine.

Kuivühendus: reguleeri temperatuuri, pikenda aega, puhasta pinnad; Lühis: vähenda jootekogust, optimeeri disaini; Sild: reguleeri pasta kogust ja temperatuuriprofiili; Ebapiisav jootekogus: suurenda pastat, optimeeri protsessi; Kare jootekogus: lisa voogu, reguleeri temperatuuri.

Rollid: Eemaldab oksiide, vähendab pindpinevust, parandab märguvust. Tüübid: Anorgaaniline (kõrge aktiivsusega, söövitav, vajab puhastamist), orgaaniline (mõõdukas aktiivsus, madal söövitav, vajab puhastamist), vaigul põhinev (tavaline, mittesöövitav, ei vaja puhastamist). Valige protsessi ja toote järgi.

Tg väärtus määrab aluspinna kuumakindluse. Standardse FR-4 Tg on ~130–140 ℃, samas kui kõrge Tg-ga (≥170 ℃) materjalid taluvad kuni 250 ℃ sulamistippe, vähendades delaminatsiooni ohtu. Pliiivabad protsessid nõuavad Tg ≥150 ℃.

Standardne SMT: 4/4mil (0,1/0,1 mm); HDI-protsessid saavutavad 2/2mil (0,05/0,05 mm) paksuse ülitäpse särituse ja elektrolüüsivaba vasega katmise abil.

Järgige IPC-7351: QFP jootepadja laius +0,1–0,2 mm vs. juhtme laius; 0603 jootepadjad soovitavad 0,65 × 0,65 mm 0,04–0,06 mg jootepastat padja kohta.

Domineeriv SAC305 (96,5Sn/3,0Ag/0,5Cu) sulab temperatuuril 217 ℃, mis on 34 ℃ kõrgem kui Sn-Pb eutektiline sulamine (183 ℃), mistõttu on vaja kõrgemaid sulatustemperatuure.

0402 komponendid: 0,12 mm šabloon; 0,5 mm samm BGA: 0,1 mm šabloon 85% padjaavaga jootepallide vältimiseks.

IPC-A-610: jootepasta nihe ≤25% padja laiusest; ≤0,1 mm 0,4 mm sammuga QFP puhul.

Tipptasemel masinatel (nt Fuji NXT) on Cpk≥1,33, XY-telje korduvus ±25 μm, θ täpsus ±0,5°, need sobivad 0201 komponentidele ja 0,3 mm sammuga BGA-le.

MLCC paigutusrõhk: 0,3–0,5 N (pragunemise oht kõrgemal rõhul); QFP juhtmed: koplanaarsuse tagamiseks 0,8–1,2 N.

Optimeerige paigutuse täpsust (±0,05 mm), tagage sümmeetriline jootepasta maht, tagasivoolu kiirus ≤3 ℃/s, et minimeerida temperatuurigradienti.

Eelsoojendus (150–180 ℃): 1–2 ℃/s kaldtee; leotus (180–210 ℃): 60–90 s; tagasivoolu tipptemperatuur 245–255 ℃, ≥217 ℃ 60–90 sekundi jooksul; jahutus 2–4 ℃/s.

Lämmastik (O₂

IPC-A-610 klass 3: tühja ala pindala ≤10% jootekuuli pindalast; kriitiliste rakenduste (nt autotööstuse) puhul on nõutav ≤5%.

Kahelaineline jootmine: turbulentne laine katab trükkplaadi 1/3–1/2 paksusest; sujuv laine kõrgus 0,5–1 mm trükkplaadi põhjast allpool.

Puhastusvajalik voog: tahkete osakeste sisaldus 10%) parandab märguvust, kuid suurendab jääkide ohtu, mis nõuab sobivat puhastamist.

Jootepoti temperatuuril 245–255 ℃ on kiirus 1,2–1,8 m/min; paksude vaskplaatide puhul on vaja läbiva auku täitmiseks 1 m/min.

Pliivaba jootmine: jooteotsa temperatuur 350–380 ℃, kokkupuuteaeg ≤3 s. Liigne kuumus põhjustab padja lahtikerkimist või plii oksüdeerumist.

Optilised joondussüsteemid (täpsus ±25 μm) koos jootepallide ümberseadistamisega tagavad jootepallide ja -patjade vahelise hälbe

Kuumuta eelsoojendus temperatuurini 150–180 ℃, töötlemistemperatuur 320–350 ℃, õhukiirus 4–6 (20–30 l/min), et vältida plii deformatsiooni.

Vesilahus: keskkonnasõbralik, kuid nõuab kõrget temperatuuri (60–80 ℃), korrosioonioht; Lahusti (nt NMP): tõhus, kuid vajab plahvatuskindlat varustust, lenduvate orgaaniliste ühendite piirangud.

IPC-TM-650: ioonjääk ＜1,5 μg/cm² NaCl ekvivalenti, pinnaisolatsiooni takistus ＞10⁹Ω.

Kiire AOI katab ≥95% 0402 komponentide defektidest, >98% QFP sildamise/puuduvate juhtmete puhul, kuid hätta jääb BGA sisemiste tühimike korral.

Mikrofookusega röntgenikiirgus saavutab 5 μm eraldusvõime, tuvastades 0,3 mm sammuga BGA-ühendusi ja 20-kihilisi trükkplaatide sisemusi.

Ülitäpne IKT tuvastab avaused alla 0,1 Ω, naelaaluse kontakttakistusega

IPC-J-STD-033: MSL 3. taseme komponendid ≤168 tundi temperatuuril 30 ℃/60% suhtelist õhuniiskust; küpsetada temperatuuril 125 ℃ 4–8 tundi, kui see on ületatud.

0603 liited: minimaalne tõmbejõud ≥1,5 N; QFP juhtmed: nihkejõud ≥5 N vastavalt IPC-9701 standardile.

IPC-A-600: ≤1,5%; BGA-ga kokkupandud trükkplaatide osakaal ≤0,7%, et vältida kuivühendusi.

CMOS-seadmete HBM-tundlikkus on

Materjalikulu 40–50%, töötlemine (sh amortisatsioon) 30–40%, kontroll 10–20%. Ühikuhind 30–50% kõrgem kui masstootmisel.