Piirilevykokoonpano

PCBA on lyhenne sanoista Printed Circuit Board Assembly, ja se viittaa prosessiin, jossa elektroniset komponentit juotetaan piirilevylle kokonaisen piirijärjestelmän muodostamiseksi. Se on elektroniikkatuotteiden valmistuksen keskeinen vaihe.

Pääasiassa läpireikätekniikkaa (THT), pinta-asennustekniikkaa (SMT) ja hybriditekniikkaa. THT juottaa komponentit, joissa johdot työnnetään reikien läpi, SMT juottaa komponentit suoraan piirilevyn pinnalle ja hybriditekniikka yhdistää molemmat.

Vaiheisiin kuuluvat materiaalin valmistelu, piirilevyn tarkastus, SMT (juotospastan tulostus, komponenttien sijoittelu, reflow-juotos), THT (lyijyn käsittely, aaltojuotos), hitsaus, laadunvalvonta, puhdistus ja pinnoitus sekä lopullinen kokoonpano.

Se yhdistää erillisiä komponentteja suunnittelun mukaisesti, mahdollistaen toimintoja, kuten signaalinkäsittelyn ja energianmuunnoksen. Se on avainaskel suunnittelun muuttamisessa fyysisiksi tuotteiksi.

Perusprosessi on samanlainen, mutta sitä mukautetaan tuotteen monimutkaisuuden, komponenttityyppien, tuotantomittakaavan jne. mukaan. Esimerkiksi pientuotantoerissä valmistettavat tarkkuustuotteet voivat lisätä manuaalisen tarkastuksen, kun taas massatuotanto keskittyy automatisointiin.

THT on läpireikätekniikka, jossa komponentit johtimineen työnnetään reikiin juottamista varten. Edut: korkea mekaaninen kestävyys, sopii suurvirtakomponenteille; Haitat: suuri tilantarve, alhainen hyötysuhde.

SMT on pinta-asennustekniikka, jonka etuja ovat suuri kokoonpanotiheys, pieni komponenttikoko, soveltuvuus automatisoituun tuotantoon, korkea hyötysuhde ja alhaiset kustannukset.

Hybriditeknologiaa käytetään, kun tuotteiden on hyödynnettävä sekä THT:n suurta tehoa/mekaanista lujuutta että SMT:n suurta tiheyttä/pientä kokoa, kuten tehomoduuleissa, joissa on sekä läpivientireikäinduktorit että pinta-asennussirut.

Vaikuttavat komponenttien kustannukset, piirilevyn kerrosten määrä/koko/prosessin monimutkaisuus, kokoonpanon vaikeus, tuotantomäärä, testausvaatimukset jne. Suuremmat erät alentavat yksikkökustannuksia, kun taas monimutkaiset prosessit lisäävät kustannuksia.

Kulutuselektroniikka: alhaiset kustannukset, korkea tiheys, pienentäminen; Teollisuuden ohjaus: vakaus, häiriöiden sieto; Lääkinnälliset laitteet: korkea tarkkuus ja luotettavuus, jotka edellyttävät standardien tarkkaa noudattamista.

Yleisiä materiaaleja, kuten FR-4 (hyvät sähköiset/mekaaniset ominaisuudet yleistuotteille) ja CEM-1 (edullisempi hinta, mutta huonompi suorituskyky). Lämpölaajenemiskerroin vaikuttaa juotosliitoksen luotettavuuteen; suuret erot voivat aiheuttaa jännitysongelmia.

Valitse piirin monimutkaisuuden perusteella: kaksikerroksinen yksinkertaisille piireille, monikerroksinen monimutkaisille. Useampi kerros tarjoaa enemmän reititystilaa, mutta korkeammat kustannukset ja tiukemmat vaatimukset kerrosten kohdistukselle.

Ylisuuret piirilevyt ylittävät laitteiden rajat; liian pienet piirilevyt aiheuttavat käsittely-/juottamisvaikeuksia, mikä vaikuttaa komponenttien asetteluun ja lämmönpoistoon.

Juotospintojen koko, muoto ja välit vaikuttavat suoraan juotoslaatuun. Liian pienet pisteet aiheuttavat kuivia liitoksia; liian pieni väli johtaa oikosulkuun.

Kuumailmajuotteiden tasoitus (HASL): edullinen, mutta huono tasaisuus, vaikuttaa hienojakoiseen juottamiseen; Kemiallinen nikkeliupotuskulta (ENIG): hyvä juotettavuus, korkea tarkkuus, korkea hinta; Orgaaninen juotettavuuden säilöntäaine (OSP): suojaa kuparia, kohtuulliset kustannukset, tiukat varastointivaatimukset.

Silmämääräinen tarkastus (naarmut, muodonmuutokset), lentävän luotaimen/ICT-testaus (liitettävyys), metallografinen analyysi (sisäinen rakenne/pinnoitus).

Puhdistus epäpuhtauksien poistamiseksi; OSP-käsitellyt piirilevyt tarvitsevat paistamista kosteuden poistamiseksi ja juotoskuplien estämiseksi.

Suunnittelutiedostot, kuten Gerber, määrittelevät komponenttien asettelun ja pad-paikkojen sijainnit, jotka toimivat kokoonpanon perustana suunnittelun vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi.

Komponentteja ei voida asentaa, sähköiset oikosulut/avoimet piirit, signaalihäiriöt, heikko lämmönpoisto, mikä johtaa toiminnallisiin vikoihin tai suorituskykyongelmiin.

Kohtuullinen komponenttien asettelu (välttää tiheitä/vaikeasti tavoitettavia alueita), optimoitu liitäntätyynyjen suunnittelu, SMT/THT-yhteensopivuus, paikannusreiät ja reititys terävien kulmien ja pitkien jälkien välttämiseksi.

Ota huomioon sähköinen suorituskyky (parametrien yhteensopivuus), kotelon yhteensopivuus tyynyjen kanssa, luotettavuus, kustannukset ja syötön vakaus.

Läpivientikotelot (esim. DIP) THT:lle, suuri tilantarve; Pinta-asennuskotelot (esim. SOP/BGA) SMT:lle, suuri tiheys mutta suurempi juottamisvaikeus (esim. BGA vaatii tarkkaa lämpötilan säätöä).

Huono juotettavuus aiheuttaa kuivia liitoksia ja virheellistä juottamista. Hapettuneet/öljyiset johdot vaativat esikäsittelyä (puhdistus, tinaus).

Reflow-juotos sopii SMT-komponenteille; aaltojuotos sopii läpireikiin ja suurille SMT-komponenteille. Tekniset tiedot ilmoittavat yleensä yhteensopivat prosessit.

FIFO-periaatteella (first-in, first-out), kontrolloidulla lämpötilalla/kosteudella (20–25 ℃, 40–60 % suhteellinen kosteus), säännöllisellä näytteenotolla ja vanhentuneiden/epäilyttävien komponenttien testauksella/romutuksella.

Epänormaali piirin toiminta (virheelliset parametrit, siruhäiriö), oikosulut/ylikuormitukset sekä piirilevyn ja muiden komponenttien vauriot.

Silmämääräinen tarkastus (vauriot, johdon hapettuminen), sähköisten parametrien testaus (yleismittari/LCR-mittari) ja kriittisten komponenttien toiminnallinen testaus (esim. siruohjelmoinnin varmennus).

Liiallinen lämpöjännitys voi aiheuttaa juotosliitosten sisäisiä halkeamia siruissa tai eristeiden läpimurtoa kondensaattoreissa, mikä johtaa parametrien ajautumiseen tai vikaantumiseen. Lämpötilaprofiilia ja aikaa on hallittava.

Polarisoidut symbolit (esim. kondensaattori ±, diodin nuolet) on merkitty piirilevyn liitäntäpintoihin. Manuaalinen asennus vaatii silmämääräisen tarkistuksen; automaattisissa laitteissa on ohjelmoitava napaisuusparametrit.

Edellyttää kontrolloitua lämpötilaa/kosteutta (±2 ℃, 40–60 % suhteellinen kosteus) ja ESD-suojausta (antistaattinen lattia, rannehihnat, työvaatteet) parametrien ryömintä- ja ESD-vaurioiden välttämiseksi.

Periaate: Juotospastan painatus → komponenttien sijoittelu → lämmitys pastan sulattamiseksi → jäähdytys juottamiseksi. Lämpötilaprofiili: Esilämmitys (1-3 ℃/s - 150-180 ℃), liotus (180-200 ℃, 60-120 s), uudelleensulatus (huippu 217-235 ℃, 30-90 s), jäähdytys (3-6 ℃/s).

Periaate: Nestemäinen juote muodostaa aallon, ja piirilevyjohtimet juotetaan kulkiessaan sen läpi. Sopii läpireikiin ja suuriin SMT-komponentteihin.

Käyttökohteet: Prototyyppien valmistus, korjaus ja vaikeasti tavoitettavat automaatioalueet. Varotoimet: Juotoskolvi 20–60 W, juotoslanka 0,5–1,0 mm, lämpötila 300–350 ℃, aika 3–5 s, esipuhdistus ja jälkitarkastus.

Valitse prosessin mukaan: Lyijytön juotospasta (Sn-Ag-Cu, 217–227 ℃) reflow-juotukseen; lyijylliset/lyijyttömiä juotostankoja (Sn-Pb, 183 ℃ lyijyllisille) aaltojuottamiseen; juotoslankaa käsinjuottamiseen ottaen huomioon kostuvuus ja kustannukset.

Prosessiparametrien (lämpötilaprofiili, juotosaika) hallinta, laitteiden kalibrointi, henkilöstön kouluttaminen, pätevien materiaalien käyttö, AOI/röntgentarkastus ja vikojen oikea-aikainen korjaaminen.

Kuiva liitos: Säädä lämpötilaa, pidennä aikaa, puhdista pinnat; Oikosulku: Vähennä juotetta, optimoi suunnittelu; Silloitus: Säädä pastan määrää, lämpötilaprofiilia; Riittämätön juote: Lisää pastaa, optimoi prosessi; Karkea juote: Lisää juoksutetta, säädä lämpötilaa

Roolit: Poistaa oksideja, vähentää pintajännitystä, parantaa kostuvuutta. Tyypit: Epäorgaaninen (korkea-aktiivinen, syövyttävä, vaatii puhdistusta), orgaaninen (kohtalainen aktiivisuus, matala korroosio, vaatii puhdistusta), hartsipohjainen (yleinen, ei-syövyttävä, ei-puhdistettava). Valitse prosessin ja tuotteen mukaan.

Tg-arvo määrittää substraatin lämmönkestävyyden. Standardin FR-4 Tg-arvo on ~130–140 ℃, kun taas korkean Tg-arvon (≥170 ℃) omaavat materiaalit kestävät 250 ℃:n uudelleensulamislämpötilapiikkejä, mikä vähentää delaminaatioriskiä. Lyijyttömät prosessit edellyttävät Tg ≥150 ℃:a.

Vakio-SMT: 4/4mil (0,1/0,1 mm); HDI-prosessit saavuttavat 2/2mil (0,05/0,05 mm) -paksuuden erittäin tarkalla valotuksella ja kemiallisella kuparipinnoituksella.

Noudata IPC-7351-standardia: QFP-juotospadin leveys +0,1–0,2 mm vs. johtimen leveys; 0603-johdinpastojen suositus on 0,65 × 0,65 mm ja 0,04–0,06 mg juotospastaa padia kohden.

Dominoiva SAC305 (96,5Sn/3,0Ag/0,5Cu) sulaa 217 ℃:ssa, 34 ℃ korkeammassa lämpötilassa kuin Sn-Pb eutektinen (183 ℃), ja vaatii korkeampia uudelleensulamislämpötiloja.

0402 komponentit: 0,12 mm:n sapluuna; 0,5 mm:n jako BGA: 0,1 mm:n sapluuna, jossa 85 %:n aukko juotospallojen estämiseksi.

IPC-A-610: Juotospastan siirtymä ≤25 % juotospadin leveydestä; ≤0,1 mm 0,4 mm:n jaon QFP-jäännösjyrsinnälle.

Huippuluokan koneissa (esim. Fuji NXT) Cpk≥1.33, XY-toistettavuus ±25μm, θ-tarkkuus ±0.5°, sopivat 0201-komponenteille ja 0.3 mm:n jakovälillä varustetuille BGA-laitteille.

MLCC-sijoituspaine: 0,3–0,5 N (halkeiluriski suuremmissa paineissa); QFP-johtimet: 0,8–1,2 N samantasoisuuden varmistamiseksi.

Optimoi sijoittelutarkkuus (±0,05 mm), varmista symmetrinen juotospastan tilavuus ja uudelleenjuoksutusnopeus ≤3 ℃/s lämpötilagradientin minimoimiseksi.

Esilämmitys (150–180 ℃): 1–2 ℃/s ramppinopeus; liotus (180–210 ℃): 60–90 s; uudelleensulatuksen huippulämpötila 245–255 ℃, ≥217 ℃ 60–90 s ajan; jäähdytys 2–4 ℃/s.

Typpi (O₂

IPC-A-610 Luokka 3: Tyhjä alue ≤10 % juotospallon pinta-alasta; kriittisissä sovelluksissa (esim. autoteollisuudessa) vaaditaan ≤5 %.

Kaksoisaaltojuotos: Turbulentti aalto upottaa piirilevyn 1/3–1/2 paksuudesta; tasainen aallonkorkeus 0,5–1 mm piirilevyn pohjan alapuolella.

Ei-puhdistettava juoksute: kiintoainepitoisuus 10 %) parantaa kostuvuutta, mutta lisää jäämien riskiä ja vaatii yhteensopivaa puhdistusta.

Juotosastian lämpötilassa 245–255 ℃ nopeus 1,2–1,8 m/min; paksujen kuparipiirilevyjen täyttönopeus on 1 m/min.

Lyijytön juotos: kärjen lämpötila 350–380 ℃, kosketusaika ≤ 3 s. Liiallinen kuumuus aiheuttaa päiden irtoamisen tai lyijyn hapettumisen.

Optiset kohdistusjärjestelmät (tarkkuus ±25 μm) ja juotospallojen kiinnityslaitteet varmistavat

Esilämmitä 150–180 ℃, työstölämpötila 320–350 ℃, ilman nopeus 4–6 (20–30 l/min) lyijyn muodonmuutoksen välttämiseksi.

Vesipitoinen: ympäristöystävällinen, mutta vaatii korkean lämpötilan (60–80 ℃), korroosioriski; Liuotin (esim. NMP): tehokas, mutta vaatii räjähdyssuojatut laitteet, VOC-rajoitukset.

IPC-TM-650: Ionijäämä 10⁹Ω.

Nopea AOI kattaa ≥95 % 0402-komponenttivioista ja >98 % QFP-silloituksista/puuttuvista johdoista, mutta kamppailee BGA:n sisäisten tyhjiöiden kanssa.

Mikrotarkenteinen röntgen saavuttaa 5 μm:n resoluution ja havaitsee 0,3 mm:n jakovälillä varustetut BGA-liitokset ja 20-kerroksisen piirilevyn sisäosat.

Tarkka ICT-teknologia havaitsee alle 0,1 Ω:n aukot naulakerroksen kosketusresistanssin ollessa

IPC-J-STD-033: MSL-tason 3 komponentit ≤168 tuntia 30 ℃:ssa / 60 % suhteellisessa kosteudessa; paista 125 ℃:ssa 4–8 tuntia, jos tämä ylittyy.

0603-liitokset: vähimmäisvetovoima ≥1,5 N; QFP-johtimet: leikkausvoima ≥5 N IPC-9701-standardin mukaisesti.

IPC-A-600: ≤1,5 ​​%; BGA-kootut piirilevyt ≤0,7 % kuivien liitosten estämiseksi.

CMOS-laitteiden HBM-herkkyys on

Materiaalikustannukset 40–50 %, käsittely (ml. poistot) 30–40 %, tarkastuskustannukset 10–20 %. Yksikkökustannukset 30–50 % korkeammat kuin massatuotannossa