पीसीबी असेंबली

पीसीबीए, प्रिंटेड सर्किट बोर्ड असेंबली का संक्षिप्त रूप है, जो पीसीबी पर इलेक्ट्रॉनिक घटकों को सोल्डर करके एक पूर्ण सर्किट सिस्टम बनाने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। यह इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद निर्माण में एक महत्वपूर्ण चरण है।

मुख्यतः थ्रू-होल टेक्नोलॉजी (टीएचटी), सरफेस माउंट टेक्नोलॉजी (एसएमटी) और हाइब्रिड टेक्नोलॉजी। टीएचटी में कंपोनेंट्स को छेदों के माध्यम से लीड डालकर सोल्डर किया जाता है, एसएमटी में कंपोनेंट्स को सीधे पीसीबी की सतह पर सोल्डर किया जाता है, और हाइब्रिड टेक्नोलॉजी इन दोनों का संयोजन है।

इन चरणों में सामग्री की तैयारी, पीसीबी निरीक्षण, एसएमटी (सोल्डर पेस्ट प्रिंटिंग, कंपोनेंट प्लेसमेंट, रिफ्लो सोल्डरिंग), टीएचटी (लेड प्रोसेसिंग, वेव सोल्डरिंग), वेल्डिंग, गुणवत्ता परीक्षण, सफाई और कोटिंग, और अंतिम असेंबली शामिल हैं।

यह डिजाइन के अनुसार अलग-अलग घटकों को जोड़ता है, जिससे सिग्नल प्रोसेसिंग और ऊर्जा रूपांतरण जैसे कार्य संभव हो पाते हैं। यह डिजाइन को भौतिक उत्पादों में बदलने का महत्वपूर्ण चरण है।

बुनियादी प्रक्रिया समान है, लेकिन इसे उत्पाद की जटिलता, घटकों के प्रकार, उत्पादन पैमाने आदि के अनुसार समायोजित किया जाता है। उदाहरण के लिए, छोटे बैच वाले उच्च परिशुद्धता उत्पादों में मैन्युअल निरीक्षण जोड़ा जा सकता है, जबकि बड़े पैमाने पर उत्पादन स्वचालन पर केंद्रित होता है।

टीएचटी का अर्थ है थ्रू-होल तकनीक, जिसमें लीड वाले घटकों को सोल्डरिंग के लिए छेदों में डाला जाता है। लाभ: उच्च यांत्रिक शक्ति, उच्च-धारा वाले घटकों के लिए उपयुक्त; हानि: अधिक स्थान घेरता है, कम दक्षता।

एसएमटी सरफेस माउंट टेक्नोलॉजी है, जिसके फायदे हैं उच्च असेंबली घनत्व, छोटे घटक आकार, स्वचालित उत्पादन के लिए उपयुक्तता, उच्च दक्षता और कम लागत।

हाइब्रिड तकनीक का उपयोग तब किया जाता है जब उत्पादों को टीएचटी की उच्च शक्ति/यांत्रिक शक्ति और एसएमटी की उच्च घनत्व/छोटे आकार दोनों का लाभ उठाने की आवश्यकता होती है, जैसे कि पावर मॉड्यूल जिनमें थ्रू-होल इंडक्टर और सरफेस-माउंट चिप्स दोनों होते हैं।

घटक लागत, पीसीबी परत संख्या/आकार/प्रक्रिया की जटिलता, संयोजन की कठिनाई, उत्पादन मात्रा, परीक्षण आवश्यकताओं आदि से प्रभावित। बड़े बैच इकाई लागत को कम करते हैं, जबकि जटिल प्रक्रियाएं लागत बढ़ाती हैं।

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स: कम लागत, उच्च घनत्व, लघुकरण; औद्योगिक नियंत्रण: स्थिरता, हस्तक्षेप-रोधी; चिकित्सा उपकरण: उच्च परिशुद्धता और विश्वसनीयता, मानकों का कड़ाई से अनुपालन आवश्यक।

FR-4 (सामान्य उत्पादों के लिए अच्छे विद्युत/यांत्रिक गुण) और CEM-1 (कम लागत लेकिन निम्न प्रदर्शन) जैसी सामान्य सामग्रियां। ऊष्मीय विस्तार गुणांक सोल्डर जोड़ की विश्वसनीयता को प्रभावित करता है; बड़े अंतर तनाव संबंधी समस्याएं पैदा कर सकते हैं।

सर्किट की जटिलता के आधार पर चयन करें: सरल सर्किट के लिए डबल-लेयर, जटिल सर्किट के लिए मल्टी-लेयर। अधिक लेयर्स से रूटिंग के लिए अधिक जगह मिलती है, लेकिन लागत भी अधिक होती है, साथ ही लेयर अलाइनमेंट के लिए सख्त आवश्यकताएं भी होती हैं।

बहुत बड़े आकार के पीसीबी उपकरण की सीमाओं से अधिक होते हैं; छोटे आकार के पीसीबी से हैंडलिंग/सोल्डरिंग में कठिनाई होती है, जिससे कंपोनेंट लेआउट और ऊष्मा अपव्यय प्रभावित होता है।

पैड का आकार, आकृति और उनके बीच की दूरी सीधे तौर पर सोल्डरिंग की गुणवत्ता को प्रभावित करती है। बहुत छोटे पैड से ड्राई जॉइंट बनते हैं; बहुत कम दूरी से ब्रिजिंग शॉर्ट सर्किट हो सकता है।

हॉट एयर सोल्डर लेवलिंग (HASL): कम लागत लेकिन खराब समतलता, जिससे फाइन-पिच सोल्डरिंग प्रभावित होती है; इलेक्ट्रोलेस निकल इमर्शन गोल्ड (ENIG): अच्छी सोल्डर करने की क्षमता, उच्च परिशुद्धता, उच्च लागत; ऑर्गेनिक सोल्डरेबिलिटी प्रिजर्वेटिव (OSP): तांबे की रक्षा करता है, मध्यम लागत, सख्त भंडारण आवश्यकताएं।

दृश्य निरीक्षण (खरोंच, विरूपण), फ्लाइंग प्रोब/आईसीटी परीक्षण (कनेक्टिविटी), मेटलोग्राफिक विश्लेषण (आंतरिक संरचना/प्लेटिंग)।

अशुद्धियों को दूर करने के लिए सफाई; ओएसपी-उपचारित पीसीबी को नमी हटाने और सोल्डरिंग बुलबुले को रोकने के लिए बेकिंग की आवश्यकता होती है।

गेर्बर जैसी डिज़ाइन फ़ाइलें कंपोनेंट लेआउट और पैड पोजीशन निर्दिष्ट करती हैं, जो डिज़ाइन के अनुरूपता सुनिश्चित करने के लिए असेंबली का आधार बनती हैं।

पुर्जों को स्थापित नहीं किया जा सकता, विद्युत शॉर्ट-सर्किट/ओपन-सर्किट, सिग्नल में बाधा, खराब ऊष्मा अपव्यय, जिसके परिणामस्वरूप कार्यात्मक विफलताएं या प्रदर्शन संबंधी समस्याएं हो सकती हैं।

घटकों का उचित लेआउट (घने/कठिन पहुंच वाले क्षेत्रों से बचना), पैड का अनुकूलित डिज़ाइन, SMT/THT संगतता, छेदों की स्थिति और तेज कोणों और लंबे ट्रेस से बचने के लिए रूटिंग।

विद्युत प्रदर्शन (पैरामीटर मिलान), पैड के साथ पैकेज की अनुकूलता, विश्वसनीयता, लागत और आपूर्ति स्थिरता पर विचार करें।

टीएचटी के लिए थ्रू-होल पैकेज (जैसे, डीआईपी), अधिक जगह घेरते हैं; एसएमटी के लिए सरफेस-माउंट पैकेज (जैसे, एसओपी/बीजीए), उच्च घनत्व लेकिन सोल्डरिंग में अधिक कठिनाई (जैसे, बीजीए के लिए सटीक तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है)।

खराब सोल्डर क्षमता के कारण ड्राई जॉइंट और गलत सोल्डरिंग होती है। ऑक्सीकृत/तैलीय लीड्स को पूर्व-उपचार (सफाई, टिनिंग) की आवश्यकता होती है।

रिफ्लो सोल्डरिंग एसएमटी घटकों के लिए उपयुक्त है; वेव सोल्डरिंग थ्रू-होल और बड़े एसएमटी घटकों के लिए उपयुक्त है। विनिर्देशों में आमतौर पर संगत प्रक्रियाओं का उल्लेख होता है।

फर्स्ट-इन-फर्स्ट-आउट (एफआईएफओ), नियंत्रित तापमान/आर्द्रता (20-25℃, 40%-60% आरएच), नियमित नमूनाकरण, और समाप्त हो चुके/संदिग्ध घटकों का परीक्षण/नष्ट करना।

सर्किट का असामान्य रूप से कार्य करना (गलत पैरामीटर, चिप की खराबी), शॉर्ट सर्किट/ओवरलोड, और पीसीबी तथा अन्य घटकों को नुकसान।

दृश्य निरीक्षण (क्षति, सीसा ऑक्सीकरण), विद्युत मापदंड परीक्षण (मल्टीमीटर/एलसीआर मीटर), और महत्वपूर्ण घटकों का कार्यात्मक परीक्षण (जैसे चिप प्रोग्रामिंग सत्यापन)।

अत्यधिक ऊष्मीय तनाव के कारण चिप्स में आंतरिक सोल्डर जोड़ में दरार आ सकती है या कैपेसिटर में डाइइलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन हो सकता है, जिससे पैरामीटर में बदलाव या विफलता हो सकती है। तापमान प्रोफाइल और समय को नियंत्रित करना आवश्यक है।

पीसीबी पैड पर ध्रुवीकृत चिह्न (जैसे, संधारित्र ±, डायोड तीर) अंकित होते हैं। मैन्युअल स्थापना के लिए दृश्य सत्यापन आवश्यक है; स्वचालित उपकरणों के लिए प्रोग्राम किए गए ध्रुवीकरण मापदंडों की आवश्यकता होती है।

तापमान/आर्द्रता को नियंत्रित करने (±2℃, 40%-60%RH) और ESD सुरक्षा (एंटी-स्टैटिक फ्लोरिंग, रिस्ट स्ट्रैप, वर्क क्लोथ्स) की आवश्यकता होती है ताकि पैरामीटर में बदलाव और ESD क्षति से बचा जा सके।

सिद्धांत: सोल्डर पेस्ट प्रिंटिंग → घटक लगाना → पेस्ट पिघलाने के लिए गर्म करना → सोल्डर करने के लिए ठंडा करना। तापमान प्रोफाइल: प्रीहीट (1-3℃/सेकंड से 150-180℃ तक), सोक (180-200℃, 60-120 सेकंड), रिफ्लो (पीक 217-235℃, 30-90 सेकंड), कूलिंग (3-6℃/सेकंड)।

सिद्धांत: तरल सोल्डर एक तरंग बनाता है, और पीसीबी लीड इसके माध्यम से गुजरते समय सोल्डर हो जाते हैं। यह थ्रू-होल और बड़े एसएमटी घटकों के लिए उपयुक्त है।

उपयोग: प्रोटोटाइपिंग, मरम्मत और स्वचालन के लिए दुर्गम क्षेत्रों में उपयोग। सावधानियां: 20-60 वाट का सोल्डरिंग आयरन, 0.5-1.0 मिमी का सोल्डर तार, 300-350℃ का तापमान, 3-5 सेकंड का समय, पूर्व-सफाई और बाद में निरीक्षण।

प्रक्रिया के आधार पर चयन करें: रिफ्लो के लिए सीसा रहित सोल्डर पेस्ट (Sn-Ag-Cu, 217-227℃); वेव सोल्डरिंग के लिए सीसा युक्त/सीसा रहित सोल्डर बार (Sn-Pb, सीसा युक्त के लिए 183℃); गीलेपन और लागत को ध्यान में रखते हुए मैनुअल सोल्डरिंग के लिए सोल्डर तार।

प्रक्रिया मापदंडों (तापमान प्रोफ़ाइल, सोल्डरिंग समय) को नियंत्रित करें, उपकरणों को कैलिब्रेट करें, कर्मियों को प्रशिक्षित करें, योग्य सामग्रियों का उपयोग करें, AOI/X-Ray निरीक्षण करें और दोषों का समय पर निवारण करें।

सूखा जोड़: तापमान समायोजित करें, समय बढ़ाएँ, सतहों को साफ करें; शॉर्ट सर्किट: सोल्डर की मात्रा कम करें, डिज़ाइन को बेहतर बनाएँ; ब्रिजिंग: पेस्ट की मात्रा और तापमान प्रोफ़ाइल को समायोजित करें; अपर्याप्त सोल्डर: पेस्ट की मात्रा बढ़ाएँ, प्रक्रिया को बेहतर बनाएँ; खुरदुरा सोल्डर: फ्लक्स मिलाएँ, तापमान समायोजित करें।

कार्य: ऑक्साइड हटाना, सतही तनाव कम करना, गीलापन बढ़ाना। प्रकार: अकार्बनिक (उच्च सक्रियता, संक्षारक, सफाई की आवश्यकता), कार्बनिक (मध्यम सक्रियता, कम संक्षारण, सफाई की आवश्यकता), राल-आधारित (सामान्य, गैर-संक्षारक, सफाई की आवश्यकता नहीं)। प्रक्रिया और उत्पाद के आधार पर चयन करें।

Tg मान सब्सट्रेट की ताप प्रतिरोधकता निर्धारित करता है। मानक FR-4 का Tg लगभग 130-140℃ होता है, जबकि उच्च Tg (≥170℃) वाले पदार्थ 250℃ तक के रिफ्लो पीक को सहन कर सकते हैं, जिससे परत उखड़ने का जोखिम कम हो जाता है। सीसा-मुक्त प्रक्रियाओं के लिए Tg ≥150℃ आवश्यक है।

मानक एसएमटी: 4/4 मिल (0.1/0.1 मिमी); एचडीआई प्रक्रियाएं उच्च परिशुद्धता एक्सपोजर और इलेक्ट्रोलेस कॉपर प्लेटिंग के साथ 2/2 मिल (0.05/0.05 मिमी) प्राप्त करती हैं।

आईपीसी-7351 का पालन करें: क्यूएफपी पैड की चौड़ाई +0.1-0.2 मिमी बनाम लीड की चौड़ाई; 0603 पैड 0.04-0.06 मिलीग्राम सोल्डर पेस्ट प्रति पैड के लिए 0.65 × 0.65 मिमी की अनुशंसा करते हैं।

प्रमुख SAC305 (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) 217℃ पर पिघलता है, जो Sn-Pb यूटेक्टिक (183℃) से 34℃ अधिक है, जिसके लिए उच्च रिफ्लो तापमान की आवश्यकता होती है।

0402 घटक: 0.12 मिमी स्टेंसिल; 0.5 मिमी पिच बीजीए: सोल्डर बॉल्स को रोकने के लिए 85% पैड ओपनिंग के साथ 0.1 मिमी स्टेंसिल।

आईपीसी-ए-610: सोल्डर पेस्ट ऑफसेट पैड की चौड़ाई का ≤25%; 0.4 मिमी पिच क्यूएफपी के लिए ≤0.1 मिमी।

उच्च श्रेणी की मशीनों (जैसे, फ़ूजी एनएक्सटी) में Cpk≥1.33, XY दोहराव ±25μm, θ सटीकता ±0.5° होती है, जो 0201 घटकों और 0.3 मिमी पिच बीजीए के लिए उपयुक्त है।

एमएलसीसी प्लेसमेंट दबाव: 0.3-0.5N (उच्च दबाव पर दरार पड़ने का जोखिम); क्यूएफपी लीड्स: समतलता के लिए 0.8-1.2N।

प्लेसमेंट की सटीकता को अनुकूलित करें (±0.05 मिमी), सममित सोल्डर पेस्ट की मात्रा सुनिश्चित करें, तापमान प्रवणता को कम करने के लिए रिफ्लो रैंप दर ≤3℃/सेकंड रखें।

प्रीहीट (150-180℃): 1-2℃/सेकंड रैंप; सोक (180-210℃): 60-90 सेकंड; रिफ्लो पीक 245-255℃, ≥217℃ 60-90 सेकंड के लिए; ठंडा 2-4℃/सेकंड।

नाइट्रोजन (O₂＜500ppm) ऑक्सीकरण को कम करता है और गीलापन में सुधार करता है, लेकिन प्रक्रिया लागत में 15-20% की वृद्धि करता है, जो उच्च विश्वसनीयता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

आईपीसी-ए-610 क्लास 3: शून्य क्षेत्र सोल्डर बॉल क्षेत्र के ≤10%; महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों (जैसे, ऑटोमोटिव) के लिए ≤5% की आवश्यकता होती है।

डबल-वेव सोल्डरिंग: टर्बुलेंट वेव पीसीबी की 1/3-1/2 मोटाई को सोख लेती है; स्मूथ वेव की ऊंचाई पीसीबी के तल से 0.5-1 मिमी नीचे होती है।

नो-क्लीन फ्लक्स: ठोस सामग्री 10%) गीलापन में सुधार करता है लेकिन अवशेषों के जोखिम को बढ़ाता है, जिसके लिए अनुकूल सफाई की आवश्यकता होती है।

245-255℃ सोल्डर पॉट तापमान पर, गति 1.2-1.8 मीटर/मिनट; मोटे तांबे के पीसीबी के लिए वाया भरने के लिए 1 मीटर/मिनट की आवश्यकता होती है।

सीसा रहित सोल्डरिंग: टिप का तापमान 350-380℃, संपर्क समय ≤3 सेकंड। अत्यधिक गर्मी से पैड उखड़ सकता है या सीसा का ऑक्सीकरण हो सकता है।

रीबॉलिंग फिक्स्चर के साथ ऑप्टिकल अलाइनमेंट सिस्टम (±25μm सटीकता) सोल्डर बॉल्स और पैड्स के बीच

सीसे के विरूपण से बचने के लिए तापमान को 150-180℃ तक पहले से गरम करें, पुनः कार्य करने का तापमान 320-350℃ रखें और वायुगति 4-6 (20-30 लीटर/मिनट) रखें।

जलीय: पर्यावरण के अनुकूल है लेकिन इसके लिए उच्च तापमान (60-80℃) की आवश्यकता होती है, संक्षारण का खतरा रहता है; विलायक (जैसे, एनएमपी): कुशल है लेकिन इसके लिए विस्फोट-रोधी उपकरण और वीओसी संबंधी प्रतिबंधों की आवश्यकता होती है।

आईपीसी-टीएम-650: आयनिक अवशेष ＜1.5μg/cm² NaCl समतुल्य, सतह इन्सुलेशन प्रतिरोध ＞10⁹Ω.

हाई-स्पीड एओआई 0402 घटक दोषों के ≥95% को कवर करता है, क्यूएफपी ब्रिजिंग/मिसिंग लीड्स के लिए ＞98% को कवर करता है, लेकिन बीजीए आंतरिक रिक्तियों के साथ संघर्ष करता है।

माइक्रो-फोकस एक्स-रे 5μm का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है, जो 0.3mm पिच वाले BGA जॉइंट्स और 20-लेयर PCB के आंतरिक भागों का पता लगाता है।

उच्च परिशुद्धता वाली आईसीटी 0.1Ω से नीचे के खुले छिद्रों का पता लगाती है, जिसमें बेड-ऑफ-नेल्स संपर्क प्रतिरोध ＜100mΩ होता है।

आईपीसी-जे-एसटीडी-033: एमएसएल स्तर 3 घटक 30℃/60%आरएच पर ≤168 घंटे; यदि इससे अधिक हो तो 125℃ पर 4-8 घंटे तक बेक करें।

0603 जोड़: न्यूनतम खिंचाव बल ≥1.5N; QFP लीड: कतरनी बल ≥5N, प्रति IPC-9701।

आईपीसी-ए-600: ≤1.5%; बीजीए-असेंबल किए गए पीसीबी ≤0.7% ताकि ड्राई जॉइंट्स को रोका जा सके।

CMOS उपकरणों की HBM संवेदनशीलता ＜2000V होती है। उत्पादन वातावरण में रिस्ट स्ट्रैप और आयनाइज़र के साथ ＜100V का स्थिर वोल्टेज बनाए रखना आवश्यक है।

सामग्री की लागत 40-50%, प्रसंस्करण (मूल्यह्रास सहित) 30-40%, निरीक्षण 10-20%। इकाई लागत बड़े पैमाने पर उत्पादन की तुलना में 30-50% अधिक है।