PCB ასამბლეა

PCBA არის ბეჭდური მიკროსქემის დაფის ასამბლეის აბრევიატურა, რაც აღნიშნავს ელექტრონული კომპონენტების PCB-ზე შედუღების პროცესს სრული წრედის სისტემის შესაქმნელად. ეს ელექტრონული პროდუქტების წარმოების ერთ-ერთი მთავარი ეტაპია.

ძირითადად გამოიყენება ხვრელების გამტარი ტექნოლოგია (THT), ზედაპირზე დამონტაჟების ტექნოლოგია (SMT) და ჰიბრიდული ტექნოლოგია. THT შედუღების კომპონენტებს ხვრელებში ჩასმული მავთულებით ამზადებს, SMT კომპონენტებს პირდაპირ დაფის ზედაპირზე ამზადებს, ხოლო ჰიბრიდული ტექნოლოგია ორივეს აერთიანებს.

ეტაპები მოიცავს მასალის მომზადებას, დაბეჭდილი მიკროსქემის შემოწმებას, SMT-ს (შედუღების პასტის ბეჭდვა, კომპონენტების განლაგება, ხელახალი შედუღება), THT-ს (ტყვიის დამუშავება, ტალღური შედუღება), შედუღებას, ხარისხის ტესტირებას, გაწმენდას და დაფარვას და საბოლოო აწყობას.

ის დიზაინის შესაბამისად აკავშირებს დისკრეტულ კომპონენტებს, რაც უზრუნველყოფს ისეთი ფუნქციების განხორციელებას, როგორიცაა სიგნალის დამუშავება და ენერგიის გარდაქმნა. ეს არის დიზაინის ფიზიკურ პროდუქტებად გარდაქმნის მთავარი ნაბიჯი.

ძირითადი პროცესი მსგავსია, მაგრამ ის რეგულირდება პროდუქტის სირთულის, კომპონენტების ტიპების, წარმოების მასშტაბის და ა.შ. მიხედვით. მაგალითად, მცირე პარტიების მაღალი სიზუსტის პროდუქტებს შეიძლება დაემატოს ხელით შემოწმება, ხოლო მასობრივი წარმოება ფოკუსირებულია ავტომატიზაციაზე.

THT არის ხვრელების გამჭოლი ტექნოლოგია, რომლის დროსაც კომპონენტები, რომლებსაც აქვთ მავთულები, შედუღებისთვის ხვრელებში თავსდება. უპირატესობები: მაღალი მექანიკური სიმტკიცე, შესაფერისია მაღალი დენის კომპონენტებისთვის; ნაკლოვანებები: დიდი სივრცის დაკავება, დაბალი ეფექტურობა.

SMT არის ზედაპირული მონტაჟის ტექნოლოგია, რომლის უპირატესობებია მაღალი აწყობის სიმკვრივე, კომპონენტების მცირე ზომა, ავტომატიზირებული წარმოებისთვის შესაფერისობა, მაღალი ეფექტურობა და დაბალი ღირებულება.

ჰიბრიდული ტექნოლოგია გამოიყენება მაშინ, როდესაც პროდუქტებს სჭირდებათ როგორც THT-ის მაღალი სიმძლავრის/მექანიკური სიმტკიცის, ასევე SMT-ის მაღალი სიმკვრივის/მცირე ზომის გამოყენება, მაგალითად, დენის მოდულები როგორც ნახვრეტოვანი ინდუქტორებით, ასევე ზედაპირზე დამონტაჟებული ჩიპებით.

კომპონენტების ღირებულების, დაბეჭდილი დაფის ფენების რაოდენობის/ზომის/პროცესის სირთულეს, აწყობის სირთულეს, წარმოების მოცულობას, ტესტირების მოთხოვნებს და ა.შ. გავლენას ახდენს უფრო დიდი პარტიები ერთეულის ხარჯებზე, ხოლო რთული პროცესები ზრდის ხარჯებს.

სამომხმარებლო ელექტრონიკა: დაბალი ღირებულება, მაღალი სიმკვრივე, მინიატურიზაცია; სამრეწველო კონტროლი: სტაბილურობა, ჩარევის საწინააღმდეგო; სამედიცინო მოწყობილობები: მაღალი სიზუსტე და საიმედოობა, რაც მოითხოვს სტანდარტების მკაცრ დაცვას.

ისეთი გავრცელებული მასალები, როგორიცაა FR-4 (კარგი ელექტრო/მექანიკური თვისებები ზოგადი პროდუქტებისთვის) და CEM-1 (დაბალი ფასი, მაგრამ დაბალი შესრულება). თერმული გაფართოების კოეფიციენტი გავლენას ახდენს შედუღების შეერთების საიმედოობაზე; დიდმა სხვაობებმა შეიძლება გამოიწვიოს დაძაბულობის პრობლემები.

აირჩიეთ წრედის სირთულის მიხედვით: ორმაგი ფენა მარტივი წრედებისთვის, მრავალშრიანი რთული წრედებისთვის. მეტი ფენა უზრუნველყოფს მეტ მარშრუტიზაციის სივრცეს, მაგრამ უფრო მაღალ ხარჯებს, ფენების გასწორების უფრო მკაცრი მოთხოვნებით.

დიდი ზომის დაბეჭდილი პლატფორმები აღემატება აღჭურვილობის დასაშვებ ლიმიტს; მცირე ზომის დაბეჭდილი პლატფორმები იწვევს დამუშავების/შედუღების სირთულეებს, რაც გავლენას ახდენს კომპონენტების განლაგებასა და სითბოს გაფრქვევაზე.

ბალიშების ზომა, ფორმა და დაშორება პირდაპირ გავლენას ახდენს შედუღების ხარისხზე. ძალიან პატარა ბალიშები იწვევს შეერთებების გამოშრობას; ძალიან მცირე დაშორება კი იწვევს მოკლე ჩართვის წარმოქმნას.

ცხელი ჰაერით შედუღების გასწორება (HASL): დაბალი ღირებულება, მაგრამ ცუდი სიბრტყე, რაც გავლენას ახდენს წვრილკუთხა შედუღებაზე; ელექტრონულად ნიკელის ჩაძირვაში ოქრო (ENIG): კარგი შედუღებადობა, მაღალი სიზუსტე, მაღალი ღირებულება; ორგანული შედუღებადობის კონსერვანტი (OSP): იცავს სპილენძს, ზომიერი ღირებულება, შენახვის მკაცრი მოთხოვნები.

ვიზუალური დათვალიერება (ნაკაწრები, დეფორმაცია), მფრინავი ზონდით/ICT ტესტირება (კავშირი), მეტალოგრაფიული ანალიზი (შიდა სტრუქტურა/მოპირკეთება).

გაწმენდა მინარევების მოსაშორებლად; OSP-ით დამუშავებულ PCB-ებს სჭირდებათ გამოცხობა ტენიანობის მოსაშორებლად და შედუღების ბუშტების წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად.

დიზაინის ფაილები, როგორიცაა Gerber, განსაზღვრავს კომპონენტების განლაგებას და ბალიშების პოზიციებს, რაც აწყობის საფუძველს წარმოადგენს დიზაინის შესაბამისობის უზრუნველსაყოფად.

კომპონენტების დაყენება შეუძლებელია, შეიძლება მოხდეს ელექტრული მოკლე ჩართვა/ღია წრედი, სიგნალის ჩარევა, სითბოს ცუდი გაფრქვევა, რაც იწვევს ფუნქციურ გაუმართაობას ან მუშაობის პრობლემებს.

კომპონენტების გონივრული განლაგება (მოერიდეთ მკვრივ/ძნელად მისადგომ ადგილებს), ბალიშის ოპტიმიზებული დიზაინი, SMT/THT თავსებადობა, ნახვრეტების პოზიციონირება და მარშრუტიზაცია მკვეთრი კუთხეებისა და გრძელი კვალის თავიდან ასაცილებლად.

გაითვალისწინეთ ელექტრული მახასიათებლები (პარამეტრების შესაბამისობა), შეფუთვასთან თავსებადობა ბალიშებთან, საიმედოობა, ღირებულება და მიწოდების სტაბილურობა.

THT-სთვის განკუთვნილი ნახვრეტებიანი პაკეტები (მაგ., DIP), დიდი სივრცის დაკავებით; SMT-სთვის განკუთვნილი ზედაპირულად დასამონტაჟებელი პაკეტები (მაგ., SOP/BGA), მაღალი სიმკვრივით, მაგრამ შედუღების უფრო მაღალი სირთულით (მაგ., BGA მოითხოვს ტემპერატურის ზუსტ კონტროლს).

ცუდი შედუღება იწვევს შეერთებების გამოშრობას და ცრუ შედუღებას. დაჟანგული/ზეთოვანი ელექტროდები საჭიროებენ წინასწარ დამუშავებას (გაწმენდა, შელესვა).

SMT კომპონენტებს უხვგადამუშავებადი შედუღება ერგება; ტალღური შედუღება კი - ნახვრეტებიან და დიდ SMT კომპონენტებს. სპეციფიკაციები, როგორც წესი, თავსებად პროცესებს აღწერს.

„პირველი შემოსული, პირველი გამოსული“ (FIFO), კონტროლირებადი ტემპერატურა/ტენიანობა (20-25℃, 40%-60%RH), რეგულარული ნიმუშების აღება და ვადაგასული/საეჭვო კომპონენტების ტესტირება/განადგურება.

წრედის არანორმალური ფუნქციონირება (არასწორი პარამეტრები, ჩიპის გაუმართაობა), მოკლე ჩართვა/გადატვირთვა და დაბეჭდილი პლატასა და სხვა კომპონენტების დაზიანება.

ვიზუალური შემოწმება (დაზიანება, ტყვიის დაჟანგვა), ელექტრული პარამეტრების ტესტირება (მულტიმეტრი/LCR მრიცხველი) და კრიტიკული კომპონენტების ფუნქციური ტესტირება (მაგ., ჩიპის პროგრამირების შემოწმება).

ზედმეტმა თერმულმა დატვირთვამ შეიძლება გამოიწვიოს ჩიპებში შედუღების შეერთების შიდა ბზარები ან კონდენსატორებში დიელექტრიკული დაზიანება, რაც გამოიწვევს პარამეტრების რხევას ან გაუმართაობას. ტემპერატურის პროფილი და დრო უნდა იყოს კონტროლირებადი.

პოლარიზებული სიმბოლოები (მაგ., კონდენსატორი ±, დიოდის ისრები) მონიშნულია PCB დაფებზე. ხელით ინსტალაციას სჭირდება ვიზუალური დადასტურება; ავტომატიზირებულ აღჭურვილობას სჭირდება დაპროგრამებული პოლარობის პარამეტრები.

პარამეტრების გადახრისა და ელექტროსტატიკური დაზიანების თავიდან ასაცილებლად საჭიროა კონტროლირებადი ტემპერატურა/ტენიანობა (±2℃, 40%-60%RH) და ელექტროსტატიკური დაზიანებისგან დაცვა (ანტისტატიკური იატაკი, მაჯის თასმები, სამუშაო ტანსაცმელი).

პრინციპი: შედუღების პასტის ბეჭდვა → კომპონენტების განთავსება → გაცხელება პასტის დნობისთვის → გაგრილება შედუღებისთვის. ტემპერატურული პროფილი: წინასწარი გაცხელება (1-3℃/წმ-დან 150-180℃-მდე), გაჟღენთვა (180-200℃, 60-120 წმ), ხელახალი ნაკადი (პიკური 217-235℃, 30-90 წმ), გაგრილება (3-6℃/წმ).

პრინციპი: თხევადი შედუღება ქმნის ტალღას და დაბეჭდილი მიკროსქემის პლიუს-კაბელები შედუღდება მასში გავლისას. გამოდგება გამჭოლი ნახვრეტებისა და დიდი SMT კომპონენტებისთვის.

გამოყენება: პროტოტიპების შექმნა, შეკეთება და ავტომატიზაციის ძნელად მისადგომ ადგილებში. უსაფრთხოების ზომები: შედუღების უთო 20-60 ვატი, შედუღების მავთული 0.5-1.0 მმ, ტემპერატურა 300-350℃, დრო 3-5 წმ, წინასწარი გაწმენდა და შემდგომი შემოწმება.

პროცესის მიხედვით შეარჩიეთ: უტყვიო შედუღების პასტა (Sn-Ag-Cu, 217-227℃) ხელახალი ნაკადისთვის; ტყვიის შემცველი/უტყვიო შედუღების ზოლები (Sn-Pb, 183℃ ტყვიის შემცველისთვის) ტალღური შედუღებისთვის; შედუღების მავთული ხელით შედუღებისთვის, დასველების და ღირებულების გათვალისწინებით.

პროცესის პარამეტრების კონტროლი (ტემპერატურის პროფილი, შედუღების დრო), აღჭურვილობის დაკალიბრება, პერსონალის წვრთნა, კვალიფიციური მასალების გამოყენება, AOI/რენტგენის შემოწმება და დეფექტების დროული აღდგენა.

მშრალი შეერთება: ტემპერატურის რეგულირება, დროის გახანგრძლივება, ზედაპირების გაწმენდა; მოკლე ჩართვა: შედუღების რაოდენობის შემცირება, დიზაინის ოპტიმიზაცია; შეერთება: პასტის მოცულობისა და ტემპერატურული პროფილის კორექტირება; არასაკმარისი შედუღება: პასტის რაოდენობის გაზრდა, პროცესის ოპტიმიზაცია; უხეში შედუღება: ნაკადის დამატება, ტემპერატურის რეგულირება.

როლები: ოქსიდების მოცილება, ზედაპირული დაჭიმულობის შემცირება, დასველების უნარის გაუმჯობესება. ტიპები: არაორგანული (მაღალი აქტივობა, კოროზიული, საჭიროებს გაწმენდას), ორგანული (საშუალო აქტივობა, დაბალი კოროზია, საჭიროებს გაწმენდას), როზინის ბაზაზე დამზადებული (გავრცელებული, არაკოროზიული, არ საჭიროებს გაწმენდას). აირჩიეთ პროცესისა და პროდუქტის მიხედვით.

Tg მნიშვნელობა განსაზღვრავს სუბსტრატის თბომდგრადობას. სტანდარტული FR-4-ის Tg არის ~130-140℃, ხოლო მაღალი Tg (≥170℃) მასალები უძლებს 250℃-ის ხელახალი ნაკადის პიკს, რაც ამცირებს დელამინირების რისკს. ტყვიის გარეშე პროცესებისთვის საჭიროა Tg≥150℃.

სტანდარტული SMT: 4/4 მილი (0.1/0.1 მმ); HDI პროცესები მაღალი სიზუსტის ექსპოზიციისა და უელექტრო სპილენძის მოპირკეთების გამოყენებით აღწევს 2/2 მილი (0.05/0.05 მმ).

მიჰყევით IPC-7351-ს: QFP ბალიშის სიგანე +0.1-0.2 მმ კაბელის სიგანესთან შედარებით; 0603 ბალიშები რეკომენდებულია 0.65×0.65 მმ 0.04-0.06 მგ შედუღების პასტის შემცველობისთვის თითო ბალიშზე.

დომინანტური SAC305 (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) დნება 217℃-ზე, რაც 34℃-ით მაღალია, ვიდრე Sn-Pb ევტექტიკური (183℃), რაც მოითხოვს უფრო მაღალ ხელახალი ნაკადის ტემპერატურას.

0402 კომპონენტები: 0.12 მმ ტრაფარეტი; 0.5 მმ დახრილობა BGA: 0.1 მმ ტრაფარეტი ბალიშის 85%-იანი გახსნით, რათა თავიდან იქნას აცილებული შედუღების ბურთულების წარმოქმნა.

IPC-A-610: შედუღების პასტის ოფსეტი ბალიშის სიგანის ≤25%-ით; ≤0.1 მმ 0.4 მმ დახრილი QFP-ისთვის.

მაღალი კლასის მანქანებს (მაგ., Fuji NXT) აქვთ Cpk≥1.33, XY განმეორებადობა ±25μm, θ სიზუსტე ±0.5°, შესაფერისია 0201 კომპონენტებისთვის და 0.3 მმ ბიჯის BGA-სთვის.

MLCC განთავსების წნევა: 0.3-0.5N (მაღალი წნევის დროს ბზარების გაჩენის რისკი); QFP განდევნები: 0.8-1.2N კოპლანარობისთვის.

განლაგების სიზუსტის ოპტიმიზაცია (±0.05 მმ), სიმეტრიული შედუღების პასტის მოცულობის უზრუნველყოფა, ტემპერატურის გრადიენტის მინიმიზაციის მიზნით, ხელახალი ნაკადის ზრდის სიჩქარე ≤3℃/წმ.

წინასწარი გაცხელება (150-180℃): 1-2℃/წმ ტემპის აჩქარება; გაჟღენთვა (180-210℃): 60-90 წმ; ხელახალი ნაკადის პიკი 245-255℃, ≥217℃ 60-90 წმ-ის განმავლობაში; გაგრილება 2-4℃/წმ.

აზოტი (O₂

IPC-A-610 კლასი 3: სიცარიელის ფართობი შედუღების ბურთის ფართობის ≤10%; კრიტიკული გამოყენებისთვის (მაგ., საავტომობილო) საჭიროა ≤5%.

ორმაგი ტალღური შედუღება: ტურბულენტური ტალღა ფარავს დაფის სისქის 1/3-1/2-ს; გლუვი ტალღის სიმაღლე დაფის ძირს 0.5-1 მმ-ით დაბლა.

არაგაწმენდადი ფლუქსი: მყარი ნივთიერებების შემცველობა 10%) აუმჯობესებს დასველებადობას, მაგრამ ზრდის ნარჩენების წარმოქმნის რისკს, რაც მოითხოვს თავსებად გაწმენდას.

245-255℃ შედუღების ჭურჭლის ტემპერატურაზე, სიჩქარე 1.2-1.8 მ/წთ; სქელი სპილენძის დაბეჭდილი დაფებისთვის საჭიროა 1 მ/წთ შევსება.

უტყვიო შედუღება: 350-380℃ წვერის ტემპერატურა, ≤3 წმ კონტაქტის დრო. ზედმეტი სიცხე იწვევს ბალიშის აწევას ან ტყვიის დაჟანგვას.

ოპტიკური გასწორების სისტემები (±25μm სიზუსტე) გადაბრუნების მოწყობილობებით უზრუნველყოფს

წინასწარ გააცხელეთ 150-180℃, დამუშავების ტემპერატურა 320-350℃, ჰაერის სიჩქარე 4-6 (20-30 ლ/წთ) ტყვიის დეფორმაციის თავიდან ასაცილებლად.

წყალხსნარი: ეკოლოგიურად სუფთა, მაგრამ მოითხოვს მაღალ ტემპერატურას (60-80℃), კოროზიის რისკს; გამხსნელი (მაგ., NMP): ეფექტური, მაგრამ საჭიროებს აფეთქებისგან დაცულ აღჭურვილობას, VOC შეზღუდვებს.

IPC-TM-650: იონური ნარჩენი 10⁹Ω.

მაღალსიჩქარიანი AOI ფარავს 0402 კომპონენტის დეფექტების ≥95%-ს, QFP შემაერთებელი/დაკარგული ელექტროდების >98%-ს, მაგრამ პრობლემები აქვს BGA შიდა სიცარიელეებთან დაკავშირებით.

მიკროფოკუსური რენტგენი აღწევს 5μm გარჩევადობას, აფიქსირებს 0.3 მმ სიმაღლის BGA შეერთებებს და 20-ფენიან PCB ინტერიერს.

მაღალი სიზუსტის ICT აფიქსირებს 0.1Ω-ზე დაბალ გახსნას, ფრჩხილების საწოლის კონტაქტის წინაღობით

IPC-J-STD-033: MSL დონის 3 კომპონენტები ≤168 საათი 30℃/60%RH ტემპერატურაზე; გადაჭარბების შემთხვევაში, აცხვეთ 125℃-ზე 4-8 საათის განმავლობაში.

0603 შეერთებები: მინიმალური გამწევი ძალა ≥1.5N; QFP მილები: ძვრის ძალა ≥5N, IPC-9701-ის მიხედვით.

IPC-A-600: ≤1.5%; BGA-თი აწყობილი PCB-ები ≤0.7% მშრალი შეერთებების თავიდან ასაცილებლად.

CMOS მოწყობილობებს აქვთ HBM მგრძნობელობა

მასალის ღირებულება 40-50%, დამუშავება (ცვეთის ჩათვლით) 30-40%, შემოწმება 10-20%. ერთეულის ღირებულება 30-50%-ით მეტია მასობრივ წარმოებასთან შედარებით.