ПХД құрастыру

PCBA - бұл баспа схемасы тақтасын құрастырудың қысқартылған атауы, ол электронды компоненттерді толық схема жүйесін қалыптастыру үшін PCB-ге дәнекерлеу процесін білдіреді. Бұл электронды өнімдерді өндірудегі маңызды қадам.

Негізінен тесік арқылы дәнекерлеу технологиясы (THT), беткі бекіту технологиясы (SMT) және гибридті технология. THT компоненттерді тесіктер арқылы енгізілген сымдармен дәнекерлейді, SMT компоненттерді тікелей PCB бетіне дәнекерлейді, ал гибридті технология екеуін де біріктіреді.

Қадамдарға материалды дайындау, баспа платасын тексеру, SMT (дәнекерлеу пастасын басып шығару, компоненттерді орналастыру, қайта ағызу дәнекерлеуі), THT (қорғасынды өңдеу, толқынды дәнекерлеу), дәнекерлеу, сапаны тексеру, тазалау және жабу, сондай-ақ соңғы құрастыру кіреді.

Ол дискретті компоненттерді дизайнға сәйкес байланыстырады, сигналды өңдеу және энергияны түрлендіру сияқты функцияларды іске қосады. Бұл дизайнды физикалық өнімдерге айналдырудың негізгі қадамы.

Негізгі процесс ұқсас, бірақ ол өнімнің күрделілігіне, құрамдас бөлік түрлеріне, өндіріс көлеміне және т.б. сәйкес реттеледі. Мысалы, шағын сериялы жоғары дәлдіктегі өнімдер қолмен тексеруді қосуы мүмкін, ал жаппай өндіріс автоматтандыруға бағытталған.

THT – тесік арқылы өңдеу технологиясы, мұнда сымдармен компоненттер дәнекерлеу үшін тесіктерге енгізіледі. Артықшылықтары: жоғары механикалық беріктік, жоғары токты компоненттерге жарамды; Кемшіліктері: үлкен кеңістікті алып жатыр, төмен тиімділік.

SMT - жоғары құрастыру тығыздығы, шағын құрамдас бөлік өлшемі, автоматтандырылған өндіріске жарамдылығы, жоғары тиімділік және төмен құны сияқты артықшылықтарға ие беттік бекіту технологиясы.

Гибридті технология өнімдерге THT жоғары қуаттылығын/механикалық беріктігін және SMT жоғары тығыздығын/кіші өлшемін, мысалы, тесік арқылы өтетін индукторлары мен беткі бекіткіш чиптері бар қуат модульдерін пайдалану қажет болған кезде қолданылады.

Компоненттердің құнына, ПХД қабатының санына/өлшеміне/процестің күрделілігіне, құрастыру қиындығына, өндіріс көлеміне, сынақ талаптарына және т.б. әсер етеді. Үлкен партиялар бірлік құнын төмендетеді, ал күрделі процестер шығындарды арттырады.

Тұтынушылық электроника: арзан баға, жоғары тығыздық, миниатюризация; Өнеркәсіптік бақылау: тұрақтылық, кедергіге қарсы; Медициналық құрылғылар: жоғары дәлдік және сенімділік, стандарттарға қатаң сәйкестікті талап етеді.

FR-4 (жалпы өнімдер үшін жақсы электрлік/механикалық қасиеттер) және CEM-1 (арзанырақ, бірақ өнімділігі төмен) сияқты кең таралған материалдар. Термиялық кеңею коэффициенті дәнекерлеу қосылысының сенімділігіне әсер етеді; үлкен айырмашылықтар кернеу мәселелерін тудыруы мүмкін.

Схеманың күрделілігіне қарай таңдаңыз: қарапайым тізбектер үшін қос қабатты, күрделі тізбектер үшін көп қабатты. Көп қабаттар көбірек бағыттау кеңістігін қамтамасыз етеді, бірақ жоғары шығындарды қамтамасыз етеді, қабаттарды туралауға қойылатын талаптар қатаңырақ.

Үлкен өлшемді баспа платалары жабдық шектеулерінен асып түседі; кіші өлшемділері өңдеу/дәнекерлеу қиындықтарын тудырады, бұл компоненттердің орналасуына және жылудың таралуына әсер етеді.

Жастықшаның өлшемі, пішіні және арақашықтығы дәнекерлеу сапасына тікелей әсер етеді. Тым кішкентай жастықшалар қосылыстардың құрғауына әкеледі; тым жақын арақашықтық қысқа тұйықталуға әкеледі.

Ыстық ауамен дәнекерлеуді тегістеу (HASL): арзан, бірақ тегістігі нашар, бұл ұсақ дәнекерлеуге әсер етеді; Электролиз никельге батырылған алтын (ENIG): жақсы дәнекерлену, жоғары дәлдік, жоғары баға; Органикалық дәнекерлену консерванты (OSP): мысты қорғайды, орташа баға, қатаң сақтау талаптары.

Көзбен тексеру (сызаттар, деформация), ұшатын зонд/АКТ сынағы (қосылу мүмкіндігі), металлографиялық талдау (ішкі құрылым/қаптау).

Ластануды кетіру үшін тазалау; OSP-мен өңделген баспа платаларын ылғалды кетіру және дәнекерлеу көпіршіктерінің алдын алу үшін пісіру қажет.

Gerber сияқты дизайн файлдары компоненттердің орналасуын және төсемдердің орналасуын көрсетеді, бұл дизайнға сәйкестікті қамтамасыз ету үшін құрастыру негізі болып табылады.

Құрамдас бөліктерді орнату мүмкін емес, электр қуатының қысқа тұйықталуы/ашық тұйықталуы, сигнал кедергісі, жылудың нашар таралуы функционалдық ақауларға немесе өнімділік мәселелеріне әкеледі.

Компоненттердің орынды орналасуы (тығыз/қол жетпейтін жерлерді пайдаланбаңыз), төсеніштің оңтайландырылған дизайны, SMT/THT үйлесімділігі, тесіктерді орналастыру және өткір бұрыштар мен ұзын іздерден аулақ болу үшін бағыттау.

Электрлік өнімділікті (параметрлердің сәйкестігін), қаптаманың электродтармен үйлесімділігін, сенімділігін, құнын және жабдықтау тұрақтылығын ескеріңіз.

THT үшін тесік арқылы өтетін қаптамалар (мысалы, DIP), үлкен кеңістікті алады; SMT үшін беткі бекітілетін қаптамалар (мысалы, SOP/BGA), тығыздығы жоғары, бірақ дәнекерлеу қиындығы жоғары (мысалы, BGA дәл температураны бақылауды қажет етеді).

Нашар дәнекерлеу қосылыстардың құрғауына және жалған дәнекерлеуге әкеледі. Тотыққан/майлы сымдарды алдын ала өңдеу (тазалау, қалайылау) қажет.

Қайта ағып дәнекерлеуге арналған SMT компоненттеріне арналған костюмдер; толқынды дәнекерлеуге арналған тесік арқылы және үлкен SMT компоненттеріне арналған. Техникалық сипаттамаларда әдетте үйлесімді процестер көрсетілген.

Бірінші кірген бірінші шыққан (FIFO), бақыланатын температура/ылғалдылық (20-25℃, 40%-60%RH), тұрақты сынама алу және мерзімі өткен/күдікті компоненттерді сынау/жою.

Тізбектің қалыптан тыс жұмыс істеуі (дұрыс емес параметрлер, чиптің істен шығуы), қысқа тұйықталу/шамадан тыс жүктеме және баспа платасы мен басқа компоненттердің зақымдануы.

Визуалды тексеру (зақымдану, қорғасынның тотығуы), электр параметрлерін тексеру (мультиметр/LCR өлшегіші) және маңызды компоненттердің функционалдық сынағы (мысалы, чипті бағдарламалауды тексеру).

Шамадан тыс термиялық кернеу чиптердегі ішкі дәнекерлеу қосылыстарының жарылуына немесе конденсаторлардағы диэлектриктің бұзылуына әкелуі мүмкін, бұл параметрлердің ауытқуына немесе істен шығуына әкелуі мүмкін. Температура профилі мен уақытты бақылау қажет.

Поляризацияланған белгілер (мысалы, конденсатор ±, диод көрсеткілері) баспа платаларында белгіленген. Қолмен орнату визуалды тексеруді қажет етеді; автоматтандырылған жабдық бағдарламаланған полярлық параметрлерін қажет етеді.

Параметрлердің ауытқуын және ESD зақымдануын болдырмау үшін бақыланатын температура/ылғалдылық (±2℃, 40%-60%RH) және ESD қорғанысын (антистатикалық еден, білезік баулары, жұмыс киімі) қажет етеді.

Принцип: Дәнекерлеу пастасын басып шығару → компонентті орналастыру → пастаны балқыту үшін қыздыру → дәнекерлеу үшін салқындату. Температура профилі: Алдын ала қыздыру (1-3℃/с - 150-180℃), жібіту (180-200℃, 60-120s), қайта ағызу (шыңы 217-235℃, 30-90s), салқындату (3-6℃/с).

Принцип: Сұйық дәнекер толқын түзеді, ал PCB сымдары өткен кезде дәнекерленеді. Тесікті және үлкен SMT компоненттеріне жарамды.

Қолданылуы: Автоматтандыруға арналған прототиптеу, жөндеу және қол жетпейтін жерлер. Сақтық шаралары: Дәнекерлеу үтігі 20-60 Вт, дәнекерлеу сымы 0,5-1,0 мм, температура 300-350℃, уақыт 3-5 секунд, алдын ала тазалау және тексеруден кейін.

Процесс бойынша таңдаңыз: қайта өңдеу үшін қорғасынсыз дәнекер пастасы (Sn-Ag-Cu, 217-227℃); толқынды дәнекерлеу үшін қорғасынды/қорғасынсыз дәнекерлеу шыбықтары (Sn-Pb, қорғасынды үшін 183℃); қолмен дәнекерлеуге арналған дәнекерлеу сымы, ылғалдануы мен құнын ескере отырып.

Процесс параметрлерін басқару (температура профилі, дәнекерлеу уақыты), жабдықты калибрлеу, персоналды оқыту, білікті материалдарды пайдалану, AOI/рентгендік тексеру және ақауларды уақтылы қайта өңдеу.

Құрғақ қосылыс: Температураны реттеңіз, уақытты ұзартыңыз, беттерді тазалаңыз; Қысқа тұйықталу: Дәнекерлеуді азайтыңыз, дизайнды оңтайландырыңыз; Көпірлерді біріктіру: Паста көлемін, температура профилін реттеңіз; Дәнекерлеу жеткіліксіз: Пастаны көбейтіңіз, процесті оңтайландырыңыз; Дөрекі дәнекерлеу: Флюс қосыңыз, температураны реттеңіз.

Рөлдері: Оксидтерді кетіру, беттік керілуді азайту, ылғалдануды жақсарту. Түрлері: Бейорганикалық (жоғары белсенділік, коррозиялық, тазалауды қажет етеді), органикалық (орташа белсенділік, коррозиясы төмен, тазалауды қажет етеді), канифоль негізіндегі (жалпы, коррозияға ұшырамайды, тазаланбайды). Процесс және өнім бойынша таңдаңыз.

Tg мәні негіздің ыстыққа төзімділігін анықтайды. Стандартты FR-4 материалында Tg ~130-140℃, ал жоғары Tg (≥170℃) материалдар 250℃ қайта ағып кету шыңдарына төтеп береді, бұл деламинация қаупін азайтады. Қорғасынсыз процестер үшін Tg≥150℃ қажет.

Стандартты SMT: 4/4 миль (0,1/0,1 мм); АДИ процестері жоғары дәлдіктегі экспозиция және электролитсіз мыс жалату арқылы 2/2 миль (0,05/0,05 мм) нәтижеге жетеді.

IPC-7351 стандартын орындаңыз: QFP төсемінің ені +0,1-0,2 мм, ал қорғасын ені қорғасын ені; 0603 төсемдері әр төсемге 0,04-0,06 мг дәнекерлеу пастасы үшін 0,65 × 0,65 мм ұсынады.

Басым SAC305 (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) 217℃ температурада балқиды, бұл Sn-Pb эвтектикасына (183℃) қарағанда 34℃ жоғары, бұл жоғары қайта ағу температурасын қажет етеді.

0402 компоненттері: 0,12 мм трафарет; 0,5 мм қадам BGA: шарлардың дәнекерленуіне жол бермеу үшін 85% жастықша тесігі бар 0,1 мм трафарет.

IPC-A-610: Дәнекерлеу пастасы ығысуы жастықша енінің ≤25%; 0,4 мм қадамды QFP үшін ≤0,1 мм.

Жоғары сапалы машиналар (мысалы, Fuji NXT) Cpk≥1.33, XY қайталанымдылығы ±25μm, θ дәлдігі ±0.5°, 0201 компоненттеріне жарамды және 0.3 мм қадамды BGA бар.

MLCC орналастыру қысымы: 0,3-0,5 Н (жоғары қысымда жарылу қаупі); QFP сымдары: бір жазықтықта 0,8-1,2 Н.

Орналастыру дәлдігін оңтайландырыңыз (±0,05 мм), температура градиентін азайту үшін симметриялы дәнекерлеу көлемін, қайта ағызу рампының жылдамдығын ≤3℃/с қамтамасыз етіңіз.

Алдын ала қыздыру (150-180℃): 1-2℃/с рамп; жібіту (180-210℃): 60-90s; қайта ағызу шыңы 245-255℃, 60-90s үшін ≥217℃; 2-4℃/с салқындату.

Азот (O₂

IPC-A-610 3-сынып: Бос орын ауданы дәнекерлеу шары ауданының ≤10%; маңызды қолданбалар (мысалы, автомобиль) ≤5% талап етеді.

Қос толқынды дәнекерлеу: Турбулентті толқын 1/3-1/2 PCB қалыңдығына батырылады; тегіс толқын биіктігі PCB түбінен 0,5-1 мм төмен.

Таза емес флюс: қатты құрам 10%) ылғалдануды жақсартады, бірақ қалдықтардың пайда болу қаупін арттырады, бұл үйлесімді тазалауды қажет етеді.

245-255℃ дәнекерлеу ыдысының температурасында, жылдамдығы 1,2-1,8 м/мин; қалың мыс ПХД-ларды толтыру үшін 1 м/мин қажет.

Қорғасынсыз дәнекерлеу: ұштық температурасы 350-380℃, жанасу уақыты ≤3s. Шамадан тыс қызу жастықшаның көтерілуіне немесе қорғасынның тотығуына әкеледі.

Қайта шарлау құрылғылары бар оптикалық туралау жүйелері (±25 мкм дәлдік) дәнекерлеу шарлары мен төсеніштер арасында

Қорғасынның деформациясын болдырмау үшін 150-180℃ қыздырыңыз, қайта өңдеу температурасы 320-350℃, ауа жылдамдығы 4-6 (20-30л/мин) болуы керек.

Сулы: экологиялық таза, бірақ жоғары температураны (60-80℃) қажет етеді, коррозия қаупі бар; Еріткіш (мысалы, NMP): тиімді, бірақ жарылысқа төзімді жабдықты, ұшқыш органикалық қосылыстарды шектеуді қажет етеді.

IPC-TM-650: Иондық қалдық

Жоғары жылдамдықты AOI 0402 компонентінің ақауларының ≥95%-ын, QFP көпірлерін/жоғалған сымдарын ＞98%-ын жабады, бірақ BGA ішкі бос жерлерімен күреседі.

Микрофокустық рентген сәулесі 5 мкм ажыратымдылыққа қол жеткізеді, 0,3 мм қадамдық BGA қосылыстарын және 20 қабатты PCB интерьерлерін анықтайды.

Жоғары дәлдіктегі АКТ 0,1 Ом-нан төмен ашылымдарды анықтайды, шеге төсегінің жанасу кедергісі

IPC-J-STD-033: MSL 3-деңгейлі компоненттері 30℃/60%RH кезінде ≤168 сағат; асып кеткен жағдайда 125℃ температурада 4-8 сағат пісіріңіз.

0603 қосылыстары: минималды тарту күші ≥1,5 Н; QFP сымдары: ығысу күші ≥5 Н, IPC-9701 бойынша.

IPC-A-600: ≤1,5%; Құрғақ қосылыстардың алдын алу үшін BGA-жинақталған ПХД ≤0,7%.

CMOS құрылғылары HBM сезімталдығына ие

Материалдық шығындар 40-50%, өңдеу (амортизацияны қоса алғанда) 30-40%, тексеру 10-20%. Бірлік құны жаппай өндіріске қарағанда 30-50%-ға жоғары.