PCB surinkimas

PCBA yra spausdintinių plokščių surinkimo (angl. Printed Circuit Board Assembly) santrumpa, reiškianti elektroninių komponentų litavimo ant spausdintinės plokštės procesą, siekiant suformuoti visą grandinės sistemą. Tai yra pagrindinis elektroninių gaminių gamybos etapas.

Daugiausia taikoma kiaurymių technologijai (THT), paviršinio montavimo technologijai (SMT) ir hibridinei technologijai. THT lituoja komponentus su laidais, įkištais per skyles, SMT lituoja komponentus tiesiai ant spausdintinės plokštės paviršiaus, o hibridinė technologija apjungia abi šias technologijas.

Žingsniai apima medžiagų paruošimą, spausdintinės plokštės patikrinimą, SMT (litavimo pastos spausdinimą, komponentų išdėstymą, reflow litavimą), THT (švino apdorojimą, banginį litavimą), suvirinimą, kokybės bandymus, valymą ir padengimą bei galutinį surinkimą.

Jis sujungia atskirus komponentus pagal projektą, įgalindamas tokias funkcijas kaip signalo apdorojimas ir energijos konvertavimas. Tai pagrindinis žingsnis siekiant dizainą paversti fiziniais produktais.

Pagrindinis procesas yra panašus, tačiau jis koreguojamas atsižvelgiant į gaminio sudėtingumą, komponentų tipus, gamybos mastą ir kt. Pavyzdžiui, mažų partijų didelio tikslumo gaminiams gali būti taikomas rankinis patikrinimas, o masinėje gamyboje daugiausia dėmesio skiriama automatizavimui.

THT – tai kiaurymių technologija, kai komponentai su išvadais įkišami į litavimo skyles. Privalumai: didelis mechaninis stiprumas, tinka didelės srovės komponentams; Trūkumai: užimama daug vietos, mažas efektyvumas.

SMT yra paviršinio montavimo technologija, pasižyminti dideliu surinkimo tankiu, mažu komponentų dydžiu, tinkamumu automatizuotai gamybai, dideliu efektyvumu ir maža kaina.

Hibridinė technologija naudojama, kai gaminiams reikia išnaudoti ir didelę THT galią / mechaninį stiprumą, ir didelį SMT tankį / mažą dydį, pavyzdžiui, galios moduliams su skylutėmis induktoriais ir paviršinio montavimo lustais.

Įtakoja komponentų kainos, PCB sluoksnių skaičius / dydis / proceso sudėtingumas, surinkimo sudėtingumas, gamybos apimtis, bandymo reikalavimai ir kt. Didesnės partijos sumažina vieneto kainą, o sudėtingi procesai padidina.

Vartotojų elektronika: maža kaina, didelis tankis, miniatiūrizavimas; Pramoninis valdymas: stabilumas, apsauga nuo trukdžių; Medicinos prietaisai: didelis tikslumas ir patikimumas, reikalaujantis griežto standartų laikymosi.

Įprastos medžiagos, tokios kaip FR-4 (geros elektrinės/mechaninės savybės, būdingos įprastiems gaminiams) ir CEM-1 (mažesnė kaina, bet prastesnės eksploatacinės savybės). Šiluminio plėtimosi koeficientas turi įtakos litavimo jungčių patikimumui; dideli skirtumai gali sukelti įtempių problemų.

Rinkitės pagal grandinės sudėtingumą: dviejų sluoksnių – paprastoms grandinėms, kelių sluoksnių – sudėtingoms. Daugiau sluoksnių suteikia daugiau maršrutizavimo erdvės, bet didesnes išlaidas ir griežtesnius sluoksnių išlygiavimo reikalavimus.

Per didelės spausdintinės plokštės viršija įrangos ribas; per mažos plokštės sukelia tvarkymo / litavimo sunkumų, paveikia komponentų išdėstymą ir šilumos išsklaidymą.

Litavimo kontaktų dydis, forma ir tarpai tiesiogiai veikia litavimo kokybę. Per maži kontaktai sausina jungtis, o per maži tarpai sukelia trumpuosius jungimus.

Karšto oro litavimas (HASL): maža kaina, bet prastas lygumas, turintis įtakos smulkialypiam litavimui; Beelektrodinis nikelio panardinimo auksas (ENIG): geras lituojamumas, didelis tikslumas, didelė kaina; Organinis lituojamumo konservantas (OSP): apsaugo varį, vidutinė kaina, griežti laikymo reikalavimai.

Vizualinė apžiūra (įbrėžimai, deformacija), skraidančio zondo / IRT bandymai (jungiamumas), metalografinė analizė (vidinė struktūra / dengimas).

Valymas priemaišoms pašalinti; OSP apdorotas PCB reikia kepti, kad būtų pašalinta drėgmė ir išvengta litavimo burbuliukų.

Projektavimo failuose, tokiuose kaip „Gerber“, nurodomas komponentų išdėstymas ir kontaktų pozicijos, kurios yra surinkimo pagrindas, siekiant užtikrinti atitiktį projekto reikalavimams.

Nepavyksta sumontuoti komponentų, gali atsirasti trumpųjų jungimų / atvirų grandinių, signalo trukdžių, prastas šilumos išsklaidymas, dėl to gali sutrikti veikimas arba kilti našumo problemų.

Protingas komponentų išdėstymas (venkite tankių / sunkiai pasiekiamų vietų), optimizuotas kontaktų dizainas, suderinamumas su SMT / THT, padėties nustatymo angos ir frezavimas, siekiant išvengti aštrių kampų ir ilgų takelių.

Atsižvelkite į elektrines charakteristikas (parametrų atitikimą), korpuso suderinamumą su kontaktais, patikimumą, kainą ir tiekimo stabilumą.

Kiauryminių korpusų (pvz., DIP) THT sistemoms, užimančioms didelę erdvę; Paviršinio montavimo korpusų (pvz., SOP/BGA) SMT sistemoms, kurioms būdingas didelis tankis, bet sudėtingesnis litavimas (pvz., BGA sistemoms reikalingas tikslus temperatūros valdymas).

Dėl prasto litavimo sausos jungtys ir klaidingas litavimas. Oksiduotiems / riebaluotiems laidams reikalingas išankstinis apdorojimas (valymas, alavavimas).

Litavimas perlydymu tinka SMT komponentams; banginis litavimas tinka kiaurymėms ir dideliems SMT komponentams. Specifikacijose paprastai nurodomi suderinami procesai.

Pirmojo įeina, pirmojo išeina (FIFO) principas, kontroliuojama temperatūra / drėgmė (20–25 ℃, 40–60 % santykinis oro drėgnumas), reguliarus mėginių ėmimas ir pasibaigusio galiojimo / įtartinų komponentų testavimas / utilizavimas.

Nenormalus grandinės veikimas (neteisingi parametrai, mikroschemos gedimas), trumpieji jungimai / perkrovos ir PCB bei kitų komponentų pažeidimai.

Vizualinė apžiūra (pažeidimai, laidų oksidacija), elektrinių parametrų bandymai (multimetras / LCR matuoklis) ir svarbiausių komponentų funkciniai bandymai (pvz., mikroschemų programavimo patikrinimas).

Per didelis terminis įtempis gali sukelti vidinių litavimo jungčių įtrūkimus lustuose arba dielektriko nutrūkimą kondensatoriuose, dėl ko gali atsirasti parametrų poslinkis arba gedimas. Temperatūros profilį ir laiką reikia kontroliuoti.

Poliarizuoti simboliai (pvz., kondensatoriaus ±, diodo rodyklės) pažymėti ant PCB kontaktų. Rankiniam montavimui reikalingas vizualinis patikrinimas; automatinei įrangai reikalingi užprogramuoti poliškumo parametrai.

Reikalinga kontroliuojama temperatūra / drėgmė (±2 ℃, 40–60 % santykinis oro drėgnumas) ir apsauga nuo elektrostatinės iškrovos (antistatinės grindys, riešo dirželiai, darbo drabužiai), kad būtų išvengta parametrų poslinkio ir elektrostatinės iškrovos sukeltos žalos.

Principas: Litavimo pastos spausdinimas → komponentų išdėstymas → kaitinimas, kad ištirptų pasta → aušinimas, kad būtų lituota. Temperatūros profilis: Įkaitinimas (1–3 ℃/s iki 150–180 ℃), mirkymas (180–200 ℃, 60–120 s), pakartotinis lydymas (didžiausia temperatūra 217–235 ℃, 30–90 s), aušinimas (3–6 ℃/s).

Principas: Skystas lydmetalis sudaro bangą, o spausdintinės plokštės laidai yra lituojami praeinant pro ją. Tinka kiaurymėms ir dideliems SMT komponentams.

Pritaikymas: prototipų kūrimas, remontas ir sunkiai pasiekiamos automatizavimo vietos. Atsargumo priemonės: lituoklis 20–60 W, litavimo viela 0,5–1,0 mm, temperatūra 300–350 ℃, laikas 3–5 s, išankstinis valymas ir patikrinimas po valymo.

Pasirinkite pagal procesą: bešvinė litavimo pasta (Sn-Ag-Cu, 217–227 ℃) pakartotiniam litavimui; švininiai/bešviniai litavimo strypai (Sn-Pb, 183 ℃ švininiams) banginiam litavimui; litavimo viela rankiniam litavimui, atsižvelgiant į drėkinamumą ir kainą.

Kontroliuoti proceso parametrus (temperatūros profilį, litavimo laiką), kalibruoti įrangą, apmokyti personalą, naudoti kvalifikuotas medžiagas, atlikti AOI/rentgeno patikrą ir laiku pašalinti defektus.

Sausas sujungimas: sureguliuokite temperatūrą, pailginkite laiką, nuvalykite paviršius; Trumpasis jungimas: sumažinkite litavimo kiekį, optimizuokite konstrukciją; Tiltelis: sureguliuokite pastos kiekį, temperatūros profilį; Nepakankamas litavimas: padidinkite pastos kiekį, optimizuokite procesą; Šiurkštus litavimas: įpilkite fliuso, sureguliuokite temperatūrą.

Vaidmenys: Pašalina oksidus, mažina paviršiaus įtempimą, pagerina drėkinamumą. Tipai: Neorganiniai (didelio aktyvumo, koroziniai, reikalauja valymo), organiniai (vidutinio aktyvumo, mažo koroziškumo, reikalauja valymo), dervos pagrindu (įprasti, nekoroziniai, nereikalauja valymo). Pasirinkite pagal procesą ir produktą.

Tg vertė lemia pagrindo atsparumą karščiui. Standartinio FR-4 Tg vertė yra ~130–140 ℃, o medžiagos, kurių Tg vertė yra didelė (≥170 ℃), atlaiko 250 ℃ pakartotinio lydymosi temperatūrą, taip sumažindamos delaminacijos riziką. Bešviniams procesams reikalingas Tg ≥150 ℃.

Standartinis SMT: 4/4mil (0,1/0,1 mm); HDI procesai pasiekia 2/2mil (0,05/0,05 mm) dėl didelio tikslumo ekspozicijos ir beelektrodinio vario padengimo.

Vadovaukitės IPC-7351: QFP kontakto plotis +0,1–0,2 mm, palyginti su išvado pločiu; 0603 kontaktams rekomenduojamas 0,65 × 0,65 mm plotis, naudojant 0,04–0,06 mg litavimo pastos vienam kontaktui.

Dominuojantis SAC305 (96,5Sn/3,0Ag/0,5Cu) lydosi 217 ℃ temperatūroje, 34 ℃ aukštesnėje temperatūroje nei Sn-Pb eutektinis (183 ℃), todėl jam reikalinga aukštesnė perlydymo temperatūra.

0402 komponentai: 0,12 mm trafaretas; 0,5 mm žingsnis BGA: 0,1 mm trafaretas su 85 % tarpeliu, kad nesusidarytų litavimo kamuoliukai.

IPC-A-610: litavimo pastos poslinkis ≤25 % kontakto pločio; ≤0,1 mm, kai QFP žingsnis yra 0,4 mm.

Aukštos klasės staklės (pvz., „Fuji NXT“) turi Cpk≥1,33, XY pakartojamumą ±25 μm, θ tikslumą ±0,5°, tinka 0201 komponentams ir 0,3 mm žingsnio BGA.

MLCC išdėstymo slėgis: 0,3–0,5 N (įtrūkimų rizika esant didesniam slėgiui); QFP išvadai: 0,8–1,2 N koplanariškumui užtikrinti.

Optimizuokite išdėstymo tikslumą (±0,05 mm), užtikrinkite simetrišką litavimo pastos tūrį, perpylimo greitį ≤3 ℃/s, kad sumažintumėte temperatūros gradientą.

Įkaitinimas (150–180 ℃): 1–2 ℃/s pakilimo greitis; mirkymas (180–210 ℃): 60–90 s; pakartotinio lydymosi pikas 245–255 ℃, ≥217 ℃ 60–90 s; aušinimas 2–4 ℃/s.

Azotas (O₂

IPC-A-610 3 klasė: Tuštumos plotas ≤10 % litavimo rutuliuko ploto; kritinėms reikmėms (pvz., automobilių pramonei) reikia ≤5 %.

Dviejų bangų litavimas: turbulentinė banga panardina 1/3–1/2 PCB storio; lygios bangos aukštis 0,5–1 mm žemiau PCB dugno.

Nešvarus fliusas: kietųjų dalelių kiekis 10 %) pagerina drėkinimą, tačiau padidina likučių riziką, todėl reikalingas tinkamas valymas.

Esant 245–255 ℃ litavimo indo temperatūrai, greitis 1,2–1,8 m/min; storoms varinėms spausdintinėms plokštėms užpildyti reikia 1 m/min.

Bešvinis litavimas: litavimo antgalio temperatūra 350–380 ℃, sąlyčio laikas ≤3 s. Per didelis karštis sukelia kontaktinių kontaktų atlipimą arba švino oksidaciją.

Optinio lygiavimo sistemos (±25 μm tikslumas) su litavimo rutuliukų tvirtinimo įtaisais užtikrina

Įkaitinkite iki 150–180 ℃, perdirbimo temperatūra – 320–350 ℃, oro greitis – 4–6 (20–30 l/min.), kad būtų išvengta švino deformacijos.

Vandeninis: ekologiškas, bet reikalinga aukšta temperatūra (60–80 ℃), korozijos rizika; tirpiklis (pvz., NMP): efektyvus, bet reikalinga sprogimui atspari įranga, LOJ apribojimai.

IPC-TM-650: joninės liekanos ＜1,5 μg/cm² NaCl ekvivalentas, paviršiaus izoliacijos varža ＞10⁹Ω.

Didelės spartos AOI padengia ≥95 % 0402 komponentų defektų, >98 % QFP jungiamųjų/trūkstamų laidų, tačiau sunkiai tvarkosi su BGA vidinėmis tuštumomis.

Mikrofokusavimo rentgeno spinduliai pasiekia 5 μm skiriamąją gebą, aptikdami 0,3 mm žingsnio BGA jungtis ir 20 sluoksnių PCB vidines dalis.

Didelio tikslumo IRT aptinka atvirus elementus, mažesnius nei 0,1 Ω, o vinių guolio kontaktinė varža yra

IPC-J-STD-033: MSL 3 lygio komponentai ≤168 valandos esant 30 ℃ / 60 % santykiniam drėgnumui; jei viršijama, kepkite 125 ℃ temperatūroje 4–8 valandas.

0603 jungtys: minimali tempimo jėga ≥1,5 N; QFP laidų jungtys: šlyties jėga ≥5 N, pagal IPC-9701.

IPC-A-600: ≤1,5 ​​%; BGA surinktos spausdintinės plokštės ≤0,7 %, kad būtų išvengta sausų jungčių.

CMOS įtaisų HBM jautrumas yra

Medžiagų kaina 40–50 %, apdirbimas (įskaitant nusidėvėjimą) 30–40 %, patikrinimas 10–20 %. Vieneto kaina 30–50 % didesnė nei masinės gamybos.