PCB montāža

PCBA ir saīsinājums no "Printed Circuit Board Assembly" (drukātās shēmas plates montāža), kas apzīmē elektronisko komponentu lodēšanas procesu uz PCB, lai izveidotu pilnīgu shēmas sistēmu. Tas ir galvenais solis elektronisko izstrādājumu ražošanā.

Galvenokārt caur caurumiem veidota tehnoloģija (THT), virsmas montāžas tehnoloģija (SMT) un hibrīdtehnoloģija. THT lodē komponentus ar vadiem, kas ievietoti caur caurumiem, SMT lodē komponentus tieši uz PCB virsmas, un hibrīdtehnoloģija apvieno abus.

Darbības ietver materiāla sagatavošanu, PCB pārbaudi, SMT (lodēšanas pastas drukāšana, komponentu ievietošana, atkārtota lodēšana), THT (svina apstrāde, viļņu lodēšana), metināšanu, kvalitātes pārbaudi, tīrīšanu un pārklāšanu, kā arī galīgo montāžu.

Tas savieno atsevišķas komponentes atbilstoši projektam, nodrošinot tādas funkcijas kā signālu apstrāde un enerģijas pārveidošana. Tas ir galvenais solis, lai dizainu pārveidotu fiziskos produktos.

Pamatprocess ir līdzīgs, taču tas tiek pielāgots atkarībā no produkta sarežģītības, komponentu veidiem, ražošanas apjoma utt. Piemēram, mazu partiju augstas precizitātes izstrādājumiem var pievienot manuālu pārbaudi, savukārt masveida ražošanā galvenā uzmanība tiek pievērsta automatizācijai.

THT ir caururbšanas tehnoloģija, kurā komponenti ar vadiem tiek ievietoti caurumos lodēšanai. Priekšrocības: augsta mehāniskā izturība, piemērots augstas strāvas komponentiem; Trūkumi: liela vietas aizņemšana, zema efektivitāte.

SMT ir virsmas montāžas tehnoloģija, kuras priekšrocības ir augsts montāžas blīvums, mazs komponentu izmērs, piemērotība automatizētai ražošanai, augsta efektivitāte un zemas izmaksas.

Hibrīdtehnoloģija tiek izmantota, ja izstrādājumiem ir jāizmanto gan THT augstā jauda/mehāniskā izturība, gan SMT augstais blīvums/mazais izmērs, piemēram, jaudas moduļi ar gan caurumu induktoriem, gan virsmas montāžas mikroshēmām.

Ietekmē komponentu izmaksas, PCB slāņu skaits/izmērs/procesa sarežģītība, montāžas grūtības, ražošanas apjoms, testēšanas prasības utt. Lielākas partijas samazina vienības izmaksas, savukārt sarežģīti procesi palielina izmaksas.

Patēriņa elektronika: zemas izmaksas, augsts blīvums, miniaturizācija; Rūpnieciskā vadība: stabilitāte, traucējumu novēršana; Medicīnas ierīces: augsta precizitāte un uzticamība, kam nepieciešama stingra standartu ievērošana.

Izplatītākie materiāli, piemēram, FR-4 (labas elektriskās/mehāniskās īpašības vispārējiem izstrādājumiem) un CEM-1 (zemākas izmaksas, bet sliktāka veiktspēja). Termiskās izplešanās koeficients ietekmē lodējuma savienojumu uzticamību; lielas atšķirības var radīt sprieguma problēmas.

Izvēlieties, pamatojoties uz shēmas sarežģītību: divslāņu vienkāršām shēmām, daudzslāņu sarežģītām. Vairāk slāņu nodrošina lielāku maršrutēšanas vietu, bet augstākas izmaksas ar stingrākām slāņu izlīdzināšanas prasībām.

Pārāk liela izmēra PCB plates pārsniedz iekārtu ierobežojumus; pārāk maza izmēra plates rada grūtības ar apstrādi/lodēšanu, ietekmējot komponentu izkārtojumu un siltuma izkliedi.

Lodēšanas laukuma izmērs, forma un atstatums tieši ietekmē lodēšanas kvalitāti. Pārāk mazi laukumi rada sausus savienojumus; pārāk mazs atstatums rada īsslēgumus.

Lodēšanas izlīdzināšana ar karsto gaisu (HASL): zemas izmaksas, bet slikta līdzenuma pakāpe, kas ietekmē smalko lodēšanu; Bezgalvaniskais niķeļa iegremdēšanas zelts (ENIG): laba lodējamība, augsta precizitāte, augstas izmaksas; Organiskais lodējamības konservants (OSP): aizsargā varu, mērenas izmaksas, stingras uzglabāšanas prasības.

Vizuāla pārbaude (skrāpējumi, deformācija), lidojošās zondes/IKT testēšana (savienojamība), metalogrāfiskā analīze (iekšējā struktūra/apšuvums).

Tīrīšana piemaisījumu noņemšanai; ar OSP apstrādātām PCB platēm nepieciešama cepšana, lai noņemtu mitrumu un novērstu lodēšanas burbuļus.

Projektēšanas faili, piemēram, Gerber, norāda komponentu izkārtojumu un kontaktligzdu pozīcijas, kas kalpo par pamatu montāžai, lai nodrošinātu atbilstību projektēšanas prasībām.

Komponentus nevar uzstādīt, elektriskie īsslēgumi/atvērtas ķēdes, signāla traucējumi, slikta siltuma izkliede, kas izraisa funkcionālas kļūmes vai veiktspējas problēmas.

Saprātīgs komponentu izkārtojums (izvairīties no blīvām/grūti sasniedzamām vietām), optimizēts kontaktligzdu dizains, SMT/THT saderība, pozicionēšanas caurumi un frēzēšana, lai izvairītos no asiem leņķiem un garām sliedēm.

Apsveriet elektrisko veiktspēju (parametru saskaņošanu), iepakojuma saderību ar kontaktligzdām, uzticamību, izmaksas un piegādes stabilitāti.

Caurumu korpusi (piemēram, DIP) THT tranzistoriem, liela vietas aizņemšana; Virsmas montāžas korpusi (piemēram, SOP/BGA) SMT tranzistoriem, augsts blīvums, bet lielākas lodēšanas grūtības (piemēram, BGA nepieciešama precīza temperatūras kontrole).

Slikta lodējamība izraisa sausus savienojumus un nepareizu lodēšanu. Oksidētiem/eļļainiem vadiem nepieciešama iepriekšēja apstrāde (tīrīšana, alvošana).

Reflow lodēšana ir piemērota SMT komponentiem; viļņu lodēšana ir piemērota caurumu lodēšanai un lieliem SMT komponentiem. Specifikācijās parasti ir norādīti saderīgi procesi.

Pirmais iekšā, pirmais ārā (FIFO) princips, kontrolēta temperatūra/mitrums (20–25 ℃, 40–60 % relatīvais mitrums), regulāra paraugu ņemšana un derīguma termiņu beigušu/aizdomīgu komponentu testēšana/utilizācija.

Neparasta ķēdes darbība (nepareizi parametri, mikroshēmas atteice), īssavienojumi/pārslodzes un bojājumi shēmas platei un citām sastāvdaļām.

Vizuāla pārbaude (bojājumi, svina oksidēšanās), elektrisko parametru pārbaude (multimetrs/LCR mērītājs) un kritisko komponentu funkcionālā pārbaude (piemēram, mikroshēmas programmēšanas verifikācija).

Pārmērīga termiskā spriedze var izraisīt mikroshēmu iekšējo lodējuma savienojumu plaisāšanu vai kondensatoru dielektriķu pārrāvumu, kas novedīs pie parametru novirzes vai atteices. Temperatūras profils un laiks ir jākontrolē.

Polarizētie simboli (piemēram, kondensatora ±, diodes bultiņas) ir atzīmēti uz PCB paliktņiem. Manuālai uzstādīšanai nepieciešama vizuāla pārbaude; automatizētai iekārtai ir nepieciešami ieprogrammēti polaritātes parametri.

Lai izvairītos no parametru novirzes un ESD bojājumiem, nepieciešama kontrolēta temperatūra/mitrums (±2 ℃, 40–60 % relatīvais mitrums) un ESD aizsardzība (antistatisks grīdas segums, aproces, darba apģērbs).

Princips: Lodēšanas pastas drukāšana → komponentu izvietošana → karsēšana, lai izkausētu pastu → atdzesēšana, lai to lodētu. Temperatūras profils: iepriekšēja uzsildīšana (1–3 ℃/s līdz 150–180 ℃), mērcēšana (180–200 ℃, 60–120 s), atkārtota kausēšana (maksimums 217–235 ℃, 30–90 s), atdzesēšana (3–6 ℃/s).

Princips: Šķidrais lodējums veido vilni, un PCB vadi tiek pielodēti, ejot cauri. Piemērots caurumiem un lieliem SMT komponentiem.

Pielietojums: Prototipu izgatavošana, remonts un grūti sasniedzamas automatizācijas vietas. Piesardzības pasākumi: Lodāmurs 20–60 W, lodēšanas stieple 0,5–1,0 mm, temperatūra 300–350 ℃, laiks 3–5 s, iepriekšēja tīrīšana un pēcpārbaude.

Izvēlieties pēc procesa: bezsvina lodēšanas pasta (Sn-Ag-Cu, 217–227 ℃) atkārtotai lodēšanai; svina/bezsvina lodēšanas stieņi (Sn-Pb, 183 ℃ svina saturošiem) viļņu lodēšanai; lodēšanas stieple manuālai lodēšanai, ņemot vērā mitrināmību un izmaksas.

Kontrolēt procesa parametrus (temperatūras profilu, lodēšanas laiku), kalibrēt iekārtas, apmācīt personālu, izmantot kvalificētus materiālus, veikt AOI/rentgena pārbaudi un savlaicīgi novērst defektus.

Sausais savienojums: noregulējiet temperatūru, pagariniet laiku, notīriet virsmas; Īsslēgums: samaziniet lodēšanas daudzumu, optimizējiet konstrukciju; Pārtīšana: noregulējiet pastas daudzumu, temperatūras profilu; Nepietiekams lodēšanas daudzums: palieliniet pastas daudzumu, optimizējiet procesu; Rupja lodēšana: pievienojiet plūsmu, noregulējiet temperatūru.

Lomas: Noņemt oksīdus, samazināt virsmas spraigumu, uzlabot mitrināmību. Veidi: Neorganiskie (augsta aktivitāte, kodīgi, nepieciešama tīrīšana), organiskie (vidēja aktivitāte, zema korozija, nepieciešama tīrīšana), uz kolofonija bāzes (parasti, nekorodējoši, nav nepieciešami tīrīšanai). Izvēlieties pēc procesa un produkta.

Tg vērtība nosaka substrāta karstumizturību. Standarta FR-4 Tg ir ~130–140 ℃, savukārt materiāli ar augstu Tg (≥170 ℃) iztur atkārtotas kausēšanas maksimumu 250 ℃, samazinot delaminācijas risku. Bezsvina procesiem ir nepieciešams Tg ≥150 ℃.

Standarta SMT: 4/4mil (0,1/0,1 mm); HDI procesi sasniedz 2/2mil (0,05/0,05 mm) ar augstas precizitātes ekspozīciju un bezgalvanisko vara pārklājumu.

Ievērojiet IPC-7351: QFP kontakta platums +0,1–0,2 mm salīdzinājumā ar vada platumu; 0603 kontakti iesaka 0,65 × 0,65 mm ar 0,04–0,06 mg lodēšanas pastas uz vienu kontaktu.

Dominējošais SAC305 (96,5Sn/3,0Ag/0,5Cu) kūst 217 ℃ temperatūrā, kas ir par 34 ℃ augstāka nekā Sn-Pb eitektiskajam tēraudam (183 ℃), un tāpēc nepieciešama augstāka atkārtotas kausēšanas temperatūra.

0402 komponenti: 0,12 mm trafarets; 0,5 mm solis BGA: 0,1 mm trafarets ar 85% spilventiņa atvērumu, lai novērstu lodēšanas lodīšu veidošanos.

IPC-A-610: Lodēšanas pastas nobīde ≤25% no kontakta platuma; ≤0,1 mm, ja QFP solis ir 0,4 mm.

Augstas klases iekārtām (piemēram, Fuji NXT) ir Cpk≥1,33, XY atkārtojamība ±25 μm, θ precizitāte ±0,5°, piemērotas 0201 komponentiem un 0,3 mm soļa BGA.

MLCC ievietošanas spiediens: 0,3–0,5 N (plaisu risks augstākā spiedienā); QFP izvadi: 0,8–1,2 N koplanaritātei.

Optimizējiet novietojuma precizitāti (±0,05 mm), nodrošiniet simetrisku lodēšanas pastas tilpumu, atkārtotas plūsmas ātrumu ≤3 ℃/s, lai samazinātu temperatūras gradientu.

Uzkarsēšana (150–180 ℃): 1–2 ℃/s pēc kārtas; mērcēšana (180–210 ℃): 60–90 s; atkārtotas uzkarsēšanas maksimums 245–255 ℃, ≥217 ℃ 60–90 s laikā; dzesēšana 2–4 ​​℃/s.

Slāpeklis (O₂

IPC-A-610 3. klase: tukšuma laukums ≤10% no lodēšanas lodītes laukuma; kritiskiem lietojumiem (piemēram, autobūves nozarei) nepieciešami ≤5%.

Divu viļņu lodēšana: turbulents vilnis iegremdē 1/3–1/2 PCB plates biezuma; vienmērīgs viļņa augstums 0,5–1 mm zem PCB apakšas.

Netīrs šķidrums: cietvielu saturs 10%) uzlabo mitrināmību, bet palielina nosēdumu risku, tāpēc nepieciešama atbilstoša tīrīšana.

Lodēšanas katla temperatūrā 245–255 ℃ ātrums ir 1,2–1,8 m/min; biezām vara PCB caurumu aizpildīšanai nepieciešams 1 m/min.

Bezsvina lodēšana: uzgaļa temperatūra 350–380 ℃, kontakta laiks ≤3 s. Pārmērīgs karstums izraisa kontaktdakšu atdalīšanos vai svina oksidēšanos.

Optiskās izlīdzināšanas sistēmas (±25 μm precizitāte) ar lodēšanas armatūru nodrošina

Uzkarsē līdz 150–180 ℃, apstrādes temperatūrai 320–350 ℃, gaisa ātrumam 4–6 (20–30 l/min), lai izvairītos no svina deformācijas.

Ūdens šķīdums: videi draudzīgs, bet nepieciešama augsta temperatūra (60–80 ℃), korozijas risks; Šķīdinātājs (piemēram, NMP): efektīvs, bet nepieciešams sprādziendrošs aprīkojums, GOS ierobežojumi.

IPC-TM-650: jonu atlikumi ＜1,5 μg/cm² NaCl ekvivalents, virsmas izolācijas pretestība ＞10⁹Ω.

Ātrdarbīga AOI aptver ≥95% no 0402 komponentu defektiem, >98% QFP tiltu/trūkstošo vadu gadījumā, bet cīnās ar BGA iekšējām tukšumiem.

Mikrofokusa rentgena starojums sasniedz 5 μm izšķirtspēju, atklājot 0,3 mm soļa BGA savienojumus un 20 slāņu PCB iekšpusi.

Augstas precizitātes IKT nosaka atvērumus zem 0,1 Ω, ar naglu kontakta pretestību

IPC-J-STD-033: MSL 3. līmeņa komponenti ≤168 stundas pie 30 ℃/60% relatīvā mitruma; ja tas ir pārsniegts, cepiet 125 ℃ temperatūrā 4–8 stundas.

0603 savienojumi: minimālais vilkšanas spēks ≥1,5 N; QFP izvadi: bīdes spēks ≥5 N saskaņā ar IPC-9701.

IPC-A-600: ≤1,5%; ar BGA saliktas PCB plates ≤0,7%, lai novērstu sausus savienojumus.

CMOS ierīcēm ir HBM jutība

Materiālu izmaksas 40–50 %, apstrāde (ieskaitot nolietojumu) 30–40 %, pārbaude 10–20 %. Vienības izmaksas par 30–50 % augstākas nekā masveida ražošanai.