पीसीबी असेंब्ली

PCBA हे प्रिंटेड सर्किट बोर्ड असेंब्लीचे संक्षिप्त रूप आहे, जे संपूर्ण सर्किट सिस्टम तयार करण्यासाठी PCB वर इलेक्ट्रॉनिक घटक सोल्डर करण्याच्या प्रक्रियेचा संदर्भ देते. इलेक्ट्रॉनिक उत्पादन निर्मितीमध्ये हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे.

प्रामुख्याने थ्रू-होल टेक्नॉलॉजी (THT), सरफेस माउंट टेक्नॉलॉजी (SMT) आणि हायब्रिड टेक्नॉलॉजी. THT सोल्डर घटक छिद्रांमधून लीड्स घालून, SMT सोल्डर घटक थेट PCB पृष्ठभागावर आणि हायब्रिड तंत्रज्ञान दोन्ही एकत्र करते.

पायऱ्यांमध्ये मटेरियल तयार करणे, पीसीबी तपासणी, एसएमटी (सोल्डर पेस्ट प्रिंटिंग, घटक प्लेसमेंट, रिफ्लो सोल्डरिंग), टीएचटी (लीड प्रोसेसिंग, वेव्ह सोल्डरिंग), वेल्डिंग, गुणवत्ता चाचणी, साफसफाई आणि कोटिंग आणि अंतिम असेंब्ली यांचा समावेश आहे.

हे डिझाइननुसार स्वतंत्र घटकांना जोडते, ज्यामुळे सिग्नल प्रोसेसिंग आणि ऊर्जा रूपांतरण यासारखी कार्ये सक्षम होतात. डिझाइनचे भौतिक उत्पादनांमध्ये रूपांतर करण्यासाठी हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे.

मूलभूत प्रक्रिया सारखीच आहे, परंतु ती उत्पादनाची जटिलता, घटक प्रकार, उत्पादन प्रमाण इत्यादींनुसार समायोजित केली जाते. उदाहरणार्थ, लहान-बॅच उच्च-परिशुद्धता उत्पादने मॅन्युअल तपासणी जोडू शकतात, तर मोठ्या प्रमाणात उत्पादन ऑटोमेशनवर लक्ष केंद्रित करते.

THT म्हणजे थ्रू-होल टेक्नॉलॉजी, जिथे सोल्डरिंगसाठी छिद्रांमध्ये लीड्स असलेले घटक घातले जातात. फायदे: उच्च यांत्रिक शक्ती, उच्च-विद्युत प्रवाह घटकांसाठी योग्य; तोटे: मोठी जागा व्यापणे, कमी कार्यक्षमता.

एसएमटी ही सरफेस माउंट टेक्नॉलॉजी आहे, ज्यामध्ये उच्च असेंब्ली घनता, लहान घटक आकार, स्वयंचलित उत्पादनासाठी उपयुक्तता, उच्च कार्यक्षमता आणि कमी खर्चाचे फायदे आहेत.

जेव्हा उत्पादनांना THT ची उच्च शक्ती/यांत्रिक शक्ती आणि SMT ची उच्च घनता/लहान आकार, जसे की थ्रू-होल इंडक्टर्स आणि सरफेस-माउंट चिप्स असलेले पॉवर मॉड्यूल्स, दोन्हीचा वापर करावा लागतो तेव्हा हायब्रिड तंत्रज्ञान वापरले जाते.

घटकांच्या किमती, पीसीबी लेयरची संख्या/आकार/प्रक्रियेची जटिलता, असेंब्लीची अडचण, उत्पादनाचे प्रमाण, चाचणी आवश्यकता इत्यादींचा प्रभाव पडतो. मोठ्या बॅचेसमुळे युनिटचा खर्च कमी होतो, तर जटिल प्रक्रियांचा खर्च वाढतो.

ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स: कमी किंमत, उच्च घनता, लघुकरण; औद्योगिक नियंत्रण: स्थिरता, हस्तक्षेप-विरोधी; वैद्यकीय उपकरणे: उच्च अचूकता आणि विश्वासार्हता, मानकांचे कठोर पालन आवश्यक आहे.

सामान्य साहित्य जसे की FR-4 (सामान्य उत्पादनांसाठी चांगले विद्युत/यांत्रिक गुणधर्म) आणि CEM-1 (कमी खर्चाचे परंतु निकृष्ट कामगिरी). थर्मल एक्सपेंशन गुणांक सोल्डर जॉइंटच्या विश्वासार्हतेवर परिणाम करतो; मोठ्या फरकांमुळे ताण समस्या उद्भवू शकतात.

सर्किटच्या जटिलतेवर आधारित निवडा: साध्या सर्किटसाठी डबल-लेयर, जटिल सर्किटसाठी मल्टी-लेयर. अधिक लेयर्स अधिक राउटिंग स्पेस प्रदान करतात परंतु जास्त खर्च येतो, लेयर अलाइनमेंटसाठी कठोर आवश्यकता असतात.

जास्त आकाराचे पीसीबी उपकरणांच्या मर्यादेपेक्षा जास्त असतात; कमी आकाराचे पीसीबी हाताळणी/सोल्डरिंगमध्ये अडचणी निर्माण करतात, ज्यामुळे घटकांच्या लेआउटवर आणि उष्णता नष्ट होण्यावर परिणाम होतो.

पॅडचा आकार, आकार आणि अंतर थेट सोल्डरिंगच्या गुणवत्तेवर परिणाम करतात. खूप लहान पॅडमुळे सांधे कोरडे होतात; खूप जवळच्या अंतरामुळे ब्रिजिंग शॉर्ट सर्किट होतात.

हॉट एअर सोल्डर लेव्हलिंग (HASL): कमी किमतीचे पण खराब सपाटपणा, ज्यामुळे फाइन-पिच सोल्डरिंगवर परिणाम होतो; इलेक्ट्रोलेस निकेल इमर्सन गोल्ड (ENIG): चांगली सोल्डरबिलिटी, उच्च अचूकता, उच्च किंमत; ऑरगॅनिक सोल्डरबिलिटी प्रिझर्व्हेटिव्ह (OSP): तांब्याचे संरक्षण, मध्यम किंमत, कडक स्टोरेज आवश्यकता.

दृश्य तपासणी (स्क्रॅच, विकृती), फ्लाइंग प्रोब/आयसीटी चाचणी (कनेक्टिव्हिटी), मेटॅलोग्राफिक विश्लेषण (अंतर्गत रचना/प्लेटिंग).

अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी स्वच्छता; ओलावा काढून टाकण्यासाठी आणि सोल्डरिंग बुडबुडे टाळण्यासाठी ओएसपी-ट्रीट केलेल्या पीसीबींना बेकिंगची आवश्यकता असते.

गर्बर सारख्या डिझाइन फाइल्स घटक लेआउट आणि पॅड पोझिशन्स निर्दिष्ट करतात, जे डिझाइन अनुपालन सुनिश्चित करण्यासाठी असेंब्लीसाठी आधार म्हणून काम करतात.

घटक स्थापित करता येत नाहीत, इलेक्ट्रिकल शॉर्ट-सर्किट/ओपन-सर्किट, सिग्नल इंटरफेरन्स, खराब उष्णता नष्ट होणे, ज्यामुळे कार्यात्मक बिघाड किंवा कार्यप्रदर्शन समस्या उद्भवतात.

वाजवी घटक मांडणी (दाट/पोहोचण्यास कठीण क्षेत्रे टाळा), ऑप्टिमाइझ केलेले पॅड डिझाइन, SMT/THT सुसंगतता, पोझिशनिंग होल आणि तीक्ष्ण कोन आणि लांब खुणा टाळण्यासाठी राउटिंग.

विद्युत कामगिरी (पॅरामीटर जुळणी), पॅडसह पॅकेज सुसंगतता, विश्वासार्हता, किंमत आणि पुरवठा स्थिरता विचारात घ्या.

THT साठी थ्रू-होल पॅकेजेस (उदा., DIP), मोठ्या जागेचा वापर; SMT साठी सरफेस-माउंट पॅकेजेस (उदा., SOP/BGA), उच्च घनता परंतु जास्त सोल्डरिंग अडचण (उदा., BGA ला अचूक तापमान नियंत्रण आवश्यक आहे).

कमी सोल्डरिंगमुळे सांधे कोरडे होतात आणि खोटे सोल्डरिंग होते. ऑक्सिडाइज्ड/तेलकट लीड्सना प्रीट्रीटमेंट (स्वच्छता, टिनिंग) आवश्यक असते.

रिफ्लो सोल्डरिंग एसएमटी घटकांना अनुकूल आहे; वेव्ह सोल्डरिंग थ्रू-होल आणि मोठ्या एसएमटी घटकांना अनुकूल आहे. स्पेसिफिकेशनमध्ये सहसा सुसंगत प्रक्रिया दर्शविल्या जातात.

प्रथम-आत-प्रथम-बाहेर (FIFO), नियंत्रित तापमान/आर्द्रता (२०-२५℃, ४०%-६०%RH), नियमित नमुने घेणे आणि कालबाह्य/संशयास्पद घटकांची चाचणी/स्क्रॅपिंग.

असामान्य सर्किट फंक्शन (चुकीचे पॅरामीटर्स, चिप फेल्युअर), शॉर्ट सर्किट/ओव्हरलोड आणि पीसीबी आणि इतर घटकांचे नुकसान.

दृश्य तपासणी (नुकसान, शिशाचे ऑक्सिडेशन), इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर चाचणी (मल्टीमीटर/एलसीआर मीटर), आणि गंभीर घटकांची कार्यात्मक चाचणी (उदा. चिप प्रोग्रामिंग पडताळणी).

जास्त थर्मल स्ट्रेसमुळे चिप्समध्ये अंतर्गत सोल्डर जॉइंट क्रॅक होऊ शकतात किंवा कॅपेसिटरमध्ये डायलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन होऊ शकते, ज्यामुळे पॅरामीटर ड्रिफ्ट किंवा बिघाड होऊ शकतो. तापमान प्रोफाइल आणि वेळ नियंत्रित करणे आवश्यक आहे.

ध्रुवीकृत चिन्हे (उदा., कॅपेसिटर ±, डायोड बाण) पीसीबी पॅडवर चिन्हांकित केलेली असतात. मॅन्युअल स्थापनेसाठी दृश्य पडताळणी आवश्यक असते; स्वयंचलित उपकरणांना प्रोग्राम केलेले ध्रुवीयता पॅरामीटर्स आवश्यक असतात.

पॅरामीटर ड्रिफ्ट आणि ESD नुकसान टाळण्यासाठी नियंत्रित तापमान/आर्द्रता (±2℃, 40%-60%RH) आणि ESD संरक्षण (अँटी-स्टॅटिक फ्लोअरिंग, मनगटाचे पट्टे, कामाचे कपडे) आवश्यक आहे.

तत्व: सोल्डर पेस्ट प्रिंटिंग → घटक प्लेसमेंट → पेस्ट वितळण्यासाठी गरम करणे → सोल्डरमध्ये थंड करणे. तापमान प्रोफाइल: प्रीहीट (१-३℃/सेकंद ते १५०-१८०℃), सोक (१८०-२००℃, ६०-१२०s), रिफ्लो (पीक २१७-२३५℃, ३०-९०s), थंड (३-६℃/सेकंद).

तत्व: द्रव सोल्डर एक लाट तयार करतो आणि पीसीबी लीड्समधून जाताना सोल्डर केले जातात. थ्रू-होल आणि मोठ्या एसएमटी घटकांसाठी योग्य.

अनुप्रयोग: ऑटोमेशनसाठी प्रोटोटाइपिंग, दुरुस्ती आणि पोहोचण्यास कठीण क्षेत्रे. खबरदारी: सोल्डरिंग आयर्न २०-६० वॅट, सोल्डर वायर ०.५-१.० मिमी, तापमान ३००-३५०℃, वेळ ३-५ सेकंद, पूर्व-साफसफाई आणि तपासणीनंतर.

प्रक्रियेनुसार निवडा: रिफ्लोसाठी लीड-फ्री सोल्डर पेस्ट (Sn-Ag-Cu, 217-227℃); वेव्ह सोल्डरिंगसाठी लीडेड/लीड-फ्री सोल्डर बार (Sn-Pb, 183℃); वेटॅबिलिटी आणि खर्च लक्षात घेऊन मॅन्युअल सोल्डरिंगसाठी सोल्डर वायर.

प्रक्रिया पॅरामीटर्स (तापमान प्रोफाइल, सोल्डरिंग वेळ) नियंत्रित करा, उपकरणे कॅलिब्रेट करा, कर्मचाऱ्यांना प्रशिक्षण द्या, पात्र साहित्य वापरा, AOI/एक्स-रे तपासणी करा आणि दोषांचे वेळेवर पुनर्निर्माण करा.

कोरडे सांधे: तापमान समायोजित करा, वेळ वाढवा, पृष्ठभाग स्वच्छ करा; शॉर्ट सर्किट: सोल्डर कमी करा, डिझाइन ऑप्टिमाइझ करा; ब्रिजिंग: पेस्ट व्हॉल्यूम, तापमान प्रोफाइल समायोजित करा; अपुरे सोल्डर: पेस्ट वाढवा, प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ करा; रफ सोल्डर: फ्लक्स जोडा, तापमान समायोजित करा.

भूमिका: ऑक्साईड काढून टाकणे, पृष्ठभागावरील ताण कमी करणे, ओलेपणा सुधारणे. प्रकार: अजैविक (उच्च क्रियाकलाप, संक्षारक, साफसफाईची आवश्यकता असते), सेंद्रिय (मध्यम क्रियाकलाप, कमी गंज, साफसफाईची आवश्यकता असते), रोझिन-आधारित (सामान्य, संक्षारक नसलेले, स्वच्छ नसलेले). प्रक्रिया आणि उत्पादनानुसार निवडा.

Tg मूल्य सब्सट्रेट उष्णता प्रतिरोधकता निश्चित करते. मानक FR-4 मध्ये Tg ~130-140℃ आहे, तर उच्च-Tg (≥170℃) सामग्री 250℃ च्या रिफ्लो शिखरांना तोंड देते, ज्यामुळे डिलेमिनेशनचा धोका कमी होतो. शिसे-मुक्त प्रक्रियांसाठी Tg≥150℃ आवश्यक आहे.

मानक SMT: 4/4mil (0.1/0.1mm); HDI प्रक्रिया उच्च-परिशुद्धता एक्सपोजर आणि इलेक्ट्रोलेस कॉपर प्लेटिंगसह 2/2mil (0.05/0.05mm) साध्य करतात.

IPC-7351 चे अनुसरण करा: QFP पॅडची रुंदी +0.1-0.2 मिमी विरुद्ध शिशाची रुंदी; 0603 पॅड प्रति पॅड 0.04-0.06mg सोल्डर पेस्टसाठी 0.65×0.65 मिमी शिफारस करतात.

प्रमुख SAC305 (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) 217℃ वर वितळते, जे Sn-Pb युटेक्टिक (183℃) पेक्षा 34℃ जास्त आहे, ज्यामुळे उच्च रिफ्लो तापमान आवश्यक असते.

०४०२ घटक: ०.१२ मिमी स्टेन्सिल; ०.५ मिमी पिच बीजीए: सोल्डर बॉल टाळण्यासाठी ८५% पॅड ओपनिंगसह ०.१ मिमी स्टेन्सिल.

IPC-A-610: सोल्डर पेस्ट ऑफसेट पॅड रुंदीच्या ≤25%; 0.4 मिमी पिच QFP साठी ≤0.1 मिमी.

उच्च दर्जाच्या मशीन्समध्ये (उदा., Fuji NXT) Cpk≥1.33, XY रिपीटेबिलिटी ±25μm, θ अचूकता ±0.5°, 0201 घटकांसाठी योग्य आणि 0.3mm पिच BGA आहे.

एमएलसीसी प्लेसमेंट प्रेशर: ०.३-०.५ एन (जास्त दाबाने क्रॅक होण्याचा धोका); क्यूएफपी लीड्स: कोप्लॅनॅरिटीसाठी ०.८-१.२ एन.

प्लेसमेंट अचूकता ऑप्टिमाइझ करा (±0.05 मिमी), सममितीय सोल्डर पेस्ट व्हॉल्यूम सुनिश्चित करा, तापमान ग्रेडियंट कमी करण्यासाठी रिफ्लो रॅम्प रेट ≤3℃/s.

प्रीहीट (१५०-१८०℃): १-२℃/सेकंद रॅम्प; सोक (१८०-२१०℃): ६०-९०s; रिफ्लो पीक २४५-२५५℃, ६०-९०s साठी ≥२१७℃; थंड २-४℃/सेकंद.

नायट्रोजन (O₂＜500ppm) ऑक्सिडेशन कमी करते आणि ओलेपणा सुधारते, परंतु प्रक्रिया खर्चात 15-20% वाढवते, जे उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगांसाठी योग्य आहे.

IPC-A-610 वर्ग 3: सोल्डर बॉल क्षेत्राच्या ≤10% रिक्त क्षेत्र; महत्त्वाच्या अनुप्रयोगांसाठी (उदा., ऑटोमोटिव्ह) ≤5% आवश्यक आहे.

डबल-वेव्ह सोल्डरिंग: टर्ब्युलंट वेव्ह १/३-१/२ पीसीबी जाडीने बुडते; पीसीबी तळाशी गुळगुळीत वेव्हची उंची ०.५-१ मिमी.

स्वच्छ नसलेला प्रवाह: घन पदार्थ १०%) ओलेपणा सुधारतो परंतु अवशेषांचा धोका वाढवतो, ज्यामुळे सुसंगत स्वच्छता आवश्यक असते.

२४५-२५५℃ सोल्डर पॉट तापमानावर, वेग १.२-१.८ ​​मीटर/मिनिट; जाड तांब्याच्या पीसीबीला व्हाया फिलिंगसाठी १ मीटर/मिनिट आवश्यक आहे.

शिसे-मुक्त सोल्डरिंग: ३५०-३८०℃ टिप तापमान, ≤३s संपर्क वेळ. जास्त उष्णतेमुळे पॅड उचलणे किंवा शिसे ऑक्सिडेशन होते.

रीबॉलिंग फिक्स्चरसह ऑप्टिकल अलाइनमेंट सिस्टम (±25μm अचूकता) सोल्डर बॉल आणि पॅडमध्ये

शिशाचे विकृतीकरण टाळण्यासाठी १५०-१८०℃ प्रीहीट करा, पुन्हा काम करण्याचे तापमान ३२०-३५०℃, हवेचा वेग ४-६ (२०-३०L/मिनिट).

जलीय: पर्यावरणपूरक परंतु उच्च तापमान (60-80℃) आवश्यक आहे, गंजण्याचा धोका आहे; सॉल्व्हेंट (उदा., NMP): कार्यक्षम परंतु स्फोट-प्रतिरोधक उपकरणे, VOC निर्बंध आवश्यक आहेत.

IPC-TM-650: आयनिक अवशेष 10⁹Ω.

हाय-स्पीड AOI ०४०२ घटक दोषांपैकी ≥९५%, QFP ब्रिजिंग/गहाळ लीड्ससाठी ~९८% कव्हर करते, परंतु BGA अंतर्गत रिक्ततेशी संघर्ष करते.

मायक्रो-फोकस एक्स-रे 5μm रिझोल्यूशन प्राप्त करतो, 0.3 मिमी पिच BGA जॉइंट्स आणि 20-लेयर PCB इंटीरियर शोधतो.

उच्च-परिशुद्धता आयसीटी डिटेक्ट ०.१Ω च्या खाली उघडतात, ज्यामध्ये बेड-ऑफ-नखे संपर्क प्रतिरोध

IPC-J-STD-033: MSL पातळी 3 घटक ≤168 तास 30℃/60%RH वर; ओलांडल्यास 125℃ वर 4-8 तास बेक करा.

०६०३ सांधे: किमान पुल फोर्स ≥१.५N; QFP लीड्स: कातरण्याचे बल ≥५N, IPC-९७०१ नुसार.

IPC-A-600: ≤1.5%; कोरडे सांधे टाळण्यासाठी BGA-असेम्बल केलेले PCBs ≤0.7%.

CMOS उपकरणांमध्ये HBM संवेदनशीलता

साहित्याचा खर्च ४०-५०%, प्रक्रिया (घसारा समावेश) ३०-४०%, तपासणी १०-२०%. मोठ्या प्रमाणात उत्पादनापेक्षा युनिटचा खर्च ३०-५०% जास्त