Perhimpunan PCB

PCBA ialah singkatan bagi Printed Circuit Board Assembly, merujuk kepada proses pematerian komponen elektronik pada PCB untuk membentuk sistem litar yang lengkap. Ia merupakan langkah penting dalam pembuatan produk elektronik.

Terutamanya Teknologi Melalui Lubang (THT), Teknologi Pemasangan Permukaan (SMT) dan teknologi hibrid. THT memateri komponen dengan wayar yang dimasukkan melalui lubang, SMT memateri komponen terus pada permukaan PCB dan teknologi hibrid menggabungkan kedua-duanya.

Langkah-langkah termasuk penyediaan bahan, pemeriksaan PCB, SMT (pencetakan pes pateri, penempatan komponen, pematerian aliran semula), THT (pemprosesan plumbum, pematerian gelombang), kimpalan, ujian kualiti, pembersihan & salutan dan pemasangan akhir.

Ia menghubungkan komponen diskret mengikut reka bentuk, membolehkan fungsi seperti pemprosesan isyarat dan penukaran tenaga. Ia merupakan langkah utama untuk mengubah reka bentuk kepada produk fizikal.

Proses asasnya adalah serupa, tetapi ia diselaraskan mengikut kerumitan produk, jenis komponen, skala pengeluaran, dan sebagainya. Contohnya, produk berketepatan tinggi kelompok kecil mungkin menambah pemeriksaan manual, manakala pengeluaran besar-besaran memberi tumpuan kepada automasi.

THT ialah Teknologi Melalui Lubang, di mana komponen dengan wayar dimasukkan ke dalam lubang untuk pematerian. Kelebihan: kekuatan mekanikal yang tinggi, sesuai untuk komponen arus tinggi; Kekurangan: penggunaan ruang yang besar, kecekapan yang rendah.

SMT ialah Teknologi Pemasangan Permukaan, dengan kelebihan ketumpatan pemasangan yang tinggi, saiz komponen yang kecil, kesesuaian untuk pengeluaran automatik, kecekapan tinggi dan kos rendah.

Teknologi hibrid digunakan apabila produk perlu memanfaatkan kedua-dua kuasa tinggi/kekuatan mekanikal THT dan ketumpatan tinggi/saiz kecil SMT, seperti modul kuasa dengan kedua-dua induktor melalui lubang dan cip pelekap permukaan.

Dipengaruhi oleh kos komponen, kiraan/saiz/kerumitan proses lapisan PCB, kesukaran pemasangan, jumlah pengeluaran, keperluan pengujian, dsb. Kelompok yang lebih besar mengurangkan kos unit, manakala proses yang kompleks meningkatkan kos.

Elektronik pengguna: kos rendah, ketumpatan tinggi, pengecilan saiz; Kawalan perindustrian: kestabilan, anti-gangguan; Peranti perubatan: ketepatan dan kebolehpercayaan yang tinggi, memerlukan pematuhan ketat terhadap piawaian.

Bahan biasa seperti FR-4 (sifat elektrik/mekanikal yang baik untuk produk umum) dan CEM-1 (kos lebih rendah tetapi prestasi rendah). Pekali pengembangan haba mempengaruhi kebolehpercayaan sambungan pateri; perbezaan yang besar boleh menyebabkan masalah tekanan.

Pilih berdasarkan kerumitan litar: lapisan berganda untuk litar mudah, lapisan berbilang untuk litar kompleks. Lebih banyak lapisan menyediakan lebih banyak ruang penghalaan tetapi kos yang lebih tinggi, dengan keperluan yang lebih ketat untuk penjajaran lapisan.

PCB bersaiz besar melebihi had peralatan; PCB bersaiz kecil menyebabkan kesukaran pengendalian/pematerian, menjejaskan susun atur komponen dan pelesapan haba.

Saiz, bentuk dan jarak pad secara langsung mempengaruhi kualiti pematerian. Pad yang terlalu kecil menyebabkan sambungan kering; jarak yang terlalu dekat menyebabkan litar pintas terputus.

Perataan pateri udara panas (HASL): kos rendah tetapi kerataan yang lemah, menjejaskan pematerian pic halus; Emas rendaman nikel tanpa elektro (ENIG): kebolehpaterian yang baik, ketepatan tinggi, kos tinggi; Bahan pengawet kebolehpaterian organik (OSP): melindungi tembaga, kos sederhana, keperluan penyimpanan yang ketat.

Pemeriksaan visual (calar, ubah bentuk), prob terbang/ujian ICT (ketersambungan), analisis metalografi (struktur/penyaduran dalaman).

Pembersihan untuk menghilangkan kekotoran; PCB yang dirawat OSP perlu dibakar untuk menghilangkan kelembapan dan mencegah gelembung pematerian.

Fail reka bentuk seperti Gerber menentukan susun atur komponen dan kedudukan pad, berfungsi sebagai asas pemasangan bagi memastikan pematuhan reka bentuk.

Komponen tidak boleh dipasang, litar pintas/litar terbuka elektrik, gangguan isyarat, pelesapan haba yang lemah, yang membawa kepada kegagalan fungsi atau masalah prestasi.

Susun atur komponen yang munasabah (elakkan kawasan yang padat/sukar dicapai), reka bentuk pad yang dioptimumkan, keserasian SMT/THT, lubang kedudukan dan penghalaan untuk mengelakkan sudut tajam dan jejak yang panjang.

Pertimbangkan prestasi elektrik (pemadanan parameter), keserasian pakej dengan pad, kebolehpercayaan, kos dan kestabilan bekalan.

Pakej melalui lubang (cth., DIP) untuk THT, penggunaan ruang yang besar; Pakej pemasangan permukaan (cth., SOP/BGA) untuk SMT, ketumpatan tinggi tetapi kesukaran pematerian yang lebih tinggi (cth., BGA memerlukan kawalan suhu yang tepat).

Kebolehpaterian yang lemah menyebabkan sambungan kering dan pematerian palsu. Kabel teroksida/berminyak memerlukan rawatan awal (pembersihan, pengetinan).

Pematerian aliran semula sesuai untuk komponen SMT; pematerian gelombang sesuai untuk komponen SMT melalui lubang dan besar. Spesifikasi biasanya menyatakan proses yang serasi.

Masuk dahulu keluar dahulu (FIFO), suhu/kelembapan terkawal (20-25℃, 40%-60%RH), persampelan berkala dan pengujian/pengikisan komponen yang telah tamat tempoh/disyaki.

Fungsi litar yang tidak normal (parameter yang salah, kegagalan cip), litar pintas/beban berlebihan dan kerosakan pada PCB dan komponen lain.

Pemeriksaan visual (kerosakan, pengoksidaan plumbum), ujian parameter elektrik (multimeter/meter LCR) dan ujian fungsi komponen kritikal (cth., pengesahan pengaturcaraan cip).

Tekanan haba yang berlebihan boleh menyebabkan keretakan sambungan pateri dalaman dalam cip atau kerosakan dielektrik dalam kapasitor, yang membawa kepada hanyutan atau kegagalan parameter. Profil suhu dan masa mesti dikawal.

Simbol terkutub (contohnya, kapasitor ±, anak panah diod) ditanda pada pad PCB. Pemasangan manual memerlukan pengesahan visual; peralatan automatik memerlukan parameter kekutuban yang diprogramkan.

Memerlukan suhu/kelembapan terkawal (±2℃, 40%-60%RH) dan perlindungan ESD (lantai anti-statik, tali pergelangan tangan, pakaian kerja) untuk mengelakkan hanyutan parameter dan kerosakan ESD.

Prinsip: Pencetakan pes pateri → penempatan komponen → pemanasan untuk mencairkan pes → penyejukan untuk pateri. Profil suhu: Panaskan terlebih dahulu (1-3℃/s hingga 150-180℃), rendam (180-200℃, 60-120s), aliran semula (puncak 217-235℃, 30-90s), sejukkan (3-6℃/s).

Prinsip: Pateri cecair membentuk gelombang, dan wayar PCB dipateri apabila melaluinya. Sesuai untuk komponen SMT berlubang dan besar.

Aplikasi: Pembentukan prototaip, pembaikan dan kawasan yang sukar dicapai untuk automasi. Langkah berjaga-jaga: Besi pemateri 20-60W, wayar pateri 0.5-1.0mm, suhu 300-350℃, masa 3-5 saat, pra-pembersihan dan pasca-pemeriksaan.

Pilih mengikut proses: Pes pateri bebas plumbum (Sn-Ag-Cu, 217-227℃) untuk aliran semula; bar pateri berplumbum/bebas plumbum (Sn-Pb, 183℃ untuk berplumbum) untuk pematerian gelombang; dawai pateri untuk pematerian manual, dengan mengambil kira kebolehbasahan dan kos.

Kawalan parameter proses (profil suhu, masa pematerian), kalibrasi peralatan, latih kakitangan, gunakan bahan yang berkelayakan, pemeriksaan AOI/X-Ray dan kerja semula kecacatan yang tepat pada masanya.

Sambungan kering: Laraskan suhu, lanjutkan masa, bersihkan permukaan; Litar pintas: Kurangkan pateri, optimumkan reka bentuk; Penyambungan: Laraskan isipadu pes, profil suhu; Pateri tidak mencukupi: Tingkatkan pes, optimumkan proses; Pateri kasar: Tambah fluks, laraskan suhu.

Peranan: Menyingkirkan oksida, mengurangkan tegangan permukaan, meningkatkan kebolehbasahan. Jenis: Bukan organik (aktiviti tinggi, menghakis, memerlukan pembersihan), organik (aktiviti sederhana, kakisan rendah, memerlukan pembersihan), berasaskan rosin (biasa, tidak menghakis, tidak bersih). Pilih mengikut proses dan produk

Nilai Tg menentukan rintangan haba substrat. Standard FR-4 mempunyai Tg ~130-140℃, manakala bahan Tg tinggi (≥170℃) menahan puncak aliran balik 250℃, sekali gus mengurangkan risiko penyingkiran. Proses bebas plumbum memerlukan Tg≥150℃.

SMT Standard: 4/4mil (0.1/0.1mm); Proses HDI mencapai 2/2mil (0.05/0.05mm) dengan pendedahan ketepatan tinggi dan penyaduran kuprum tanpa elektro.

Ikuti IPC-7351: Lebar pad QFP +0.1-0.2mm vs. lebar plumbum; pad 0603 mengesyorkan 0.65×0.65mm untuk pes pateri 0.04-0.06mg setiap pad.

SAC305 dominan (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) cair pada 217℃, 34℃ lebih tinggi daripada Sn-Pb eutektik (183℃), memerlukan suhu aliran semula yang lebih tinggi.

Komponen 0402: stensil 0.12mm; pic 0.5mm BGA: stensil 0.1mm dengan bukaan pad 85% untuk mengelakkan bebola pateri.

IPC-A-610: Ofset pes pateri ≤25% daripada lebar pad; ≤0.1mm untuk QFP pic 0.4mm.

Mesin mewah (contohnya, Fuji NXT) mempunyai Cpk≥1.33, kebolehulangan XY ±25μm, ketepatan θ ±0.5°, sesuai untuk komponen 0201 dan BGA pic 0.3mm.

Tekanan penempatan MLCC: 0.3-0.5N (risiko keretakan pada tekanan yang lebih tinggi); petunjuk QFP: 0.8-1.2N untuk koplanari.

Optimumkan ketepatan peletakan (±0.05mm), pastikan isipadu pes pateri simetri, kadar tanjakan aliran semula ≤3℃/s untuk meminimumkan kecerunan suhu.

Panaskan terlebih dahulu (150-180℃): tanjakan 1-2℃/s; rendam (180-210℃): 60-90s; puncak aliran semula 245-255℃, ≥217℃ selama 60-90s; sejukkan 2-4℃/s.

Nitrogen (O₂＜500ppm) mengurangkan pengoksidaan dan meningkatkan kebolehbasahan, tetapi menambah 15-20% kepada kos proses, sesuai untuk aplikasi yang berkebolehpercayaan tinggi.

IPC-A-610 Kelas 3: Kawasan lompang ≤10% daripada kawasan bola pateri; aplikasi kritikal (cth., automotif) memerlukan ≤5%.

Pematerian gelombang berganda: Gelombang bergelora menenggelamkan ketebalan PCB 1/3-1/2; ketinggian gelombang licin 0.5-1mm di bawah bahagian bawah PCB.

Fluks tanpa bersih: kandungan pepejal 10%) meningkatkan kebolehbasahan tetapi meningkatkan risiko sisa, memerlukan pembersihan yang serasi.

Pada suhu periuk pateri 245-255℃, kelajuan 1.2-1.8m/min; PCB kuprum tebal memerlukan 1m/min untuk pengisian melalui.

Pematerian bebas plumbum: suhu hujung 350-380℃, masa sentuhan ≤3s. Haba yang berlebihan menyebabkan pengangkatan pad atau pengoksidaan plumbum.

Sistem penjajaran optik (ketepatan ±25μm) dengan lekapan reballing memastikan sisihan

Panaskan terlebih dahulu 150-180℃, suhu kerja semula 320-350℃, kelajuan udara 4-6 (20-30L/min) untuk mengelakkan ubah bentuk plumbum.

Akueus: mesra alam tetapi memerlukan suhu tinggi (60-80℃), risiko kakisan; Pelarut (cth., NMP): cekap tetapi memerlukan peralatan kalis letupan, sekatan VOC.

IPC-TM-650: Sisa ionik 10⁹Ω.

AOI berkelajuan tinggi meliputi ≥95% daripada kecacatan komponen 0402, ＞98% untuk penyambungan/petunjuk hilang QFP, tetapi bergelut dengan lompang dalaman BGA.

Sinar-X mikro-fokus mencapai resolusi 5μm, mengesan sambungan BGA pic 0.3mm dan bahagian dalam PCB 20 lapisan.

Pengesanan ICT berketepatan tinggi terbuka di bawah 0.1Ω, dengan rintangan sentuhan dasar paku

IPC-J-STD-033: Komponen MSL tahap 3 ≤168 jam pada 30℃/60%RH; bakar pada 125℃ selama 4-8 jam jika melebihi.

Sambungan 0603: daya tarik minimum ≥1.5N; Pendahulu QFP: daya ricih ≥5N, setiap IPC-9701.

IPC-A-600: ≤1.5%; PCB yang dipasang BGA ≤0.7% untuk mengelakkan sambungan kering.

Peranti CMOS mempunyai kepekaan HBM

Kos bahan 40-50%, pemprosesan (termasuk susut nilai) 30-40%, pemeriksaan 10-20%. Kos seunit 30-50% lebih tinggi daripada pengeluaran besar-besaran