Pag-assemble ng PCB

Ang PCBA ay ang pagpapaikli ng Printed Circuit Board Assembly, na tumutukoy sa proseso ng paghihinang ng mga elektronikong bahagi sa isang PCB upang bumuo ng isang kumpletong sistema ng circuit. Ito ay isang mahalagang hakbang sa paggawa ng mga produktong elektroniko.

Pangunahin na ang Through-Hole Technology (THT), Surface Mount Technology (SMT), at hybrid technology. Ang THT ay naghihinang ng mga bahaging may mga lead na ipinapasok sa mga butas, ang SMT naman ay direktang naghihinang ng mga bahagi sa ibabaw ng PCB, at ang hybrid technology ay pinagsasama ang pareho.

Kabilang sa mga hakbang ang paghahanda ng materyal, inspeksyon ng PCB, SMT (pag-imprenta ng solder paste, paglalagay ng component, reflow soldering), THT (pagproseso ng lead, wave soldering), hinang, pagsusuri sa kalidad, paglilinis at patong, at pangwakas na pag-assemble.

Pinag-uugnay nito ang mga hiwalay na bahagi ayon sa disenyo, na nagbibigay-daan sa mga tungkulin tulad ng pagproseso ng signal at pagpapalit ng enerhiya. Ito ang mahalagang hakbang upang baguhin ang disenyo tungo sa mga pisikal na produkto.

Ang pangunahing proseso ay magkatulad, ngunit ito ay inaayos ayon sa pagiging kumplikado ng produkto, mga uri ng bahagi, laki ng produksyon, atbp. Halimbawa, ang mga produktong may mataas na katumpakan sa maliliit na batch ay maaaring magdagdag ng manu-manong inspeksyon, habang ang malawakang produksyon ay nakatuon sa automation.

Ang THT ay isang Through-Hole Technology, kung saan ang mga bahaging may mga lead ay ipinapasok sa mga butas para sa paghihinang. Mga Kalamangan: mataas na mekanikal na lakas, angkop para sa mga bahaging may mataas na kuryente; Mga Disbentaha: malaking espasyo, mababang kahusayan.

Ang SMT ay Surface Mount Technology, na may mga bentahe ng mataas na densidad ng pag-assemble, maliit na laki ng component, kaangkupan para sa automated na produksyon, mataas na kahusayan, at mababang gastos.

Ginagamit ang hybrid na teknolohiya kapag kailangang gamitin ng mga produkto ang parehong mataas na lakas/mekanikal na lakas ng THT at ang mataas na densidad/maliit na laki ng SMT, tulad ng mga power module na may parehong through-hole inductor at surface-mount chips.

Naiimpluwensyahan ng mga gastos sa bahagi, bilang/laki/kumplikado ng proseso ng PCB layer, kahirapan sa pag-assemble, dami ng produksyon, mga kinakailangan sa pagsubok, atbp. Binabawasan ng mas malalaking batch ang mga gastos sa yunit, habang pinapataas ng mga kumplikadong proseso ang mga gastos.

Mga elektronikong pangkonsumo: mababang gastos, mataas na densidad, pagpapaliit; Kontrol sa industriya: katatagan, anti-panghihimasok; Mga aparatong medikal: mataas na katumpakan at pagiging maaasahan, na nangangailangan ng mahigpit na pagsunod sa mga pamantayan.

Mga karaniwang materyales tulad ng FR-4 (magandang katangiang elektrikal/mekanikal para sa mga pangkalahatang produkto) at CEM-1 (mas mababang gastos ngunit mas mababang pagganap). Ang koepisyent ng thermal expansion ay nakakaapekto sa pagiging maaasahan ng solder joint; ang malalaking pagkakaiba ay maaaring magdulot ng mga isyu sa stress.

Pumili batay sa kasalimuotan ng circuit: double-layer para sa mga simpleng circuit, multi-layer para sa mga masalimuot. Ang mas maraming layer ay nagbibigay ng mas maraming espasyo sa pagruruta ngunit mas mataas ang gastos, na may mas mahigpit na mga kinakailangan para sa pagkakahanay ng layer.

Ang mga PCB na napakalaki ay lumalampas sa mga limitasyon ng kagamitan; ang mga maliliit ay nagdudulot ng mga problema sa paghawak/paghihinang, na nakakaapekto sa layout ng mga bahagi at pagkalat ng init.

Ang laki, hugis, at pagitan ng mga pad ay direktang nakakaapekto sa kalidad ng paghihinang. Ang napakaliit na pad ay nagiging sanhi ng tuyong mga kasukasuan; ang napakalapit na pagitan ay humahantong sa mga maikling circuit.

Pagpapatag ng hot air solder (HASL): mababang gastos ngunit hindi gaanong patag, na nakakaapekto sa fine-pitch soldering; Electroless nickel immersion gold (ENIG): mahusay na solderability, mataas na katumpakan, mataas na gastos; Organic solderability preservative (OSP): pinoprotektahan ang tanso, katamtamang gastos, mahigpit na mga kinakailangan sa pag-iimbak.

Biswal na inspeksyon (mga gasgas, deformasyon), pagsubok sa lumilipad na probe/ICT (koneksyon), pagsusuring metalograpikal (panloob na istruktura/kalupkop).

Paglilinis upang maalis ang mga dumi; Ang mga OSP-treated PCB ay kailangang i-bake upang maalis ang kahalumigmigan at maiwasan ang mga bula ng paghihinang.

Tinutukoy ng mga design file tulad ng Gerber ang layout ng component at mga posisyon ng pad, na nagsisilbing batayan para sa assembly upang matiyak ang pagsunod sa disenyo.

Hindi mai-install ang mga bahagi, may mga short-circuit/open-circuit na elektrikal, signal interference, mahinang heat dissipation, na humahantong sa mga pagkabigo sa paggana o mga isyu sa performance.

Makatwirang layout ng component (iwasan ang mga siksik/mahirap abutin na lugar), na-optimize na disenyo ng pad, SMT/THT compatibility, mga butas sa pagpoposisyon, at pagruruta upang maiwasan ang matatalim na anggulo at mahahabang bakas.

Isaalang-alang ang pagganap ng kuryente (pagtutugma ng parameter), pagiging tugma ng pakete sa mga pad, pagiging maaasahan, gastos, at katatagan ng supply.

Mga paketeng through-hole (hal., DIP) para sa THT, malaking espasyo; Mga paketeng surface-mount (hal., SOP/BGA) para sa SMT, mataas ang densidad ngunit mas mahirap ang paghihinang (hal., ang BGA ay nangangailangan ng tumpak na kontrol sa temperatura).

Ang mahinang kakayahang maghinang ay nagdudulot ng tuyong mga kasukasuan at maling paghihinang. Ang mga oxidized/oiled na lead ay nangangailangan ng paunang paggamot (paglilinis, pag-tin).

Ang reflow soldering ay angkop para sa mga bahaging SMT; ang wave soldering ay angkop para sa mga bahaging through-hole at malalaking bahaging SMT. Karaniwang nakasaad sa mga detalye ang mga prosesong magkatugma.

Unang-papasok-unang-labas (FIFO), kontroladong temperatura/humidity (20-25℃, 40%-60%RH), regular na pagkuha ng sample, at pagsusuri/pag-scrap ng mga expired/pinaghihinalaang sangkap.

Hindi normal na paggana ng circuit (maling mga parameter, pagpalya ng chip), mga short circuit/overload, at pinsala sa PCB at iba pang mga bahagi.

Biswal na inspeksyon (pinsala, oksihenasyon ng lead), pagsubok sa mga parameter ng kuryente (multimeter/LCR meter), at pagsubok sa paggana ng mga kritikal na bahagi (hal., beripikasyon ng chip programming).

Ang labis na thermal stress ay maaaring magdulot ng pagbitak ng internal solder joint sa mga chips o dielectric breakdown sa mga capacitor, na humahantong sa parameter drift o pagkabigo. Dapat kontrolin ang temperature profile at oras.

Ang mga simbolong polarized (hal., capacitor ±, mga arrow ng diode) ay minarkahan sa mga PCB pad. Ang manu-manong pag-install ay nangangailangan ng biswal na beripikasyon; ang awtomatikong kagamitan ay nangangailangan ng mga nakaprogramang parameter ng polarity.

Nangangailangan ng kontroladong temperatura/humidity (±2℃, 40%-60%RH) at proteksyon ng ESD (anti-static na sahig, mga strap ng pulso, damit pangtrabaho) upang maiwasan ang parameter drift at pinsala sa ESD.

Prinsipyo: Pag-imprenta ng solder paste → paglalagay ng bahagi → pagpapainit upang matunaw ang paste → paglamig upang maghinang. Profile ng temperatura: Painitin muna (1-3℃/s hanggang 150-180℃), ibabad (180-200℃, 60-120s), reflow (peak 217-235℃, 30-90s), palamigin (3-6℃/s).

Prinsipyo: Ang likidong panghinang ay bumubuo ng isang alon, at ang mga lead ng PCB ay ibinebenta kapag dumadaan dito. Angkop para sa mga through-hole at malalaking bahagi ng SMT.

Mga Aplikasyon: Paggawa ng prototyping, pagkukumpuni, at mga lugar na mahirap abutin para sa automation. Mga Pag-iingat: Panghinang na bakal 20-60W, alambreng panghinang 0.5-1.0mm, temperatura 300-350℃, oras 3-5 segundo, bago ang paglilinis, at pagkatapos ng inspeksyon.

Pumili ayon sa proseso: Lead-free solder paste (Sn-Ag-Cu, 217-227℃) para sa reflow; leaded/lead-free solder bars (Sn-Pb, 183℃ para sa leaded) para sa wave soldering; solder wire para sa manual soldering, isinasaalang-alang ang pagkabasa at gastos.

Kontrolin ang mga parametro ng proseso (profile ng temperatura, oras ng paghihinang), i-calibrate ang kagamitan, sanayin ang mga tauhan, gumamit ng mga kwalipikadong materyales, inspeksyon ng AOI/X-Ray, at napapanahong pagsasaayos ng mga depekto.

Tuyong dugtong: Ayusin ang temperatura, pahabain ang oras, linisin ang mga ibabaw; Short circuit: Bawasan ang panghinang, i-optimize ang disenyo; Bridging: Ayusin ang dami ng paste, profile ng temperatura; Hindi sapat na panghinang: Dagdagan ang paste, i-optimize ang proseso; Rough solder: Magdagdag ng flux, ayusin ang temperatura.

Mga Tungkulin: Pag-alis ng mga oksido, pagbabawas ng tensyon sa ibabaw, pagpapabuti ng pagkabasa. Mga Uri: Inorganic (mataas na aktibidad, kinakaing unti-unti, nangangailangan ng paglilinis), organic (katamtamang aktibidad, mababang kinakaing unti-unti, nangangailangan ng paglilinis), rosin-based (karaniwan, hindi kinakaing unti-unti, hindi malinis). Pumili ayon sa proseso at produkto

Ang halaga ng Tg ang nagtatakda ng resistensya sa init ng substrate. Ang karaniwang FR-4 ay may Tg na ~130-140℃, habang ang mga materyales na may mataas na Tg (≥170℃) ay nakakayanan ang mga reflow peak na 250℃, na binabawasan ang panganib ng delamination. Ang mga prosesong walang lead ay nangangailangan ng Tg na ≥150℃.

Karaniwang SMT: 4/4mil (0.1/0.1mm); Nakakamit ng mga prosesong HDI ang 2/2mil (0.05/0.05mm) na may mataas na katumpakan na pagkakalantad at electroless copper plating.

Sundin ang IPC-7351: Lapad ng QFP pad +0.1-0.2mm kumpara sa lapad ng lead; Ang 0603 pads ay nagrerekomenda ng 0.65×0.65mm para sa 0.04-0.06mg solder paste bawat pad.

Ang dominanteng SAC305 (96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu) ay natutunaw sa 217℃, 34℃ na mas mataas kaysa sa Sn-Pb eutectic (183℃), na nangangailangan ng mas mataas na temperatura ng reflow.

Mga bahaging 0402: 0.12mm stencil; 0.5mm pitch BGA: 0.1mm stencil na may 85% na bukana ng pad upang maiwasan ang mga bolang panghinang.

IPC-A-610: Offset ng solder paste na ≤25% ng lapad ng pad; ≤0.1mm para sa 0.4mm pitch QFP.

Ang mga high-end na makina (hal., Fuji NXT) ay may Cpk≥1.33, XY repeatability ±25μm, θ accuracy ±0.5°, angkop para sa mga 0201 component at 0.3mm pitch BGA.

Presyon ng pagkakalagay ng MLCC: 0.3-0.5N (panganib ng pagbitak sa mas mataas na presyon); Mga QFP lead: 0.8-1.2N para sa coplanarity.

I-optimize ang katumpakan ng paglalagay (±0.05mm), tiyaking simetriko ang dami ng solder paste, reflow ramp rate na ≤3℃/s upang mabawasan ang gradient ng temperatura.

Painitin muna (150-180℃): 1-2℃/s rampa; ibabad (180-210℃): 60-90s; reflow peak 245-255℃, ≥217℃ sa loob ng 60-90s; palamigin sa 2-4℃/s.

Binabawasan ng nitroheno (O₂＜500ppm) ang oksihenasyon at pinapabuti ang pagkabasa, ngunit nagdaragdag ng 15-20% sa mga gastos sa proseso, na angkop para sa mga aplikasyon na may mataas na pagiging maaasahan.

IPC-A-610 Klase 3: Lugar na walang laman na ≤10% ng lawak ng bolang panghinang; ang mga kritikal na aplikasyon (hal., sasakyan) ay nangangailangan ng ≤5%.

Dobleng alon na paghihinang: Ang magulong alon ay lumulubog sa 1/3-1/2 kapal ng PCB; makinis na taas ng alon ay 0.5-1mm sa ibaba ng ilalim ng PCB.

Walang malinis na flux: nilalaman ng solid 10%) ay nagpapabuti sa pagkabasa ngunit nagpapataas ng panganib ng residue, na nangangailangan ng compatible na paglilinis.

Sa temperatura ng solder pot na 245-255℃, ang bilis ay 1.2-1.8m/min; ang makapal na copper PCB ay nangangailangan ng 1m/min para sa via filling.

Paghihinang walang tingga: 350-380℃ temperatura ng dulo, ≤3 segundong oras ng pagdikit. Ang sobrang init ay nagiging sanhi ng pag-angat ng pad o oksihenasyon ng tingga.

Ang mga optical alignment system (±25μm na katumpakan) na may mga reballing fixture ay nagsisiguro ng

Painitin muna sa 150-180℃, baguhin ang temperatura sa 320-350℃, bilis ng hangin 4-6 (20-30L/min) upang maiwasan ang deformasyon ng tingga.

May tubig: eco-friendly ngunit nangangailangan ng mataas na temperatura (60-80℃), panganib ng kalawang; Solvent (hal., NMP): mabisa ngunit nangangailangan ng kagamitang hindi sumasabog, mga paghihigpit sa VOC.

IPC-TM-650: Ionic residue 10⁹Ω.

Sinasaklaw ng high-speed AOI ang ≥95% ng mga depekto sa component na 0402, ＞98% para sa mga QFP bridging/missing leads, ngunit nahihirapan sa mga internal voids ng BGA.

Nakakamit ng Micro-focus X-Ray ang 5μm na resolusyon, na nakakadetekta ng 0.3mm pitch na mga BGA joint at 20-layer na mga interior ng PCB.

Ang high-precision ICT detects ay bumubukas sa mga oras na mas mababa sa 0.1Ω, na may contact resistance na

IPC-J-STD-033: Mga sangkap na MSL level 3 ≤168 oras sa 30℃/60%RH; ihurno sa 125℃ sa loob ng 4-8 oras kung lumampas.

0603 mga kasukasuan: pinakamababang puwersa ng paghila ≥1.5N; Mga QFP leads: puwersa ng paggupit ≥5N, bawat IPC-9701.

IPC-A-600: ≤1.5%; Mga PCB na binuo ng BGA ≤0.7% upang maiwasan ang mga tuyong dugtungan.

Ang mga CMOS device ay may HBM sensitivity na

Gastos sa materyales 40-50%, pagproseso (kasama ang pamumura) 30-40%, inspeksyon 10-20%. Ang gastos sa bawat yunit ay 30-50% na mas mataas kaysa sa maramihang produksyon.