PCBA是英文Printed Circuit Board Assembly的缩写。也就是说,PCB空白板通过SMT生产过程实施焊接过程。
1、PCBA生产环境
1、大规模环境控制:
温度:20 ~ 26相对湿度:45% ~ 70%
2、小型环境ESD控制:
1)仓库、车间要求:在地板上铺防静电材料,在工作台上铺防静电橡胶,并贴上静电接地扣(1m 10%)。
2)工作人员要求:进入车间需要穿防静电衣服、鞋子、帽子,接触产品需要戴静电环和防静电手套。
3)必须满足旋转箱、包装用泡棉、泡沫袋、ESD要求。
4)设备泄漏电压小于0.5V,接地阻抗小于6,钎焊烙铁接地阻抗小于20,设备需要评估外部独立接地线。
二、材料管理要求
1、材料要求:
1)PCB存储周期大于3个月,应烤成120、2H ~ 4H。
2)BGA、IC针包装材料潮湿,易发生回流焊接质量异常,应提前烤好。
3)检查湿度卡:显示的值必须小于20%(蓝色),30%(红色)表示IC有吸湿性。
2、配件要求:
通常使用63/37的Sn - Pb石膏。石膏应存放在温度2~ 8的冰箱里,使用前4 ~ 8小时,原则上不要超过48小时。
三、SMT技术特点
1,SMT,全称Surface Mounting Technology,中文是表面安装技术。就是在PCB上直接组装SMD部件。该部件具有极高的布线密度,优点是减少连接线路,提高了电气性能。其简单的生产过程是:顶板印刷贴片回流焊AOI检查收纳板
2、SMT安装工艺分为单面和双面、混合工艺
1)剖面安装过程如下图所示
2)双面附着过程如下图所示
3)剖面混合过程如下图所示
4、SMT生产实用工艺简介
1、打印注释糊
将铅膏均匀地打印在PCB的铅板上,准备部件焊接,以便补丁部件在PCB对应的焊板重新焊接时达到良好的电气连接。使用的设备是SMT生产线最前面的印刷机。(威廉莎士比亚、印刷机、印刷机、印刷机、印刷机、印刷机、印刷机、印刷机)
首先制造铁丝网。铁丝网是石膏的模板,将石膏涂在铁丝网上一层,在刮刀的作用下,将锡均匀地涂在各焊盘上。铁丝网图如下图所示
主要控制点:应根据钢网窗要求、PCB厚度、钢网厚度、孔和引线的间距等因素向外延伸钢网窗,以填充50%的孔。如果放大到2毫米以下,就要拉动铅膏,填满洞。大卫亚设(David Assell),你知道吗?(Northern Exposure)。
2、贴片
贴片机:“表面贴装系统”(Surface Mount System),在生产线中,它配置位于SMT生产线中印刷机的后面,是通过移动贴装头将片式元器件准确的贴装到印好锡膏或贴片胶的PCB表面相应的位置的一种设备。
贴片机按照功能可分为高速机和泛用机两种类型:
高速机:适用于贴装小型大批量的元器件:如电容,电阻等。
泛用机:适用于贴装异性的或精密度高的元件:如QFP,BGA,SOT,SOP,PLCC等。
贴片机设备图如下图所示。
设计文件PCB图里有坐标文件,标示每一个元器件在电路板上的坐标。SMT工程师转化为贴片程序录入到贴片机的操作软件里。电路板通过传送带送到贴片机里去的,元器件在料带里。贴片机能够通过机械臂上的摄像头来识别电路板和元器件的,并把料带中元器件拾取,精准的摆放到印刷好的PCB上。主要原因是电路板上也会设计有mark点为基准点,摄像头能够根据mark点对边焊盘的中心坐标位置,找到元器件所在的位置。
3、回流焊
回流焊是英文Reflow Soldring的直译,是通过熔化电路板焊盘上的锡膏,实现表面组装元器件焊端与PCB焊盘之间机械与电气连接,形成电气回路。
回流焊作为SMT生产中的关键工序,合理的温度曲线设置是保证回流焊质量的关键。不恰当的温度曲线会使PCB板出现焊接不全、虚焊、元件翘立、焊锡球过多等焊接缺陷。
回流焊接的过程分为以下四步
1)当PCB进入升温区时,锡膏中的溶剂、气体蒸发掉,同时,锡膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚,锡膏软化、塌落、覆盖了焊盘,将焊盘、元器件引脚与氧气隔离。
2)PCB进入保温区时,使PCB和元器件得到充分的预热,以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件。
3)当PCB进入焊接区时,温度迅速上升使焊膏达到熔化状态,液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点。
4)PCB进入冷却区,使焊点凝固此时完成了回流焊。
SMT回流焊的峰值温度,有铅的成份为:锡:63%,铅:37%,熔点一般为183.峰值为205--230,而无铅的是:锡96.5%;银:3%;铜:0.5%,所以熔点高一般为:217,峰值为:245---250 ; 一般的峰值温度应该比锡膏的正常熔点温度要高出约25~30°C,才能顺利的完成焊接作业。
四、AOI自动光学检测仪,通过提前拍摄一张标准照片代替人工目视,核对后面电路板的设备,检测焊接后的组件有无焊接不良,如立碑,位移,空焊等。
五、清洗:其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。
六、测试
1、ICT测试,检测元器件本身特性是否良好,测试出NG和OK品分开放置,测试OK的板需贴上ICT测试标签并与泡棉隔开。
2、FCT测试,检测整个电路板功能是否良好,测试出NG和OK品分开放置,测试OK的板需贴上FCT测试标签并与泡棉隔开。需做测试报表,报表上序列号应于PCB板上的序列号对应,NG品请即使送往维修并做好不良品`维修报表。
七、返修:其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。
八、QC目检
人工专检重点项目:按IPC610上标准,PCBA上IC、二极管、三极管、钽电容、铝电容、开关等有方向的元器件方向是否正确;焊接后的缺陷:短路、开路、假件、假焊。
九、包装出货
使用防静电气泡袋包装,再用泡棉包装,以防止受外力减少缓冲,泡棉多出PCBA 5cm以上,且使用胶纸固定包装,使用静电胶箱出货,产品中间增加隔板。胶箱叠放不可压到PCBA,胶箱内部干净,外箱标示清晰。
十、总结
SMT已目前是最流行电子产品组装方式之一,精度由以前的毫米级提高到目前的微米级, SMT组件也逐渐向轻薄短小化方向发展。SMT的制程难度不断加深,制程技术也逐渐走向成熟,其中关键在于电子元器件的焊点质量决定了PCBA板的质量。因此需求经验丰富电子工艺工程师解决现场品质问题。
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