PCBA是英文Printed Circuit Board +Assembly 的简称,也就是说PCB空板经过SMT生产工艺,实现焊接的工艺过程。
一、PCBA生产环境
1、大环境管控:
温度:20℃~26℃相对湿度:45%~70%
2、小环境ESD管控:
1)仓库、车间要求:地面铺设防静电材料,操作台铺设防静电胶皮,并接静电接地扣(1MΩ±10%);
2)员工要求:进入车间需穿防静电衣、鞋、帽,接触产品需佩戴静电环和防静电手套;
3)周转箱、包装用泡棉、气泡袋,需要符合ESD要求;
4)设备漏电压小于0.5V,对地阻抗小于6Ω,烙铁对地阻抗小于20Ω,设备需评估外引独立接地线。
二、物料管制要求
1、物料要求:
1)PCB存储周期大于3个月,需使用120℃,2H~4H烘烤。
2)BGA、IC管脚封装材料易受潮,容易发生回流焊接品质异常,需提前进行烘烤。
3)检查湿度卡:显示值应少于20%(蓝色),如> 30%(红色),表示IC已吸湿气。
2、辅料要求:
常用普通的63/37的Sn–Pb锡膏。锡膏须在温度2℃~8℃冰箱中保存,使用前应确保回温时间4~8小时,原则上不超过48小时。
三、SMT工艺技术的特点
1、SMT ,全称Surface Mounting Technology,中文为表面贴装技术。就是在PCB上直接装配SMD的零件,优点是其有极高的布线密度,并且缩短连接线路,提高电气性能。其简易生产流程为上板→印刷→贴片→回流焊→AOI检测→收板
2、SMT贴装流程分单面和 双面、混装工艺
1)单面贴装工艺流程如下图所示
2)双面贴装工艺流程如下图所示
3)单面混装工艺流程如下图所示
四、SMT生产实用工艺简介
1、印刷锡膏
将焊膏均匀印刷到PCB的焊盘上,为元器件的焊接做准备,以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘再回流焊接时,达到良好的电器连接,所用设备为印刷机,位于SMT生产线的最前端。
先制作钢网。钢网就是锡膏的模版,把锡膏在钢网上刷一层,在刮刀的作用下将锡均匀的涂覆在各焊盘上。钢网图如下图所示
关键控制点:钢网开窗要求,为了达到50%的孔填充,应根据PCB厚度、钢网的厚度、孔与引线的间隙等因素决定,钢网开窗必须外扩,外扩只要不超过2mm,焊膏都会拉回来,填充到孔中。
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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