Išsamus grandinių plokščių surinkimo vadovas

Grandinės plokštės surinkimas (CBA), taip pat žinomas kaip spausdintinės grandinės plokštės surinkimas (PCBA), yra elektroninių komponentų montavimo ant nuogos spausdintinės grandinės plokštės (PCB) procesas, siekiant sukurti funkcinę elektroninę grandinę. Tai yra esminis žingsnis gaminant praktiškai visus elektroninius prietaisus, nuo išmaniųjų telefonų ir nešiojamųjų kompiuterių iki pramoninės įrangos ir medicinos prietaisų.

Grandinės plokštės surinkimo proceso supratimas

CBA procesas apima daugybę žingsnių, kurių kiekvienam reikia tikslumo ir patirties. Štai tipiškų etapų apžvalga:

1. PCB gamyba

Nors techniškai tai nėra surinkimo proceso dalis, nuogos PCB kokybė tiesiogiai veikia surinkimo sėkmę. PCB gamyba apima fizinės plokštės sukūrimą su laidžiais takeliais, kontaktinėmis aikštelėmis ir jungiamaisiais kanalais pagal grandinės projektą. Dažniausiai naudojamos medžiagos yra FR-4, aliuminis ir lanksčiosios substratai. Gamintojai šiame etape turi laikytis griežtų leistinų nuokrypių ir kokybės kontrolės priemonių.

2. Lydmetalio pastos tepimas

Lydmetalio pasta, lydmetalio miltelių ir fliuso mišinys, tepama ant PCB kontaktinių aikštelių, kur bus montuojami komponentai. Tai galima padaryti naudojant trafaretinį spausdinimą, purškimą ar dozavimą. Trafaretinis spausdinimas yra labiausiai paplitęs metodas, apimantis ploną nerūdijančio plieno trafaretą su angomis, atitinkančiomis kontaktinių aikštelių vietas. Lydmetalio pasta paskleidžiama per trafaretą, deponuojant ją ant kontaktinių aikštelių. Lydmetalio pastos tepimo tikslumas ir konsistencija yra labai svarbūs patikimoms litavimo jungtims.

3. Komponentų išdėstymas

Šiame etape elektroniniai komponentai išdėstomi ant lydmetalio pasta padengtų kontaktinių aikštelių. Tai paprastai daroma naudojant automatinius komponentų paėmimo ir išdėstymo įrenginius, kurie yra užprogramuoti su komponentų vietomis ir orientacijomis. Šie įrenginiai paima komponentus iš tiektuvų ir tiksliai išdėsto juos ant plokštės. Rankinis išdėstymas kartais naudojamas dideliems arba keistos formos komponentams, tačiau automatinis išdėstymas yra pageidautinas dėl greičio ir tikslumo. Komponentų išdėstymo tvarka ir orientacija yra kruopščiai suplanuotos, siekiant optimizuoti litavimo procesą ir sumažinti galimas problemas.

4. Reflow litavimas

Reflow litavimas yra viso PCB surinkimo kaitinimo procesas, siekiant išlydyti lydmetalio pastą ir sukurti litavimo jungtis tarp komponentų ir plokštės. PCB praleidžiama per reflow krosnį, kuri vadovaujasi kruopščiai kontroliuojamu temperatūros profiliu. Profilį sudaro pašildymo, išlaikymo, reflow ir aušinimo etapai. Pašildymo etapas palaipsniui didina temperatūrą, kad komponentai nepatirtų terminio šoko. Išlaikymo etapas leidžia temperatūrai stabilizuotis visoje plokštėje. Reflow etapas kaitina lydmetalio pastą iki jos lydymosi temperatūros, sukuriant litavimo jungtis. Aušinimo etapas palaipsniui atvėsina plokštę, kad sutvirtėtų litavimo jungtys. Tikslus temperatūros valdymas ir profilio optimizavimas yra labai svarbūs norint pasiekti aukštos kokybės litavimo jungtis.

5. Kiaurymių litavimas (jei taikoma)

Jei PCB yra kiaurymių komponentų, jie paprastai lituojami po reflow litavimo proceso. Kiaurymių komponentai turi išvadus, kurie įkišami per skyles PCB ir lituojami priešingoje pusėje. Litavimas gali būti atliekamas rankiniu būdu naudojant lituoklius arba automatiškai naudojant bangų litavimo įrenginius. Bangų litavimas apima PCB praleidimą per išlydyto lydmetalio bangą, kuri sudrėkina išvadus ir kontaktines aikšteles, sukuriant litavimo jungtis. Atrankinis litavimas yra dar viena galimybė, kai lydmetalio tepamas tik ant konkrečių plokštės vietų. Kiaurymių litavimui reikia kruopščiai kontroliuoti temperatūrą ir lydmetalio tepimą, kad būtų užtikrintos patikimos litavimo jungtys.

6. Valymas

Po litavimo PCB surinkimą gali reikėti išvalyti, kad būtų pašalintos lydmetalio fliuso likučiai ir kiti teršalai. Fliuso likučiai gali koroduoti litavimo jungtis ir paveikti ilgalaikį surinkimo patikimumą. Valymas gali būti atliekamas naudojant įvairius metodus, įskaitant valymą vandeniu, valymą tirpikliais ir pusiau vandeninį valymą. Valymo metodo pasirinkimas priklauso nuo naudojamo fliuso tipo ir valymo reikalavimų. Būtina tinkamai išdžiovinti PCB surinkimą po valymo, kad būtų išvengta problemų, susijusių su drėgme.

7. Apžiūra

Apžiūra yra esminis CBA proceso žingsnis, siekiant užtikrinti, kad surinkimas atitiktų kokybės standartus. Dažnai atliekama vizualinė apžiūra, siekiant patikrinti, ar nėra akivaizdžių defektų, tokių kaip trūkstami komponentai, netinkamai išdėstyti komponentai ir lydmetalio tiltai. Automatinės optinės apžiūros (AOI) įrenginiai naudoja kameras ir vaizdo apdorojimo programinę įrangą, kad automatiškai apžiūrėtų PCB surinkimą dėl defektų. AOI gali aptikti įvairius defektus, įskaitant komponentų išdėstymo klaidas, litavimo jungčių defektus ir užteršimą. Rentgeno spindulių apžiūra gali būti naudojama litavimo jungtims, kurių nematyti optinės apžiūros metu, pavyzdžiui, rutulinių gardelių matricos (BGA) komponentams, patikrinti. Apžiūra padeda anksti nustatyti ir ištaisyti defektus, užkertant kelią brangiam perdarymui ar gedimams vietoje.

8. Testavimas

Testavimas atliekamas siekiant patikrinti PCB surinkimo funkcionalumą. Grandinės testavimas (ICT) naudoja "lova iš vinių" įrenginį, kad pasiektų testavimo taškus ant PCB ir išmatuotų elektrines grandinės charakteristikas. ICT gali aptikti trumpus jungimus, atvirus jungimus ir komponentų reikšmių klaidas. Funkcinis testavimas imituoja PCB surinkimo veikimo aplinką, siekiant patikrinti, ar jis veikia taip, kaip numatyta. Funkcinis testavimas gali būti pritaikytas konkrečioms funkcijoms ar savybėms patikrinti. Testavimas padeda nustatyti ir ištaisyti funkcinius defektus prieš PCB surinkimą išsiunčiant klientui. Kiti testavimo metodai apima skraidančio zondo testavimą ir ribinį skenavimo testavimą.

9. Programavimas (jei taikoma)

Jei PCB surinkime yra programuojamų įrenginių, tokių kaip mikrovaldikliai ar atminties mikroschemos, juos gali reikėti užprogramuoti programine įranga arba programine įranga. Tai galima padaryti naudojant programavimą sistemoje (ISP) arba išorinius programuotojus. ISP leidžia programuoti įrenginius, kai jie sumontuoti ant PCB. Išoriniams programuotojams reikia, kad įrenginiai būtų pašalinti iš PCB programavimui. Programavimas užtikrina, kad PCB surinkimas veiktų pagal numatytą projektą.

10. Konforminė danga (pasirinktinai)

Konforminė danga yra plonos apsauginės dangos tepimas ant PCB surinkimo, siekiant apsaugoti jį nuo aplinkos veiksnių, tokių kaip drėgmė, dulkės ir chemikalai. Konforminė danga gali pagerinti PCB surinkimo patikimumą ir tarnavimo laiką, ypač atšiaurioje aplinkoje. Galimi įvairūs konforminių dangų tipai, įskaitant akrilinę, epoksidinę, silikoninę ir poliuretaninę. Konforminės dangos pasirinkimas priklauso nuo taikymo reikalavimų ir veikimo aplinkos. Konforminė danga gali būti tepama panardinant, purškiant arba teptuku.

11. Galutinė apžiūra ir pakavimas

Paskutinis CBA proceso žingsnis yra galutinė apžiūra, siekiant užtikrinti, kad surinkimas atitiktų visus reikalavimus. Tada PCB surinkimas supakuojamas siuntimui klientui. Tinkamas pakavimas yra būtinas, siekiant apsaugoti surinkimą nuo pažeidimų transportavimo metu.

Paviršinio montavimo technologija (SMT) prieš kiaurymių technologiją

Dvi pagrindinės technologijos naudojamos grandinių plokščių surinkime: paviršinio montavimo technologija (SMT) ir kiaurymių technologija.

Paviršinio montavimo technologija (SMT)

SMT apima komponentų montavimą tiesiai ant PCB paviršiaus. SMT komponentai turi išvadus arba galus, kurie yra lituojami tiesiai prie PCB kontaktinių aikštelių. SMT siūlo keletą pranašumų, palyginti su kiaurymių technologija, įskaitant mažesnį komponentų dydį, didesnį komponentų tankį ir mažesnes gamybos sąnaudas. SMT yra dominuojanti technologija šiuolaikiniame grandinių plokščių surinkime.

Kiaurymių technologija

Kiaurymių technologija apima komponentų įkišimą per skyles PCB ir išvadų litavimą priešingoje pusėje. Kiaurymių komponentai yra didesni ir tvirtesni nei SMT komponentai. Kiaurymių technologija dažnai naudojama komponentams, kuriems reikalingas didelis mechaninis stiprumas arba kurie išskiria didelį šilumos kiekį. Nors mažiau paplitusi nei SMT, kiaurymių technologija išlieka svarbi konkrečioms programoms.

Pagrindiniai aspektai grandinių plokščių surinkime

Keli veiksniai turi įtakos grandinių plokščių surinkimo sėkmei. Štai keletas pagrindinių aspektų:

Projektavimas gamybai (DFM)

DFM apima PCB projektavimą ir komponentų pasirinkimą atsižvelgiant į gamybą. DFM aspektai apima komponentų išdėstymą, kontaktinių aikštelių projektavimą, takelių vedimą ir PCB pagaminamumą. Tinkamas DFM gali pagerinti derlių, patikimumą ir surinkimo proceso ekonomiškumą. Pavyzdžiui, užtikrinus pakankamą atstumą tarp komponentų, galima išvengti lydmetalio tiltų ir palengvinti automatinę apžiūrą.

Komponentų pasirinkimas

Tinkamų komponentų pasirinkimas yra labai svarbus PCB surinkimo funkcionalumui, veikimui ir patikimumui. Renkantis komponentus reikėtų atsižvelgti į tokius veiksnius kaip elektrinės charakteristikos, tolerancija, temperatūros diapazonas ir prieinamumas. Būtina naudoti komponentus iš patikimų gamintojų ir užtikrinti, kad komponentai atitiktų pramonės standartus. Apsvarstykite komponentų gyvavimo ciklą ir planuokite galimas pasenimo problemas. Pasaulinis komponentų tiekimas gali suteikti ekonominių pranašumų, tačiau reikalauja kruopštaus tiekimo grandinės valdymo.

Lydmetalio pastos pasirinkimas

Lydmetalio pastos pasirinkimas priklauso nuo komponentų tipo, reflow litavimo proceso ir valymo reikalavimų. Lydmetalio pasta yra įvairių lydinių, dalelių dydžių ir fliuso tipų. Lydmetalio pastos be švino vis dažniau naudojamos siekiant laikytis aplinkosaugos reikalavimų. Tinkamos lydmetalio pastos pasirinkimas yra būtinas norint pasiekti aukštos kokybės litavimo jungtis. Reikėtų atsižvelgti į lydmetalio pastos lydymosi temperatūrą, drėkinimo savybes ir tinkamumo laiką.

Reflow profilio optimizavimas

Reflow profilio optimizavimas yra labai svarbus norint pasiekti patikimas litavimo jungtis. Reflow profilis apibrėžia reflow litavimo proceso temperatūros ir laiko parametrus. Profilis turi būti pritaikytas konkretiems komponentams, lydmetalio pastai ir PCB projektui. Netinkami reflow profiliai gali sukelti litavimo jungčių defektus, tokius kaip nepakankamas drėkinimas, lydmetalio rutuliukai ir tuštumos. Stebėti ir koreguoti reflow profilį yra būtina norint išlaikyti nuoseklią litavimo jungčių kokybę. Terminio profiliavimo įranga naudojama PCB temperatūrai matuoti reflow proceso metu.

Kokybės kontrolė

Patikima kokybės kontrolės programa yra būtina norint užtikrinti PCB surinkimo kokybę ir patikimumą. Kokybės kontrolės priemonės turėtų būti įgyvendinamos visame surinkimo procese, nuo PCB gamybos iki galutinės apžiūros. Statistinis proceso valdymas (SPC) gali būti naudojamas surinkimo procesui stebėti ir valdyti. Reguliarūs auditai ir apžiūros gali padėti nustatyti ir ištaisyti galimas problemas. Personalo mokymas ir sertifikavimas yra būtini norint išlaikyti aukštus kokybės standartus.

Pramonės standartai ir reglamentai

Grandinės plokščių surinkimo pramonę reglamentuoja įvairūs standartai ir reglamentai. Laikytis šių standartų ir reglamentų yra labai svarbu norint užtikrinti PCB surinkimo kokybę, patikimumą ir saugą.

IPC standartai

IPC (Elektronikos pramonės asociacija) kuria ir skelbia standartus elektronikos pramonei, įskaitant grandinių plokščių surinkimo standartus. IPC standartai apima įvairius surinkimo proceso aspektus, įskaitant projektavimą, gamybą, surinkimą ir apžiūrą. Kai kurie pagrindiniai IPC standartai, skirti grandinių plokščių surinkimui, apima:

• IPC-A-610: Elektroninių surinkimų tinkamumas
• IPC-7711/7721: Elektroninių surinkimų perdarymas, modifikavimas ir taisymas
• IPC J-STD-001: Elektros ir elektroninių surinkimų litavimo reikalavimai

RoHS atitiktis

RoHS (Pavojingų medžiagų naudojimo apribojimas) yra Europos Sąjungos direktyva, ribojanti tam tikrų pavojingų medžiagų naudojimą elektros ir elektroninėje įrangoje. RoHS atitiktis yra būtina produktams, parduodamiems Europos Sąjungoje. Ribojamos medžiagos apima šviną, gyvsidabrį, kadmį, šešiavalentį chromą, polibromintus bifenilus (PBB) ir polibromintus difenilo eterius (PBDE). Daugelis kitų šalių priėmė panašius reglamentus.

REACH reglamentas

REACH (Cheminių medžiagų registracija, įvertinimas, autorizacija ir apribojimas) yra Europos Sąjungos reglamentas, reguliuojantis cheminių medžiagų naudojimą produktuose. REACH reikalauja, kad gamintojai registruotų chemines medžiagas, naudojamas savo produktuose, ir pateiktų informaciją apie pavojus ir riziką, susijusią su tomis cheminėmis medžiagomis. REACH atitiktis yra būtina produktams, parduodamiems Europos Sąjungoje.

ISO standartai

ISO (Tarptautinė standartizacijos organizacija) kuria ir skelbia tarptautinius standartus įvairioms pramonės šakoms, įskaitant elektronikos pramonę. ISO 9001 yra plačiai pripažintas kokybės valdymo sistemų standartas. ISO 14001 yra aplinkosaugos valdymo sistemų standartas. Sertifikavimas pagal ISO standartus gali parodyti įsipareigojimą kokybei ir atsakomybei už aplinką.

Grandinės plokščių surinkimo tendencijos

Grandinės plokščių surinkimo pramonė nuolat tobulėja. Štai keletas pagrindinių tendencijų, formuojančių pramonę:

Miniatiūrizavimas

Mažesnių ir kompaktiškesnių elektroninių prietaisų poreikis skatina miniatiūrizavimo tendenciją grandinių plokščių surinkime. Tam reikia naudoti mažesnius komponentus, smulkesnį žingsnio litavimą ir pažangias surinkimo technikas. Tokios technologijos kaip lustas ant plokštės (COB) ir sistema pakete (SiP) naudojamos tolesniam elektroninių prietaisų miniatiūrizavimui.

Automatizavimas

Automatizavimas vis dažniau naudojamas grandinių plokščių surinkime, siekiant pagerinti efektyvumą, tikslumą ir pralaidumą. Automatiniai komponentų paėmimo ir išdėstymo įrenginiai, reflow krosnys ir apžiūros sistemos tampa vis sudėtingesnės ir pajėgesnės. Robotikos ir dirbtinio intelekto naudojimas toliau automatizuoja surinkimo procesą. Automatizavimas gali sumažinti darbo sąnaudas ir pagerinti surinkimo kokybę bei nuoseklumą.

Pažangi pakavimo technologija

Kuriamos pažangios pakavimo technologijos, siekiant pagerinti elektroninių prietaisų veikimą ir patikimumą. Šios technologijos apima 3D pakavimą, plokštelių lygmens pakavimą ir ventiliatoriaus išvedimo plokštelių lygmens pakavimą. Pažangus pakavimas leidžia pasiekti didesnį komponentų tankį, trumpesnius jungtis ir geresnį šilumos valdymą. Pažangus pakavimas naudojamas tokiose programose kaip mobilieji įrenginiai, didelio našumo skaičiavimas ir automobilių elektronika.

Litavimas be švino

Lydmetalio be švino naudojimas tampa vis labiau paplitęs dėl aplinkosaugos reglamentų. Lydmetalio litavimui be švino reikia skirtingų lydmetalio lydinių, reflow profilių ir valymo metodų nei litavimui su švinu. Litavimas be švino gali kelti iššūkių, tokių kaip padidėjęs tuštumų susidarymas ir sumažėjęs litavimo jungčių stiprumas. Tačiau litavimas be švino tampa standartine praktika pramonėje.

Atsekamumas

Atsekamumas tampa vis svarbesnis grandinių plokščių surinkime, siekiant sekti komponentus ir surinkimus visame gamybos procese. Atsekamumas leidžia identifikuoti defektinius komponentus ir surinkimus ir gali padėti pagerinti elektroninių prietaisų kokybę ir patikimumą. Atsekamumas gali būti įgyvendintas naudojant brūkšninių kodų skaitymą, RFID žymėjimą ir duomenų valdymo sistemas.

Pasaulinis grandinių plokščių surinkimo kraštovaizdis

Grandinės plokščių surinkimas yra pasaulinė pramonė, kurios gamybos įmonės yra įsikūrusios daugelyje šalių visame pasaulyje. Kinija yra didžiausia grandinių plokščių gamintoja, po jos seka kitos Azijos šalys, tokios kaip Taivanas, Pietų Korėja ir Vietnamas. Jungtinės Amerikos Valstijos ir Europa taip pat turi reikšmingų grandinių plokščių surinkimo pramonės šakų.

Tokie veiksniai kaip darbo sąnaudos, medžiagų sąnaudos ir vyriausybės reglamentai turi įtakos grandinių plokščių surinkimo įmonių vietai. Įmonės dažnai nusprendžia perduoti savo grandinių plokščių surinkimą rangos gamintojams (CM) arba elektronikos gamybos paslaugų (EMS) teikėjams. CM ir EMS teikėjai siūlo įvairias paslaugas, įskaitant PCB gamybą, komponentų tiekimą, surinkimą, testavimą ir pakavimą.

Grandinės plokščių surinkimo partnerio pasirinkimas

Tinkamo grandinės plokštės surinkimo partnerio pasirinkimas yra labai svarbus jūsų projekto sėkmei. Štai keletas veiksnių, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis partnerį:

• Patirtis ir kompetencija: Ieškokite partnerio, turinčio patirties surenkant panašius PCB tipus ir naudojant technologijas, reikalingas jūsų projektui.
• Kokybės kontrolė: Įsitikinkite, kad partneris turi patikimą kokybės kontrolės programą ir yra sertifikuotas pagal atitinkamus pramonės standartus, tokius kaip ISO 9001 ir IPC standartai.
• Įranga ir technologijos: Patikrinkite, ar partneris turi reikiamą įrangą ir technologijas jūsų projektui valdyti, įskaitant automatinius komponentų paėmimo ir išdėstymo įrenginius, reflow krosnis ir apžiūros sistemas.
• Komunikacija ir bendradarbiavimas: Pasirinkite partnerį, kuris yra reaguojantis, komunikabilus ir norintis bendradarbiauti su jumis viso surinkimo proceso metu.
• Kaina ir pristatymo laikas: Apsvarstykite partnerio siūlomą kainą ir pristatymo laiką ir įsitikinkite, kad jie atitinka jūsų biudžetą ir grafiko reikalavimus.
• Geografinė vieta: Apsvarstykite partnerio geografinę vietą ir galimą poveikį siuntimo išlaidoms ir pristatymo laikui.

Išvada

Grandinės plokščių surinkimas yra sudėtingas ir svarbus elektroninių prietaisų gamybos procesas. Suprasti skirtingas technologijas, procesus ir aspektus, susijusius su CBA, yra būtina norint užtikrinti jūsų produktų kokybę, patikimumą ir veikimą. Laikydamiesi geriausios praktikos, laikydamiesi pramonės standartų ir pasirinkdami tinkamą surinkimo partnerį, galite sėkmingai surinkti grandinės plokštes ir pateikti savo elektroninius produktus į rinką.

Šis vadovas pateikia išsamią grandinės plokščių surinkimo apžvalgą. Tobulėjant technologijoms, svarbu nuolat atnaujinti informaciją apie naujausias tendencijas ir naujoves pramonėje, kad išlaikytumėte konkurencinį pranašumą. Raginame jus toliau mokytis ir tyrinėti žavų grandinės plokščių surinkimo pasaulį.