一文帶你快速掌握PCBA的生產工藝,明白電子產品如何製造出來的

PCBA是英文Printed Circuit Board +Assembly 的簡稱,也就是說PCB空板經過SMT生產工藝,實現焊接的工藝過程。

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一、PCBA生產環境

1、大環境管控:

溫度:20℃~26℃相對溼度:45%~70%

2、小環境ESD管控:

1)倉庫、車間要求:地面鋪設防靜電材料,操作檯鋪設防靜電膠皮,並接靜電接地扣(1MΩ±10%);

2)員工要求:進入車間需穿防靜電衣、鞋、帽,接觸產品需佩戴靜電環和防靜電手套;

3)週轉箱、包裝用泡棉、氣泡袋,需要符合ESD要求;

4)裝置漏電壓小於0。5V,對地阻抗小於6Ω,烙鐵對地阻抗小於20Ω,裝置需評估外引獨立接地線。

二、物料管制要求

1、物料要求:

1)PCB儲存週期大於3個月,需使用120℃,2H~4H烘烤。

2)BGA、IC管腳封裝材料易受潮,容易發生迴流焊接品質異常,需提前進行烘烤。

3)檢查溼度卡:顯示值應少於20%(藍色),如> 30%(紅色),表示IC已吸溼氣。

2、輔料要求:

常用普通的63/37的Sn——Pb錫膏。錫膏須在溫度2℃~8℃冰箱中儲存,使用前應確保回溫時間4~8小時,原則上不超過48小時。

三、SMT工藝技術的特點

1、SMT ,全稱Surface Mounting Technology,中文為表面貼裝技術。

就是在PCB上直接裝配SMD的零件,優點是其有極高的佈線密度,並且縮短連線線路,提高電氣效能。其簡易生產流程為上板→印刷→貼片→迴流焊→AOI檢測→收板

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2、SMT貼裝流程分單面和 雙面、混裝工藝

1)單面貼裝工藝流程如下圖所示

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2)雙面貼裝工藝流程如下圖所示

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3)單面混裝工藝流程如下圖所示

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四、SMT生產實用工藝簡介

1、印刷錫膏

將焊膏均勻印刷到PCB的焊盤上,為元器件的焊接做準備,以保證貼片元器件與PCB相對應的焊盤再回流焊接時,達到良好的電器連線,所用裝置為印刷機,位於SMT生產線的最前端。

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先製作鋼網。鋼網就是錫膏的模版,把錫膏在鋼網上刷一層,在刮刀的作用下將錫均勻的塗覆在各焊盤上。鋼網圖如下圖所示

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關鍵控制點:

鋼網開窗要求,為了達到50%的孔填充,應根據PCB厚度、鋼網的厚度、孔與引線的間隙等因素決定,鋼網開窗必須外擴,外擴只要不超過2mm,焊膏都會拉回來,填充到孔中。

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2、貼片

貼片機:“表面貼裝系統”(Surface Mount System),在生產線中,它配置位於SMT生產線中印刷機的後面,是透過移動貼裝頭將片式元器件準確的貼裝到印好錫膏或貼片膠的PCB表面相應的位置的一種裝置。

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貼片機按照功能可分為高速機和泛用機兩種型別:

高速機:適用於貼裝小型大批次的元器件:如電容,電阻等。

泛用機:適用於貼裝異性的或精密度高的元件:如QFP,BGA,SOT,SOP,PLCC等。

貼片機裝置圖如下圖所示。

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設計檔案PCB圖裡有座標檔案,標示每一個元器件在電路板上的座標。SMT工程師轉化為貼片程序錄入到貼片機的操作軟體裡。電路板透過傳送帶送到貼片機裡去的,元器件在料帶裡。貼片機能夠透過機械臂上的攝像頭來識別電路板和元器件的,並把料帶中元器件拾取,精準的擺放到印刷好的PCB上。主要原因是電路板上也會設計有mark點為基準點,攝像頭能夠根據mark點對邊焊盤的中心座標位置,找到元器件所在的位置。

3、迴流焊

迴流焊是英文Reflow Soldring的直譯,是透過熔化電路板焊盤上的錫膏,實現表面組裝元器件焊端與PCB焊盤之間機械與電氣連線,形成電氣迴路。

迴流焊作為SMT生產中的關鍵工序,合理的溫度曲線設定是保證迴流焊質量的關鍵。不恰當的溫度曲線會使PCB板出現焊接不全、虛焊、元件翹立、焊錫球過多等焊接缺陷。

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迴流焊接的過程分為以下四步

1)當PCB進入升溫區時,錫膏中的溶劑、氣體蒸發掉,同時,錫膏中的助焊劑潤溼焊盤、元器件端頭和引腳,錫膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤,將焊盤、元器件引腳與氧氣隔離。

2)PCB進入保溫區時,使PCB和元器件得到充分的預熱,以防PCB突然進入焊接高溫區而損壞PCB和元器件。

3)當PCB進入焊接區時,溫度迅速上升使焊膏達到熔化狀態,液態焊錫對PCB的焊盤、元器件端頭和引腳潤溼、擴散、漫流或迴流混合形成焊錫接點。

4)PCB進入冷卻區,使焊點凝固此時完成了迴流焊。

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SMT迴流焊的峰值溫度,有鉛的成份為:錫:63%,鉛:37%,熔點一般為183。峰值為205——230,而無鉛的是:錫96。5%;銀:3%;銅:0。5%,所以熔點高一般為:217,峰值為:245——-250 ; 一般的峰值溫度應該比錫膏的正常熔點溫度要高出約25~30°C,才能順利的完成焊接作業。

四、AOI自動光學檢測儀

,透過提前拍攝一張標準照片代替人工目視,核對後面電路板的裝置,檢測焊接後的元件有無焊接不良,如立碑,位移,空焊等。

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五、清洗:

其作用是將組裝好的PCB板上面的對人體有害的焊接殘留物如助焊劑等除去。

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六、測試

1、ICT測試

,檢測元器件本身特性是否良好,測試出NG和OK品分開放置,測試OK的板需貼上ICT測試標籤並與泡棉隔開。

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2、FCT測試

,檢測整個電路板功能是否良好,測試出NG和OK品分開放置,測試OK的板需貼上FCT測試標籤並與泡棉隔開。需做測試報表,報表上序列號應於PCB板上的序列號對應,NG品請即使送往維修並做好不良品`維修報表。

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七、返修

:其作用是對檢測出現故障的PCB板進行返工。所用工具為烙鐵、返修工作站等。

八、QC目檢

人工專檢重點專案:按IPC610上標準,PCBA上IC、二極體、三極體、鉭電容、鋁電容、開關等有方向的元器件方向是否正確;焊接後的缺陷:短路、開路、假件、假焊。

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九、包裝出貨

使用防靜電氣泡袋包裝,再用泡棉包裝,以防止受外力減少緩衝,泡棉多出PCBA 5cm以上,且使用膠紙固定包裝,使用靜電膠箱出貨,產品中間增加隔板。膠箱疊放不可壓到PCBA,膠箱內部乾淨,外箱標示清晰。

十、總結

SMT已目前是最流行電子產品組裝方式之一,精度由以前的毫米級提高到目前的微米級, SMT元件也逐漸向輕薄短小化方向發展。SMT的製程難度不斷加深,製程技術也逐漸走向成熟,其中關鍵在於電子元器件的焊點質量決定了PCBA板的質量。因此需求經驗豐富電子工藝工程師解決現場品質問題。

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