PCBA的生产工艺详解

senlenced3

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

7 L" s" o* ~" K+ G

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

$ L' `9 x" N5 q4 [& c$ y: C8 t: f
( [9 ]7 T0 U+ d" g


' D2 g$ l; s5 a" m

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

  Q: P9 g- G- H
4 i3 K9 Q+ v% R' E& |5 c8 Y


  ^! e: g, b( ^) I

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。

/ L3 f" ]% k$ b4 F- ^
* }2 H; Q0 F, Q+ D* C7 B4 _
) ?" i5 Z& O1 y5 {/ v( J* @( V

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

2 H6 |7 C9 F! `: T* B( t4 T9 `
/ f9 U* ]2 @8 y8 e$ [

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。

( M; ^# ?% ^7 ^- j" Q


! M# _( @/ D( ~( K

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。

: s& k  x- X- x
: w/ r, [4 o# `0 q9 `) }* T) E

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。

* I* l1 W3 o6 B; @) j) e* o

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。

1 i% p( t. z% u) ]( b% [" l0 Q

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。

: O& n8 K. R% y. Q" S  t% O5 g
3 |  V2 G0 C. H

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。

( y& \( n' s# c

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。

0 r! e1 A0 K. g( o9 h% _& u

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。

* Y) I" H9 Y& _, N. E! }* e4 m4 s) y' D


3 s6 e/ u- ]' ~
' ^( @$ P+ l/ q+ O

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。

* d, v8 s+ p+ G3 y0 f% b! k5 K
1 Z9 o3 d7 m1 O: r

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。

+ y: p0 L4 b# [6 q- E
/ u" F2 Z* e& U0 n; E

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。

" w/ X: R5 o; u

7 a6 k( Y$ `' h% ^5 I
/ \& |3 i4 I$ q4 y

fordies1

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。