3大作业分析PCBA工艺！

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ABC分享会
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! {( U# L  t+ C# ^. e产品加工作业

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a. 锡膏印刷

需要使用到Stencil，即钢网。钢网会根据PCB焊盘的设计进行开孔，钢网的厚度就是锡膏的厚度。由于锡膏印刷的质量会直接影响到后续的焊锡质量，因此锡膏印刷前需要仔细的调试刮刀速度、刮刀压力等参数。
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( N  }1 q7 R, A* L6 q锡膏印刷所需的治具工装是钢网，钢网是专用的，根据PCB设计而定，价格根据不同工艺在300~1000人民币/块。锡膏印刷需要的耗材是锡膏，种类可分为有铅锡膏和无铅锡膏。基于越来越严格的环保要求，目前使用较多的是无铅锡膏，但价格相较于有铅锡膏也会贵一点。不同型号的锡膏不能混用，使用锡膏时需要进行回温和搅拌操作。


目前市面上的钢网可分为化学蚀刻钢网，激光切割钢网，电铸钢网，混合式钢网和电抛光激光钢网。下面是整理的每种钢网的相关信息供大家参考。
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b. 贴片P&P
也可称为SMT（SuRFace Mounting Technology）表面贴装技术。贴片需要专用的贴片程序；通用的喂料系统；吸嘴在大部分情况下是通用的，对于某些异形的元器件需要厂商开发专用的系统。
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# b' h/ D- }* I( d8 V* D
贴片机按功能分：
9 N1 \, G* b# e9 E8 d& h高速机：以电阻、电容等尺寸外形规则的贴片式元器件为主体。
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通常含10-15个工作头，每个工作头可换2-5个吸嘴。

6 J9 E) x4 {+ [  y* w# ]* B* \贴装速度:10+个元器件/秒。
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每条SMT线通常设置1-3台高速机。

0 j( o" g! x1 ?4 f" O8 R% J高速机会存在抛料问题，因此样品阶段的备料不能按照实际打板数量来备货，最好预留10%的缓冲空间。
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泛用机：能贴装大型器件和异形器件。
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) R) Y, S: i; c5 M" X/ n/ o, k7 n通常含3-5个工作头,  每个工作头可换2-5个吸嘴。

贴装速度：料带1-2秒/个，托盘1-3秒/个。

每条SMT生产线通常会设置1台泛用机。
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贴片机按贴片速度分：

( Z: w4 ]4 \  K9 y中低速贴片机的理论贴装速度为30,000片/小时（片式元件）以下。
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高速贴片机的理论贴装速度为每小时30,000~60,000片/小时。
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+ i, f( M5 o9 i  z' k- k+ e超高速贴片机的理论贴装速度高于60,000片/小时。


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5 p8 o% a# ]3 Z0 M/ |! X5 _; Xc. 元器件焊接-回流焊

6 N4 m$ @- \$ V5 _! q将焊锡融化，并在元件引脚与PCB焊盘之间形成可靠连接的工艺。回流焊是SMT工艺中特定的工序，在回流焊机中通入惰性循环气体，保证一个高温的气体氛围，重新熔化分配到焊盘上的锡膏，在最后经过冷却风凝固。回流焊通常使用氮气，不过也有真空回流焊的设备。由于回流焊只能进行单面的焊接，因此如果是双面的SMT，需要在一面SMT完成后，第二次过回流焊进行另一面的焊锡。由于锡膏固化以后再溶解的温度大于回流焊的温度，所以反面的SMT原件不会脱落。
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回流焊之后是PCBA最容易发现不良品的地方，但产生不良产品的原因并不一定是回流焊过程中发生了问题，也可能是锡膏印刷或者贴片过程中有问题，亦可能和PCB和元器件表面的可焊性有关，只是说这些有问题的地方会在经过回流焊之后才能被发现。下面是不良品形成的过程，在这个小动图里，锡膏融化过程中由于元器件两边的拉力不均衡，导致元器件站立起来了，形成了断路。造成这种情况的原因，可能是由于锡膏印刷不合格，也可能是由于贴片没贴好。
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# |- f( j: _( b2 m9 j回流焊最重要的是温度曲线，例如在预加热阶段，助焊剂会开始挥发；如果此时的温度曲线过陡，没有给排气过程预留足够的时间便进入下一步的焊接和冷却步骤，就会形成锡焊空洞，造成不良品。下面是回流焊的温度曲线示意图。

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一般在锡膏的data sheet里会有建议的温度曲线，进行温度曲线的调试时需要：温度传感器／线；已校正的测温仪；PCB板或者实装板。温度曲线的设置需要SMT工程师前期根据锡膏说明书，结合测温装置及实装板反复测试，可调温区越多，温度曲线越好。
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4 \2 M; Z, E. M& S) @1 Zc. 元器件焊接-通孔类元器件
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: ~( }) S& Z% n# H5 T9 ]2 J  S" [SMT只适用于贴片类元器件(SMD)焊接，对于过孔插装元器件(PTH)需要使用其它焊接工艺：


& z% B4 }/ D( r# F( \; q3 u% m# Wc1. 波峰焊(Wave Soldering)

利用高温将锡料(锡棒)熔化，变成液态锡。

在锡槽液面形成特定形状的锡波。
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6 V9 ^* l: l1 G; l; s, Q将插装了元件的PCB置于传送带上，以一定的角度以及浸入深度穿锡波实现焊点焊接。


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9 Y& P0 ^+ w# n2 S- o6 W回流焊通过上方热风加热，而波峰焊通过下方的锡波进行焊接。波峰焊的缺点：
焊接面焊点附近不能有元器件，这是因为锡波范围较大，如果焊点附近有元器件，容易掉件。
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& h3 h0 A  f; b+ e  ~焊接面元器件容易受到热冲击影响。

PCB受热冲击较大，容易翘曲变形。

锡槽中有很多融化的液态锡，如果停线，锡料浪费大。
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9 x  c& L9 M6 f7 C# R6 S波锋焊有两种形式, 单波峰与双波锋。
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3 f/ R$ ^  ?& _0 Y对单波峰而言，只有一个波峰即平流波。
( ], `1 H' X1 S
对双波峰而言，第一个波峰成为扰流波，第二个波峰称为平流波。

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8 u" l: h2 P/ h( y; d( t扰流波
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扰流波基本能完成焊接。
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# r& O/ M" h0 R1 R4 _扰流波中的焊料活跃运动，以较高速度通过狭小缝隙，使焊料分布均匀。

% ~" m) A( v+ a: H& m但容易在焊点上留下不平整和过剩的焊料，因此需要第二个波---平流波。

平流波

% h! I, v3 C2 z整个波面基本上保持水平，像一个镜面。乍看起来，好像锡波是静态的，实际上焊锡是不停在流动着，只是波峰非常平稳。
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作用：协助消除由扰流波产生的锡尖和短路。


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c2.选择性波峰焊(Selective wave soldering, SWS)

    SWS全称为Selective Wave Soldering。焊接过程和波峰焊类似，进板→助焊剂喷涂→预热→ 焊接→冷却→收板，与波峰焊的区别为：

% {: _* O* B6 j2 B" W. X: |焊接面的元器件不会受到影响
热冲击小

/ p: [( O$ H: q+ |. y5 [6 u2 E) I锡料浪费少

焊接质量稳定，更易于控制。

波峰焊的缺点：当焊点较多时，焊接效率没有传统波峰焊高。

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8 f: f) O* z+ q5 Z0 R, @c3. 通孔回流焊THR
; ^! p& S7 G1 r1 n6 J7 T( eTHR全称为Through-hole Reflow。简单来说就是让插装件与SMD贴片元器件一起完成锡膏印刷，贴片和回流焊的过程。
" D/ T* w$ i* F优点：由于整个过程是与与SMT一道完成，因此可以省掉一道后段焊接工艺。

7 @( `3 U: c% D& \缺点：普通PTH元器件耐温要求不高，但THR 元器件需要耐更高温度（回流焊最高温度约在250~260 ℃)，因此物料成本会增加。
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! g) R. B( I- ^8 w- v: ~: oc4. 自动点焊
自动点焊即由自动化机械模拟手持点焊的过程，通过机械手臂和温控进行焊接，需要利用程式来编辑焊接路径、焊接温度、焊接时间。
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" f) N" F4 S, C! Vd. 分板Routing/Punch/V-Cut
# |9 U0 L* k& |为了提高生产效率，PCBA一直以拼版形式生产，直到分板这一步。分板之后PCBA就是以单片的形式进行生产。分板形式有：


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d1. 手折

通常在初始样件阶段，为了节约治具费用，可以采用手折的方式进行分板，应力大，而且需要将PCB加工成邮票孔才能够进行手折分板。
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d2. 冲压式分板机 (Punch)
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% q2 U% Y4 ^- B7 K$ O3 d' V$ }* E刀模在PCB上方进行冲切，直接将PCB切开。

5 u8 t; r% O& p. V. T0 r9 L优点：设备成本低，速度快，效率高。

缺点：由于必须专板专模，刀模成本高。

& c( s  _7 }* }% f' c6 T3 Z( g- Q硬板若采用冲压式分板的应力非常大，可能损伤元器件。

多适用于软板，软板没有应力问题。

d3. 走刀式/走板式分板机 (V-Cut)

优点：成本低，设备价格低，基本不需治具。

缺点：只能进行直线分板，有毛边，PCB上需开V型槽。
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. K' r# P& o  {3 j) O( ud4. 铣刀式分板机 (Routing)
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硬板PCB最常见的分板形式，采用铣削加工的模式。
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优点：可进行任意形状分板，应力很小，切割边缘无毛边。

缺点：设备成本高。治具用来定位和遮盖元器件，成本不高，但是铣刀是耗材，损害非常快。

d5. 激光式分板机 (Laser)
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优点：具备铣刀式分板机的优点，并可对PCB板进行微分切，无应力。
2 {, L' w; K  C! s* w
# T5 ]( C8 a: R: e4 C缺点：设备价格昂贵。

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e. 烧录OBP
OBP全称为On Board Programming。PCBA上如果贴装IC类元器件，可能会需要将程序烧录到IC中，烧录软件一般由客户提供。

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9 b( \% l0 o' f# e" tABC分享会
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物流周转作业

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上板/下板/周转/缓存
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传统上板方式：人工上板，由1个操作工负责贴标签和上板工作。

自动化上板方式：自动打码和自动上板。
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, X) A2 ^# d% ~  _- Y% r考虑到效率和日益上涨的人工成本，越来越多的公司采用自动化方式进行上板，从而衍生出来一个完整的PCB上板/下板/周转/缓存的系统，这个系统会包含多台设备，下面是我们从网络上搜索到的系统配置，供大家参考。

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Multi Magazine Loader：多层上板机

5 b3 v, h8 T/ x4 E- |Turn Conveyor: 转向载板机

Destacker：吸板机
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; k, X; o4 j4 X8 W9 d! `High Speed laser Masking：高速激光打码机

5 C0 q" {( ?9 l8 T. `; E! W0 PWork station：工作站

FIFO Buffer：先进先出暂存机

& h" f. c1 Y. D' X  B4 K5 PDual Unloader：双重下板机



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质量控制作业
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a. 来料检查IQC
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( r. f3 n; K2 z$ L$ V1 ~! a# r当零件到货后，需要进行全检或者抽检后才能才能收货入库的操作。整个入库过程都是可追溯的，可以通过零件包装上的条形码或者二维码，追溯入库日期，物料检查报告，甚至是供应商的生产批次等信息。

  G9 a# F9 n$ f

不同零件需要检测的内容并不相同，对应需要的检测设备也是不同的。以下列了几种常见的物料的检测内容：

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PCB：抽检尺寸，首批入料100%全检尺寸。
8 W& S7 L9 x. a! G2 v
8 |% }! m) i" O. W电子元器件(电阻/电容/二极管/芯片等)：抽测电阻值/电容值等。

( v9 a4 I8 Q8 G! R连接器：抽测阻抗。

线束：抽测阻抗。

- V4 J6 C, V, U4 [9 i. i. U2 q结构件：抽测尺寸，首批入料100%全检尺寸。
3 `' B% @0 }4 s6 p: ~
8 p/ p8 q6 a! p2 z* ]' }8 H
Tips图片: 如何读懂来料信息？
零件的标签上有很多信息，乍一看可能觉得有点无从下手，其实耐下心来一条条的核对，我们可以获得很多信息。比如从下面这个标签上，我们可以知道什么呢？
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) x1 h1 I9 B" z3 e- L: ~
# }4 s# J9 k) ]3 |CPN：Customer Part Numberg，即客户型号或者是料号。
QTY：Quantity, 即来料数量。一般电阻电容的规格有3000片/卷和5000片/卷两种。
DC：Date Code，即日期代码。此处的1638表示这个零件是在16年的第38周生产的。

B/C：Batch Code, 即批次代号。批次代号供元器件厂商内部追溯时使用，像是在出现质量问题的时候，元器件厂商往往会要求提供B/C便于他们内部查询。
, Z; g  T! l8 K) Q5 P
7 h, @1 [3 P& o3 q5 X5 a! vMPN：Manufacture part number, 原始生产商型号或者是料号。
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; w" N+ r" _$ W# x  j; ^二维码：里面包含了生产商的相关的追溯信息。
. _9 x: @2 z- e$ y
ROHS：这是一种环保标志。ROHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准，它的全称是《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances)。

YAGEO：原始生产商名称(不是代理商)。
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. l( D. y! q4 x4 g4 nTips图片图片：如何读懂MPN？
7 v2 I7 [6 }) [
, |$ j" E1 E" N# W& y2 u访问元器件制造商官网，获取元器件Datasheet，查询MPN命名规则。
搜索“MPN”或“PN”快速查找到讲解编码规则的部分。
0 G) V& B, E' F% j! |$ l) f1 V以RC0603FR–0768RL为例：
RC：系列号。
0603：尺寸代号，0603表示0.6英寸*0.3英寸，其它同理。
' G$ H' n& o% ~6 UF：阻值公差，这里YAGEO定义：
B=+/-0.1%
D=+/-0.5%
F=+/-1.0%
0 [: H' O' J9 N/ v. {7 U; GJ=+/-5%
; B! P7 s  h2 _R：包装类型。
-：电阻温度系数，“-”表示基于详细规范。
07：料卷直径，07表示料卷直径是7英寸。
7 x. X: ]% f9 w! C" W. o68R：阻值，68R表示阻值为68Ω。
L：系统默认代码。

8 s! ^' {5 q+ N5 \# B3 C6 H
b. 贴标签追溯
& {) b- v% E0 y
包括生产中的追溯和后续的追溯。在生产过程中，每一站都会扫描PCB上的标签，将不良品及时的拦截下来，避免不良品流向客户端。


. b) J+ v: p2 A0 g# x
目前常见的标签形式有：

+ S, [, W  w8 ~& f% K- L1 R传统纸标签（防静电耐高温标签）：方式有标签列印和人工贴标签/机器自动贴标签
9 L+ q6 i% [0 z
油墨喷印
8 }3 e9 ], c& F5 W! @
激光镭雕
: u5 K) o# Q  b" o5 A
9 O! b' G5 P9 A* Y标签/喷印/镭雕的内容包括：文字或者是条形码/二维码。



) Y/ A6 j8 w% y6 a; J' L# Q8 R6 A文字/条形码/二维码的内容各家公司会有不同定义，一般都会包括料号，批次号，日期代码等。
( c" [+ U4 m" c$ L5 X
& c, M2 x. o, l8 C: ^
- s  r: ^5 ~2 G' ^$ H3 P
c. 锡膏检测SPI全称为Solder Print Inspection
这一站的目的是检测锡膏的印刷质量，主要就是测量锡膏的高度，可分为在线和离线两种形式。离线式通常采用首批10~20片全检，量产后首件连续检查5片加上2小时抽检一次的方式；而在线式的锡膏检测通常为100%在线检查，以便及时阻止锡膏印刷不良品进入下一站。不同公司的检测要求会有一定差异性，不能一概而论。
5 w2 D9 t. e/ x" S7 a4 L: _' l

5 d- g+ C) A2 Y' F
锡膏检测的工作原理有两种：基于激光扫描光学检测和基于摩尔条文光学检测。
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# W- @6 P9 k2 Ic1. 基于激光扫描光学检测
: t/ A8 X1 C3 p
  P: `) j2 R' w1 ]# G. f$ j4 i测锡膏高度。
  M  Q3 e0 J, a
2 |5 W4 `% ?/ h4 g: d  E通过镭射激光及三角函数原理计算得出锡膏当前点高度。
* |1 z( v. ]) f' w
通过计算获得每个监测点的高度值。

# u: e$ K* O! ]* b利用每个监测点的高度值模拟得到锡膏形状/表面分布等信息。

  S6 b% Y+ w4 l. n3 G# |反馈高度不达标的异常点位。
: o* k) n& F7 X) c, T% G0 ]

; v9 A% P6 V" x2 a+ ?# v# p; }
6 x5 r5 z! h: U' ]. C7 Oc2. 基于摩尔条纹光学检测：
白色光源通过光栅，将预先定义好、周期性变化的、条纹型的光投射到锡膏上。
% k6 R- ^# @# k% X' y3 g
, [/ Z  f( q+ f7 x4 l  `由高解析度的CCD 相机(1-4M pix)拍摄一个周期(4个象限)内的四张图片，图片中包含了每个像素点的高度信息。
  P9 [& V9 R8 K: Y/ ^3 I
通过四张图片的对比计算，获得每个像素点的高度值。

" a2 N3 x  A3 F! A: _+ Q利用每个像素点的高度值模拟得到锡膏形状，表面分布，体积値等信息。
0 n% b9 N, b/ U, K8 w! E/ R
反馈高度不达标的异常点位。
8 N) B/ k( P" a2 c( [1 E6 \
d. 自动光学检测AOI
. M( o( q8 x- R, [在回流焊之后检测是否有焊锡不良。需要注意的是AOI只能检查焊点从顶面可见的元器件，如果焊点从顶面不可见，则需要通过自动X光检测设备来检查是否有焊锡不良。

* u5 O) V4 {# @$ w$ `# m
. L) l+ f6 P2 y) w  W' ld1. AOI检测的原理：
! _+ Y+ g# ]( [
摄像头自动快速扫描PCB采集图像。
+ E, M7 n0 \$ h3 k  _% E# L; c+ L
项目初期通过Golden Sample 建立合格图像数据库。
  M0 }, R# H, |) N* k9 H8 R
系统自动将焊点与数据库中的合格图像进行对比，检查出PCB上的焊接缺陷。

+ t0 v0 h( Z# W通过显示器把缺陷标示出来，供维修人员修整。

d2. AOI检测的工作逻辑：

图像采集阶段（光学扫描和数据收集）。

数据处理阶段（数据分类与转换）。
- Z1 M6 \) z. H6 d/ h
图像分析段（特征提取与模板比对）。

缺陷报告阶段（缺陷大小类型分类等）。

0 v& K$ O0 z: Z' D% u6 jd3. AOI设备的硬件系统：

# e& T- K' H% a: k9 D$ H工作平台。

. a, w1 q# ?6 C$ k1 {* Y成像系统。

图像处理系统。
9 i0 h) D. Z/ z. r
8 n  ^$ W  |, Q  V& L1 F电气系统。
5 L8 M- \( _8 m3 ~; r& f
) _9 p' S/ J. H: Y, O4 S
' i# h/ i7 o  Y- n  k9 `$ S
e. 自动X射线检查AXI
  d# o5 o1 q; s+ Z9 j2 Z" s7 q6 h
可以检查焊点在底部不可见的元器件，例如采用BGA球栅阵列封装的元器件。AXI设备可能是在线的，也可能是离线的。
( D4 s: F% [, D/ j1 ^" g

" ]& d% Y$ e1 k0 U$ L
( R9 [9 O/ {' T1 g+ L检测原理类似于平时在医院照的CT：
PCB上方有X射线发射管。
; A/ H$ s  n7 h; Y. f
. p- h, ^4 F, i9 t5 R* I5 z% t5 AX射线穿过PCB后被置于PCB下方的探测器接收。

" j! q$ d5 d" O5 O$ x4 ~2 z焊点中含有大量可吸收X射线的物质，在图像上呈现黑点。

玻璃纤维/铜等其它材料对X射线吸收较少，在图像上呈现灰色区域。

4 S: i- [' w& {2 `3 U- s调节黑/灰对比度后可以直观地看出零件底部焊点的焊锡不良(连锡/虚焊/气泡等)。
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0 G4 ?* E; E: q9 J2 K( j
$ P  t$ Q7 ]$ s5 {
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8 }' |) Z& a; {! x$ G3 E
9 R) O- m" m4 i: g, Z& q' k2 Kf. 人工目检
人工目检是对AOI和AXI的补充检测。目检的检测标准文件是IPC-A-610-F；一般需要的器具为放大镜、低倍显微镜、电脑和扫码枪。
4 L1 c+ j4 U) j) f! _+ b5 N
* r: V3 w9 W1 f. |, b) ^* E+ T

g. 电路测试ICT
2 F3 z, u7 L: V; q8 lICT全称为in-circuit testing。ICT可以在分板前测，也可以在分板后测，分板前测检测效率高，但无法检出到由于分板导致的不良(零件损坏/锡裂断路等)。ICT的检测原理可将其想象成一台高级的万用电表，不同的是万用电表一次只能测一个元器件，ICT可以在同一时间测PCBA上的多个零件。

针床(Bed of Nails)下压，接触PCB上时，先预留的测试点(Test point)。类似于拿万用电表测量电阻时需要将探针接触电阻两端。
可以把一串或局部的线路想象成一个零件，然后量测其等效电阻值/电容值/电压(降低测试点数量)。
ICT有覆盖率的问题，由于测试点数量有限，不一定能做到100% 覆盖。优秀的测试点设计可以提高测试覆盖率。
* P3 C3 B4 }5 A, K
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7 K! M7 `1 K- Xh. 功能测试FCT
4 q( Q/ O! |# J4 F* z' gFCT全称为Function test，目的是检测整个PCBA是否符合设计目标，是否能正常工作。FCT设备根据测试要求、测试时间和设备初衷的不同，价格差异非常大。

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将PCBA视作一个功能体，提供输人信号，按照功能体的设计要求检测输出信号。
测试要求和测试设备根据设计初衷各不相同，设备价格差异大。
: Z1 K, ]) R* r3 M

grand

锡膏印刷所需的治具工装是钢网，钢网是专用的，根据PCB设计而定，价格根据不同工艺在300~1000人民币/块。锡膏印刷需要的耗材是锡膏，种类可分为有铅锡膏和无铅锡膏。基于越来越严格的环保要求，目前使用较多的是无铅锡膏，但价格相较于有铅锡膏也会贵一点。不同型号的锡膏不能混用，使用锡膏时需要进行回温和搅拌操作。

SIN2020

将焊锡融化，并在元件引脚与PCB焊盘之间形成可靠连接的工艺。回流焊是SMT工艺中特定的工序，在回流焊机中通入惰性循环气体，保证一个高温的气体氛围，重新熔化分配到焊盘上的锡膏，在最后经过冷却风凝固。回流焊通常使用氮气，不过也有真空回流焊的设备。由于回流焊只能进行单面的焊接，因此如果是双面的SMT，需要在一面SMT完成后，第二次过回流焊进行另一面的焊锡。由于锡膏固化以后再溶解的温度大于回流焊的温度，所以反面的SMT原件不会脱落。

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焊接面焊点附近不能有元器件，这是因为锡波范围较大，如果焊点附近有元器件，容易掉件。