我想大家应该已经知道了电路板PCBA是怎么组装的,有网友提出了SMT的问题。SMT还有一点知道的人姑且看看,看看能不能扩大见闻。
当前电路板的组装基本上是通过焊料(solder)将电子部件焊接在印刷电路板上,该焊接过程可以通过表面粘贴(SMT、SurfaceMount Technology)或峰焊Wave soldering)来实现,当然也可以全部用手焊接,但这不是本篇讨论的范围手焊接的品质风险很大,不能大量生产。
因为几乎没有使用峰焊,所以本篇只介绍表面粘贴(SMT)制作的电路板组装焊接。基本上现在的SMT制程是一致的工作,即开始将空板放在SMT线上,直到最后板流出完成组装为止,在同一条线上完成。
在以下的工序中,简单介绍从空的板装载到板上的组装完成,以及品质保证后的工序。
空板加载(BareboardLoading)
电路板组装的第一步是,使空板(bareboard)排列,放置在框架(magazine)上时,机器自动将板送入SMT的流水线。
印刷锡膏((solderpaste printing)
印刷电路板PCBSMT进入生产线的第一步是首先打印锡膏(solderpaste)。这真的就像女孩子在脸上涂口罩一样。这里将锡膏印刷在需要焊接部件的焊盘上。这些锡膏在经过高温的焊接炉后就会溶解在电路板上。
锡膏检查机(solderpasteinspector)option
由于锡膏印刷的好坏关系到后件焊接的好坏,所以一部分SMT工厂为了保证品质的稳定,首先在锡膏印刷后光学仪器检查锡膏印刷的好坏,如果有印刷不良的板就打掉,清洗上面的锡膏再印刷修理时会除去多余的锡膏。
快速贴片机器(pick和d place speed machine)
这里首先向电路板打体积小的电子零件(例如小电阻、容量、电感)。因为这些零件稍微粘在电路板刚印刷的锡膏上,贴片的速度非常快,像机关枪一样快,板上的部件也不会飞散,但是大型部件在高速机中不合适。这样一来,原本打得很快的小零件的速度就会被拖拽,第二个担心零件会不会因为板的快速移动而偏离原来的位置。
通用型贴片机(pick and place general machine)
也被称为“慢速机器”,在这里BGAIC和联接器(connector)等,为了击打体积大的电子零件,需要比较淮的位置,所以位置对准非常重要,贴片以前用照相机确认过零部件的位置,所以速度上变得相当慢。这里的零件因为尺寸的关系,不一定有卷包装tape-on-reel,可能有托盘(Tray)和软管tube的包装。但是,SMT机器需要配置额外的机器才能吃托盘和管状的包装材料。
一般来说,以往的贴片/贴件机(pick and place machine)是使用吸力原理来运送电子部件的,所以在这些电子部件的最上面必须留下平面给贴片机的吸附喷嘴来吸取部件,但是一部分电子部件不能带着平面留在这些机器上。这种情况下,需要订购特殊的吸着喷嘴给这些异形部件,或者在零件上贴上平面的胶带。或者戴平面的帽子。
手摇部件或目视检查(hand place component orVisual Inspection)
在所有零件超过电路板高温回焊炉reflow之前,一般情况下,过了高温炉发现问题的话,必须向烙铁(iron)移动,会影响产品的品质,会产生追加费用,因此会设定检查点。除此之外还有大的电子部件和DIP的传统部件和特殊原因贴片/贴件机无法操作的部件,这里也有人工手挥部件的情况。
另外,一部分手机板的SMT在回焊炉之前也设计AOI,用于确认焊接前的品质,在部件上实施了屏蔽,有时在回焊炉后也不能使用AOI检查焊接性。
回焊炉 (reflow)
回焊炉reflow的目的是将锡糊剂熔融而在部件腿和电路板上形成共模IMC。即,如果焊接电子部件在电路板以上,则其温度的上升和下降曲线temperature profile常常影响电路板焊接整体的质量,根据焊接锡的特性,在一般的焊接炉中设定预热区域、浸润区域、回焊区域、冷却区域,在当前的无铅工艺的SAC305锡膏中如果熔点约为217°C,即回焊炉的温度至少不高于该温度,则不能重新熔化锡糊剂。另外,最好最高温度不超过250°C。不那样做的话,因为不能承受那么高的温度而变形或溶解的部件很多。
基本上电路板通过焊接炉后,即使整体电路板的组装完成,如果手焊接部件有例外的话,剩下的就是检查和测试电路板是否有缺损或功能不良的问题。
光学检查是韧性AOI,Auto Opticalinspectionoption
虽然不一定在SMT的每条线都有光学检查机AOI,但是安装AOI的目的是不能进行密度太高电路板后续的短路电子测试ICT,所以代替AOI,但是AOI是光学判读的盲点,例如在部件下面的焊料无法判断现在无法判断零件的墓石(tombstone)、侧立、欠品、位移、极性方向、锡桥、伪焊接、BGA焊接性、电阻值、电容值、电感值等零件质量,所以到现在为止无法完全替代ICT。
因此,如果只使用AOI代替ICT的话,虽然品质上还残留着风险,但是ICT也不是100%,只能互相补充测试覆盖率,说想要做到100%,所以自己进行取舍选择trade-off)。
端板(unloading)
金属板组装完成后,被回收到框架(magazine),这些框架被设计成在不影响品质的情况下SMT表中自动取出金属板。
完成品目视检查(Visual Inspection
AOI站不管是否设置了其他,一般的SMT线上设置了电路板目视检查区,以检查电路板组装完成后是否有不良为目的,如果AOI站有其他人的话可以减少目视检查员的数量。
很多工厂在这个车站提供了目视重点检查模板inspectiontemplate),便于目视检查人员检查重点零件和零件的极性。
零件后复Touchup)
部分部件在SMT中不能使用贴片时,需要后复Touch-up)手焊部件,这通常在成品检查后放置,区别缺点是来自SMT还是来自后续工序。
重做零件时使用熨斗(iron)和锡丝solderwire),焊接时使保持于一定高温的熨斗与想要焊接的零件的脚接触,使其上升到足以融化锡丝的温度,加上锡丝融化后锡丝冷却后,将零件焊接在电路板上。
部件用手焊接会产生烟,这些烟中含有很多重金属,操作区域必须设置烟排出设备,以免操作员吸入这些有害烟。
需要注意的是,有些零件的后退会根据过程的需要被安排在更后面的过程中。
电路板开启/短路测试ICT,in?Circuit Test)
ICT设定的目的主要是在测试电路板中测量部件及电路是否开路及短路,另外,测量电阻、容量、电感值等部件的基本特性的大部分,这些部件通过高温焊接炉后是否损坏了功能、错误品、也可以判断缺少的零件等。
电路测试机台分为高级及初段机台,初段的测试机台一般被称为MDA(Manufacturingdefect Analyzer),其功能是上述电子部件的基本特性量测定及开短路判断。
高阶测试机台除了初次机种的全部功能之外,还可以向待机板输电,启动待机板来执行测试程序,可以模拟电路板实际启动时的功能测试,有一部分可以代替后的功能测试机台(Function Test)的优点。但是,这样的高阶试验机台的测试治具可以买一辆私家车,比一台初级测试治具贵15~25倍,所以一般应用于大量生产的产品。
电路板功能测试(Function test)
功能测试是为了弥补ICT的不足,因为只测试ICT上的短路,其他BGA和产品的功能没有被测试,所以需要使用功能测试机台测试电路板上的所有功能。
裁剪板(assemberyboardde-panel
一般的电路板都进行拼板Panelization,为了提高SMT的生产率,一般有所谓的“数合一”板,例如二合一(2in1)、四合一(4in1)等。在所有组装作业完成之前,将其切成单板de-panel,仅单板的电路板也需要对多余的板边进行裁剪。
裁剪电路板的方法有几种,能够设计V型槽(V-cut)刀片裁剪机Scoring或直接手动折叠板(不推荐),相对精密的电路板使用路径分板切断机(Router),不会伤害电子部件和电路板,但是费用和工时比较长。