Kretskortsmontering:Kretskortsprototyper, Tillverkning och Montering

SMT-montering, BGA-montering, Genomhullmontering, Blandad montering
Kretskortsmontering eller Box build-montering levererar en PCBA eller en komplett elektronikmontering i en låda

Kretskortsmontering

Kretskortsmontering (PCB assembly) är processen att löda elektroniska komponenter på obestückade kretskort. De elektroniska komponenterna som monteras på det obestückade kretskortet kan vara genomhålslödda och/eller ytmonterade (SMT). Om monteringen innehåller båda typerna kallas den ibland för en hög mix av kretskortsmontering. Kretskortsmontering är en del av den elektroniska tillverkningsprocessen. Andra delar kan inkludera kabel-/ledningsbuntar, mekanisk/lådmontering, programmering och funktionstestning.

Kretskortsmontering inkluderar

SMT, Through Hole och Blandad Montering
Passiva komponenter ner till 01005-storlekar
Ball Grid Array (BGA)
Ultrafint Ball Grid Array (uBGA)
Quad Flat Pack No-Lead (QFN)
Quad Flat Package (QFP)
Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC)
SOIC, Package-On-Package (PoP)
Små chippaket (0,2 mm pitch)
IC-programmering
Funktionstestning

Möjligheter för Kretskortsmontering

Ladda ner kretskortsmonteringskapaciteter

För att undvika fel från början har vi sammanställt våra designriktlinjer som en checklista.

Filen listar några av de tillverkningsfunktioner som vanligtvis är förknippade med kretskortsmontering. De angivna funktionsgränserna är inte uttömmande; våra erfarna ingenjörer har arbetat med alla typer av kretskortsmaterial och besitter därför den kunskap och expertis som krävs för att ge rekommendationer och besvara alla dina frågor om kretskortsmontering. Viktigast av allt vet de hur de ska bistå med avseende på tillverkningsbarhet och identifiera de potentiella kostnadsdrivande faktorerna i ett projekt.

Parts Procurement	Full Turnkey, Partial Turnkey and Kitted/Consigned
Assmebly Types	Surface Mount (SMT), Thru-hole, Mixed Technology (SMT/Thru-hole),Single and double sided SMT/PTH , Large parts on both sides, BGA on both sides
Largest PCB/Panel Size	24 x 35ʺ
Smallest PCB/Panel Size	1.2ʺ wide
Largest QFP Size/BGA Size	75 mm x 87 mm
BGA Pitch Range	From 0.25 mm to 3 mm
Smallest QFP Pitch Range	From 0.25 mm to 3 mm
Stencils	Laser cut stainless steel and Nano-coating
Components	Passive components smallest size 01005,Fine pitch components smallest size 6 Mils pitch, Leadless chip carriers/ BGA, VFBGA, FPGA & DFN, Connectors and terminals
Component packaging	Reels, Cut tape, Tube and Loose parts
Inspection	X-ray analysis, AOI and Microscope to 20X
Solder Type	Leaded and Lead-free/RoHS compliant
Assembly surface mount connectors	Yes
Wave Soldering	Yes
Conformal Coating And Potting	Yes
PCB Finish	SMOBC/HASL, Electrolytic gold , Electroless gold , Electroless silver, Immersion gold, Immersion tin and OSP
Panelized PCB	Tab routed ,Breakaway tabs ,V-Scored and Routed+ V scored
Design File Format	Gerber RS-274X, 274D, Eagle and AutoCAD’s DXF, DWG BOM (Bill of Materials) and Pick and Place file (XYRS)
Other Services	Parts Management, IC Programming and Functional Testing

Visa fler +

Typer av Kretskortsmontering

Lödtyper för Kretskortsmontering

Komponenttyper för Kretskortsmontering

Kontroll och Inspektion av Kretskortsmontering

Tillverkningsutrustning för Kretskortsmontering

Vi arbetar efter principen att kvalitet är inbyggd i alla våra processer. Från början till slut står kvaliteten i förgrunden. Vi är engagerade i att tillhandahålla kostnadseffektiva och högkvalitativa kretskortsmonteringstjänster med exceptionell kundservice.

Krav på filer för Kretskortsmontering

Inkludera följande filer med din beställning. Samla alla filer i en enda ZIP-fil.

Gerber-filer

Inkludera alla lager (koppar, lödmask, silkscreen, lödpastor etc.).

Centroid-fil

Även känd som "pick and place"-fil. Den ska innehålla komponentplaceringar, rotationer och referensbeteckningar.

Materiallista (BOM) i Excel-format. Din BOM bör innehålla:

Referensbeteckningar
Antal för varje component
Tillverkarens artikelnummer
Komponentbeskrivning
Typ (SMT, Genomhål, Finsteg, BGA etc.)
Paketbeskrivning (QFN32, SOIC, 0805 etc. – hjälpsamt men inte obligatoriskt)

Checklista för Kretskortsmontering

Benchuang Electronics vill att våra kunder ska uppleva en smidig och exakt monteringsprocess. För att säkerställa att din beställning inte försenas, följ dessa riktlinjer:

Korrekta uppgifter

En felfri monteringsprocess kräver korrekta uppgifter. Varje beställning ska ha en BOM (materiallista), en ”pick and place”-fil (centroid-fil) och matchande Gerber-data. Lägg till en ”DO NOT POPULATE” (DNP)-kolumn i BOM om det finns komponenter som inte ska monteras på kretskortet.

Kontrollera komponentfotavtryck

Vissa komponenter finns i olika paket. Se till att komponenten du anger i BOM matchar fotavtrycket på kretskortet.

Organisera komponenter

Komponenter ska separeras i individuella påsar eller brickor. Varje påse eller bricka ska märkas med tillverkarens namn, artikelnummer samt alla referensbeteckningar där komponenten används. Vid behov kan du ange distributörens namn och artikelnummer istället för (eller utöver) tillverkarens information.

Flera beställningar per order

Komponenter för varje enskild beställning ska förpackas separat. Inkludera separat BOM och ”pick and place”-fil för varje beställning.

Komponentkvantiteter

Inkludera extra komponenter för att täcka eventuella förluster under montering.

För små serier (1–25 kretskort) krävs följande extrakomponenter:

0201–0603-storlek: Minst 50 extra plus erforderligt antal.
0805–1206-storlek: Minst 25 extra plus erforderligt antal.
För stora komponenter räcker 1–2 extra.
Vi föredrar att alla SMT-komponenter levereras på kontinuerliga remsor eller rullar.
För stora serier går det bra med extrakomponenter i procent.

Oanvända komponenter returneras till dig när vi skickar dina monterade kretskort.

Uppdatera din BOM och Pick and Place-fil

Om du gör sista-minutens designändringar, se till att dessa ändringar återspeglas i din BOM, pick and place-fil samt andra relevanta dokument.

Markera polaritet

Se till att ange korrekt orientering för alla komponenter med polaritet. Placera en prick eller siffran ”1” vid pinne 1 på IC-komponenter där orienteringen inte är uppenbar. Kontrollera att polariserade kondensatorer och dioder är korrekt märkta.

Särskilda instruktioner

Ange detaljerade instruktioner för eventuella specialprocedurer som krävs för att montera dina kretskort. Inkludera skisser, foton, PDF-filer och/eller ritningar vid behov.

Kretskortsmonteringsprocess

Efter kretskortstillverkningsprocessen, där kretskortets struktur är helt färdigställd, påbörjas kretskortsmonteringsprocessen. Under tillverkningen har hål borrats för att skapa utrymmen med specifika dimensioner för montering av de designade elektriska komponenterna. Flera åtgärder utförs sekventiellt under monteringsfasen, med det slutgiltiga målet att säkra och permanent fästa elektroniska komponenter på kretskortet.

Förberedelse av stencil

Metallplåten ska täcka hela ytan på det tryckta kretskortet, förutom de hål som senare fylls med lödpasta. Därför måste metallplåten bearbetas för att följa det mönster som definierats av industridesignen, där öppningarna i plåten har samma form, bredd och längd som motsvarande hål på kretskortet. Denna metallplåt kallas vanligtvis för stencil och tillverkas antingen av mässing eller rostfritt stål.

Stencilkonstruktion är en mycket utmanande uppgift eftersom precisionen i stencilens form och enhetligheten i stencilens tjocklek är avgörande för en korrekt och meningsfull kretskortsmontering. Den typiska tjockleken för en stencil ligger mellan 0,0254 mm och 0,762 mm. Metallplåtens tjocklek är en parameter som beror på vilken typ av elektriska komponenter som används i det specifika kretskortet och bestäms separat för varje kretskort. Även den minsta under- eller överdimensionering kan orsaka betydande problem i senare skeden av monteringsprocessen. Större stencilöppningar orsakar så kallad ”balling” eller ”bridging”. Dessa fenomen uppstår vid lödpastapåläggning där film täcker delar av kretskortets yta eller till och med hela banan mellan två närliggande hål. Resultatet i båda fallen blir en öppen krets som gör kretskortet helt oanvändbart.

Efter att de nödvändiga stencilparametrarna har valts beställs metallplåten med specificerad sammansättning och tjocklek från metallfabriken. Fabriken kontrollerar plåtens tjocklekenhetlighet med hjälp av röntgenmätning och skickar den sedan till vårt produktionsanläggning.

Kemisk etsning

Det finns få stencilbearbetningstekniker, men laserklippning och kemisk etsning är de vanligaste. I den kemiska etsningsprocessen etsas metallmasken och flexibel metallmask från båda sidor. Först överförs PCB-designen till metallplåten med hjälp av film. Sedan doppas plåtarna i en specifik syralösning som möjliggör bildandet av öppningar. Nackdelen med denna process är dock att syran påverkar djupare lager i plåten, vilket orsakar undergrävning. Därför måste väggarna poleras ytterligare för att skapa en jämn yta som är lämplig för lödpastapåläggning under kretskortsmontering.

Det finns två alternativ för väggslätning: elektropolering, som är en mikroetsningsprocess, och nickelbeläggning. Elektropolering är en omvänd process av galvanisering. Elektricitet används för att lösa upp överflödiga metallpartiklar i en elektrolytlösning som sedan sköljs bort efter bearbetning. Vid nickelbeläggning appliceras däremot ett ytterligare metallager på öppningarnas väggar, vilket minskar deras diameter.

Laserskärning av kretskort

Specialiserade CNC-maskiner används för laserskärning av kretskort under monteringsprocessen. Applicerade laserstrålar skär metallplåten enligt det mönster som anges i Gerber-filen. Denna fil innehåller alla tekniska specifikationer för kretskortet, medan integrerad anpassad programvara läser dessa och styr laserstrålarnas rörelser under skärningsprocessen. Eftersom metallbindningarna är exceptionellt starka krävs finjustering av laserparametrarna för att skapa jämna metallkanter.

Följande parametrar spelar en avgörande roll under laserskärningsprocessen:
· Laserstrålens spotstorlek
· Strålens fokus
· Skärhastighet
· Laseffekt

Laseffekten måste hela tiden vara tillräcklig för att säkerställa att strålarna tränger igenom plåtens yta. En spotstorlek på 0,0254 mm är den vanligast använda inom kretskortsmontering eftersom den är lämplig för att skära nästan alla typer av former och öppningsstorlekar. Oavsett hur exakta de inställda parametrarna är, behövs ytterligare slätning av öppningsväggarna med samma tekniker som vid kemisk etsning – antingen elektropolering eller nickelbeläggning.

Lödpastatryckning

En specialtyp av skrivare används för applicering av lödpasta under kretskortsmonteringsprocessen. Denna typ av skrivare kallas vanligtvis för squeegee-bladsprinter. Namnet kommer från squeegees som används för att trycka lödpastan över stencilytan och in i kretskortets hål. Dessa kan vara tillverkade av antingen metall eller polyuretan, beroende på det tryck som behövs genereras. Skrivarens interna visionssystem justerar stencilen vertikalt över kretskorten. Dessutom använder skrivaren tre referensmarkeringar, vanligtvis kallade globala fiducial-markeringar, för stencilens högprecisionspositionering över kretskortet. De globala fiducial-markeringarna identifierar och korrigerar omedelbart eventuell feljustering av kretskortet i både X- och Y-axlarna före och under tryckningen. På så sätt undviks helt eventuell förskjutning av antingen kretskort eller stencil under det tryck som genereras av squeegeen.

Squeegeetrycket är en parameter som måste kontrolleras med särskild omsorg. För högt tryck kan orsaka flera problem såsom ökad pastaskjuvning som leder till att pastan sprider sig över kretskortets plana yta och orsakar så kallad ”bridging” och ”bleeding” av lödpasta. Eftersom pastan är en mycket viskös suspension krävs betydande kraft för att den ska flöda. Squeegeetrycket måste vara tillräckligt för att generera den kraft som övervinner den höga friktionskraften mellan den viskösa pastan och stencilen. När pastarörelsen initieras färdas pastan över den tryckbara ytan i en kontrollerad rulle, fyller alla stencilöppningar samtidigt som den skrapas bort från stencilens översida av squeegee-bladen. Det standardoperativa tryckintervallet för squeegeen är mellan 0,13 kg och 0,27 kg per linjär centimeter av den tryckbara ytan.

Den rörliga squeegeen måste inducera tröghet under vars inverkan pastan flödar in i kretskortets hål. Plötsliga men kontrollerade squeegeerörelser inducerar tröghet, varför hastigheten är en annan parameter som måste övervakas kontinuerligt. Eftersom squeegeens tryck och hastighet är direkt proportionella måste hastigheten kontinuerligt hållas under det övre begränningsvärdet, vanligtvis 75 mm per sekund. Högre hastigheter inducerar högre friktionskraft mellan blad och stencil, vilket över tid leder till mekaniskt haveri av bladen.

Den tredje väsentliga parametern för lödpastatryckning är vinkeln mellan squeegees och stencilen. Standardinställd vinkel är 60° av följande anledning: den bildar en optimal lutning så att pastan rör sig nedåt mot kretskortets hål genom gravitationen. Om vinkeln ökar kan det orsaka att pastan skopas ur stencilöppningarna och därmed en otillräcklig mängd lödpasta. Om vinkeln minskar lämnar bladen däremot lödpastarester på stencilen efter att squeegeen avslutat en tryckning.

En standardtryckningsoperation varar mellan 15 och 45 sekunder per kretskort. Tryckningen är det tidskrävande steget i kretskortsmontering, följt av separeringsprocessen där stencilen separeras från kretskortet. Eftertrycksinspektion är avgörande för kvalitetssäkring av deponerade lödpastaskikt och deras lämplighet för nästa steg – ytmontering av elektriska komponenter. Kvalitetssäkringen utförs vanligtvis med speciella 2D-visionssystem på skrivaren eller separata 3D-system.

Stencilseparation och rengöring

Kretskortet separeras från stencilen vid slutet av tryckningsprocessen. Under separationen måste lödpastan förbli i kretskortets hål. Hastigheten vid stencilborttagning är avgörande för att säkerställa att stencilen inte drar med sig någon pasta från öppningarna. Den vanliga linjära hastigheten för stencilrörelse är cirka 3 mm per sekund. Vid högre hastigheter kan lödpastan inte frigöras fullständigt från öppningarna, vilket orsakar oönskade höga kanter kring depositionerna.

Efter några tryckningsoperationer säkerställer stencilrengöring att det inte ackumuleras pastapartiklar mellan stencil och kretskort. Rengöringsoperationen består av två steg: Först sveps stencilen med rengöringskemikalier som isopropylalkohol. I detta steg rengörs området under stencilen. Därefter sker ytterligare vakuumrengöring där öppningarna rengörs för att undvika blockering av pastflöde till kretskortets hål.

Kvalitetssäkring av stencil- och squeegeetillstånd efter trycksession

För kvalitetssäkring av mekaniska delar tar det automatiska rengöringssystemet bort lödpastarester helt, så att operatören har en tydlig vy av hela materialytan. Därefter genomför operatören en visuell inspektion av stenciler och squeegees för att kontrollera om några mekaniska defekter uppstått på både blad och stenciler. Om operatören upptäcker skador på squeegees eller stenciler måste den defekta delen bytas ut för att säkerställa en tillförlitlig och effektiv tryckningsprocess.

Lödpastas sammansättning, egenskaper och förvaring

Sammansättning

Lödpasta är en suspension bestående av metalliska lodpartiklar fördelade i flussmedel. De metalliska loderna kan vara tillverkade av olika grundämnen, men den vanligaste sammansättningen är 99,7% tenn och 0,3% koppar. Metallpartiklarna har sfärisk form och deras storlek kan variera enligt de typstandarder som anges i IPC J-STD 005. Bly användes tidigare ofta i formuleringen, men dess användning har avvecklats på grund av internationella miljöskyddsbestämmelser eftersom det utgör en mycket farlig substans för människors hälsa och miljön.
Å andra sidan används flussmedlet som ett bindemedel som fäster metallkulorna och möjliggör montering av elektroniska komponenter till fötter på kretskortet. Flussmedlet är ett mycket visköst material som innehåller 60 till 80% aktiva ingredienser som håller metallpartiklarna samman och förhindrar oxidation och korrosion. Den höga andelen aktiva ingredienser i flussmedlet förhindrar bildandet av metalloxider på både basmaterialet och lödmaterialet som det appliceras på.

Dessutom möjliggör flussmedlet lödning av genomgående pin-in-paste-komponenter genom att trycka lödpasta i hålen. Viktmässigt består en blandad lödpasta vanligtvis av 90% metall. På grund av deras lägre densitet upptar de icke-metalliska ingredienserna i flussmedlet dock upp till hälften av pastans volym.

Egenskaper

Lödpasta är en icke-newtonsk typ av vätska, mer precist en pseudoplastisk vätska, vilket innebär att dess flödesmotstånd minskar avsevärt när applicerat tryck når ett specifikt värde. Den pseudoplastiska egenskapen är en väsentlig karakteristik hos lödpasta som möjliggör lyckad tryckning. På grund av betydande förändringar i flödesmotstånd kan pastan flöda in och ut ur stencilöppningarna under tryckningen, men den förblir i kretskortets hål utan att sjunka ihop när tryckningen är klar.

Viskositeten är en fysikalisk egenskap som bestämmer vätskans motstånd mot flöde. Förutom de ämnen som flussmedlet består av har förhållandet mellan metall och flussmedel störst inverkan på flödesmotståndet. En ökning av metallhalten ökar avsevärt lödpastans totala viskositet. Under tryckningsoperationen upplever det tunna lödskiktet mellan squeegeen och stencilen en märkbar temperaturökning som minskar pastans viskositet, eftersom detta är en följd av friktionskraften som uppstår från det applicerade trycket.

Förvaring av lödpasta

Rätt förvaring av lödpasta säkerställer att dess önskade egenskaper bevaras för optimal prestanda vid kretskortsmontering. Lödpastan måste förvaras i en lufttät behållare för att förhindra interaktion mellan metall och syre samt fukt. Den stora ytan hos de sfäriska metallpartiklarna gör dem mycket benägna att korrodera, vilket minskar bindningsstyrkan vid interaktion med elektroniska komponenter. En annan parameter som måste kontrolleras är temperaturen. Förvaringsemperaturen bör vara lägre än 8°C, medan 1°C är den undre gränsen eftersom flussmedlet innehåller flytande komponenter som kan frysa. Kontrollerade förvaringsförhållanden minskar oxidationshastigheten hos metallpartiklarna, men de minskar också nedbrytningshastigheten hos flussmedlets termokänsliga aktiva ingredienser.

Montering av elektriska komponenter

När lödpastan har applicerats på kretskortets yta monteras de elektriska komponenterna med hjälp av en så kallad pick-and-place-maskin. Innan pick-and-place-maskinen sätts i drift måste dess operationsalgoritm programmeras genom att ladda upp materiallistan (BOM) och komponentplaceringslistan till Mycronic Mycenter-arbetsstationen. Efter programmeringen förser operatören maskinen med alla nödvändiga elektriska komponenter. Nu är denna robotiska enhet redo att börja arbeta. Under dess drift är noggrannheten i komponentplacering den kritiska parametern som återspeglar kvaliteten på kretskortsmonteringsprocessen. Precis som squeegee-bladsprintern använder pick-and-place-maskiner tre referenspunkter (fiducials) för att lokalisera panelen och bestämma orienteringen. Referenspunkterna är optiska mål som är etsade i kretskortets kopparlager.

Varje komponent får en streckkod som maskinen känner igen medan mjukvaran skickar information om komponentens position på kretskortet. Förutom att identifiera komponenten och dess plats upptäcker maskinen dess dimensioner och nödvändig rotationsvinkel för lyckad placering. Denna maskin utför också kvalitetssäkring av de elektriska komponenterna genom att mäta kapacitans, resistans och induktans medan den hanterar dem. Om en avvikelse mellan de designade och uppmätta parametrarna för en specifik komponent upptäcks, avlägsnar maskinen omedelbart den komponenten.

Lödning i härdningsugn

När de elektriska komponenterna placerats på kretskortets yta måste de fästas permanent. Den permanenta fästningen möjliggörs genom lödning av lödpastan som först smälter och sedan stelnar. Under stelningen ändras atomernas rumsliga orientering i lodet, och den resulterande övergången av lodets fysikaliska egenskaper ger lödningarna hög draghållfasthet. Smältprocessen sker i härdningsugnen, där kretskorten transporteras genom den via ett transportband. Uppvärmd luft strömmar i motriktning relativt transportbandets rörelse. Luft med en temperatur mellan 250 och 480°C värmer kretskorten via en mycket effektiv konvektiv värmeöverföringsmekanism. Eftersom pastans inställda temperatur nås snabbt varar härdningsprocessen kort, varefter stelningsprocessen inträffar. Stelningsprocessen sker också i ugnen, där atmosfärisk luft svalnar det smälta lodet och slutligen härdar det.

Inspektion och funktionstest

Efter kretskortsmonteringsprocessen inspekterar operatörerna kretskortet visuellt för att kontrollera att alla delar är korrekt placerade. Efter den visuella inspektionen ansluts kretskortet till strömförsörjningen för funktionstestning. Under detta test simuleras normala driftförhållanden, och om inga fel upptäcks är kretskortet klart för leverans.

Konform beläggning

Konform beläggning är ett viktigt steg för att skydda komponenter mot olika miljöpåverkan (som fukt).

Konform beläggning appliceras på kretskort för att skapa en barriär mellan föroreningar och kretskortet. Den skapar också ett isolerande lager som minskar korssamkoppling, läckström och elektrokemisk migration i kretskortet. Beläggningsmaterialet består av akryler, polyuretamer, silikoner, epoxi eller en kombination av hartser.

Högkvalitativ kretskortsmontering

Kretskortsmonteringsprocessen sker efter tillverkning av kretskortet, där kretskortsstrukturen är helt färdigställd enligt kundens krav. Kretskortsmonteringen omfattar åtgärder från stencilförberedelse och lödpastatryckning till placering av SMD-komponenter, bindningsbildning i härdningsugnen och slutlig inspektion av kretskortets funktionalitet.

Efter stencilförberedelse sker lödpastatryckningen. I detta skede måste små öppningar som utgör monteringspunkter för elektriska komponenter fyllas med exceptionell precision. Annars kan allvarliga problem som ”bridging” uppstå. Dessa ”bridges” har ofta mikroskopisk storlek och är inte synliga för blotta ögat. Det gör dem svårupptäckta om inte state-of-the-art-inspektionsutrustning används. Ändå är de det vanligaste problemet i kretskortsmonteringsprocessen, vilket kan leda till kortslutningar eller till och med att komponenter bränner upp. Därför använder vi på Benchuang Electronics den senaste lödpastatryckningstekniken för att säkerställa att varje enskilt kretskort fungerar korrekt i slutet av monteringslinjen.

En annan kritisk del av kretskortsmonteringsprocessen är placering av elektroniska komponenter med hjälp av pick-and-place-maskiner. De ledande banorna på kretskortet är mycket små och måste vara justerade med de ledande delarna av de elektroniska komponenterna. Därför måste de elektroniska komponenterna orienteras och placeras på kretskortet med högsta precision. Vi använder det mest exakta optiska systemet med tre referenspunkter för att placera ytmonterade komponenter (SMD).

Slutligen, i slutet av kretskortsmonteringslinjen, uppnås en fast och stabil förbindelse mellan SMD-komponenter och kretskort i härdningsugnen. Lödpastan säkerställer kretskortens långlivighet och hållbarhet, vilka är våra ultimata mål förutom den högsta kvaliteten på kretskorten.