PCB mikroschemų paketo litavimo metodai ir procesai

Litavimas yra labai svarbi spausdintinių plokščių mikroschemų paketo dalis. Lituojant naudojami įvairūs metodai, įskaitant fokusuotą IR, konvekcinę ir nefokusuotą IR spinduliuotę. Kiekvienas metodas apima laipsnišką pakuotės kaitinimą, po kurio visas mazgas atvėsinamas.

Litavimo procesas

Litavimas - tai lydmetalio rutuliukų ir kitų lydmetalio medžiagų prijungimo prie PCB mikroschemų paketų procesas. Šis procesas atliekamas dviejų tipų metodais. Konvekcinis metodas ir pakartotinio lydymo procesas. Pirmasis tipas apima kaitinimo procesą naudojant fliusą, kuris sudaro skystį. Abiejų procesų metu kontroliuojama didžiausia temperatūra. Tačiau pakartotinio lydymo procesas turi būti atliekamas pakankamai atsargiai, kad nesusidarytų trapios lydmetalio jungtys.

Priklausomai nuo PCB naudojamų komponentų, litavimo procesas gali būti minkštas arba kietas. Naudojamo lituoklio tipas turi būti tinkamas komponentų rūšiai. Šį procesą turėtų atlikti PCB surinkimo ir gamybos paslaugų teikėjas, kuris turi daug patirties su PCB ir tiksliai žino, kaip įgyvendinti kiekvieną procesą.

Lituoklių matmenys

Siekiant užtikrinti optimalų komponento veikimą, labai svarbūs yra PCB mikroschemų pakuotės lituoklių matmenys. Tai ypač aktualu aukšto dažnio srityje, kur komponentų išdėstymas ir litavimo būdai gali būti ne tokie tikslūs, kaip reikia. IPC-SM-782 standartas yra vertingas informacinis dokumentas, kuriuo remiantis galima optimaliai išdėstyti ir lituoti komponentus. Tačiau aklai laikantis šio dokumento reikalavimų gali kilti neoptimalių aukšto dažnio parametrų arba aukštos įtampos problemų. Kad išvengtumėte šių problemų, PCBA123 rekomenduoja, kad litavimo aikštelės būtų mažos ir išdėstytos viena eile.

Be trinkelių dydžių, svarbūs ir kiti veiksniai, pavyzdžiui, komponentų išdėstymas ir derinimas. Naudojant netinkamo dydžio kaladėles gali kilti elektrinių problemų, taip pat gali būti apribotas plokštės pritaikomumas gamybai. Todėl svarbu laikytis pramonėje rekomenduojamų PCB trinkelių dydžių ir formų.

Fluxing

Lydymas yra svarbi litavimo proceso sudedamoji dalis. Jis pašalina metalo priemaišas ir oksidus nuo litavimo paviršiaus, kad paviršius būtų švarus ir užtikrintų didelio vientisumo lydmetalio jungtis. Fliuso likučiai pašalinami atliekant galutinį valymo etapą, kuris priklauso nuo naudojamo fliuso tipo.

Lituojant naudojami įvairūs fliusai. Jų būna įvairių - nuo dervos iki kanifolijos pagrindo. Kiekvienas iš jų skirtas skirtingiems tikslams ir skirstomas pagal aktyvumo lygį. Fliuso tirpalo aktyvumo lygis paprastai nurodomas kaip L (mažo aktyvumo arba be halogenidų) arba M (vidutinio aktyvumo, nuo 0 iki 2% halogenidų), arba H (didelio aktyvumo, iki 3% halogenidų).

Vienas iš dažniausiai pasitaikančių defektų yra lusto viduryje esantys lydmetalio rutuliukai. Įprastas šios problemos sprendimas - pakeisti šablono dizainą. Kiti metodai - azoto naudojimas litavimo proceso metu. Tai apsaugo lydmetalį nuo garavimo, todėl pasta sudaro geresnį ryšį. Galiausiai, plovimo etapas padeda nuo plokštės pašalinti visus smėlius ir cheminių medžiagų likučius.

Patikrinimas

PCB mikroschemų pakuotėms tikrinti galima naudoti kelių skirtingų tipų testavimo įrankius. Kai kurie iš jų apima bandymus grandinėje, kai naudojami zondai, jungiami prie įvairių PCB bandymo taškų. Šie zondai gali aptikti prastą litavimą arba komponentų gedimus. Jie taip pat gali matuoti įtampos lygį ir varžą.

Dėl netinkamo litavimo gali kilti problemų su spausdintinės plokštės grandine. Atviros grandinės atsiranda, kai lydmetalis tinkamai nepasiekia kaladėlių arba kai lydmetalis pakyla ant komponento paviršiaus. Kai taip atsitinka, jungtys nebus užbaigtos ir komponentai neveiks tinkamai. Dažnai to galima išvengti kruopščiai išvalant skylutes ir užtikrinant, kad išlydytas lydmetalis tolygiai padengtų išvadus. Priešingu atveju dėl perteklinio arba nepilnai padengto lydmetalio sluoksnio išvadai gali sudrėkti arba tapti nesudrėkę. Kad išvengtumėte drėkimo, naudokite aukštos kokybės lydmetalį ir kokybišką surinkimo įrangą.

Kitas įprastas būdas aptikti spausdintinių plokščių defektus - automatinė optinė patikra (AOI). Ši technologija naudoja kameras, kuriomis daromos spausdintinių plokščių HD nuotraukos. Tuomet ji palygina šiuos vaizdus su iš anksto užprogramuotais parametrais, kad nustatytų komponentų defektų būklę. Jei aptinkamas koks nors defektas, įrenginys jį atitinkamai pažymi. AOI įranga paprastai yra patogi vartotojui, ją paprasta valdyti ir programuoti. Tačiau AOI gali būti nenaudinga atliekant struktūrinius patikrinimus arba tikrinant spausdintines plokštes, kuriose yra daug komponentų.

Ištaisymas

Elektronikos gaminių gamyboje naudojami litavimo procesai turi atitikti tam tikrus standartus ir gaires. Apskritai lydmetalio kaukė turėtų būti bent 75% storio, kad būtų užtikrintos patikimos lydmetalio jungtys. Litavimo pastos turėtų būti tepamos ant spausdintinių plokščių tiesiogiai, o ne atspausdintos ekrane. Geriausia naudoti konkrečiam pakuotės tipui pritaikytą šabloną ir stendą. Šiuose trafaretuose lydmetalio pasta ant pakuotės paviršiaus tepama metaliniu gremžtuku.

Naudojant bangų litavimo procesą vietoj tradicinio fliuso purškimo metodo, yra keletas privalumų. Lydymo bangomis procese naudojamas mechaninis litavimo bangomis procesas, kuriuo dalys prie spausdintinių plokščių priklijuojamos labai stabiliai. Šis metodas yra brangesnis, tačiau užtikrina saugų ir patikimą elektroninių komponentų tvirtinimo būdą.

Kaip atlikti PCB impedanso skaičiavimo modelį

Smitho diagramos naudojimas

Smitho diagrama yra naudingas įrankis, kai norite nustatyti grandinės impedanciją. Tai vizualus elektrinės grandinės kompleksinės varžos priklausomybės nuo dažnio vaizdas. Ji taip pat parodo impedanso priklausomybės nuo dažnio lokusą, kuris reikalingas stabilumo analizei ir virpesių išvengimui. Daugelis kompiuterių turi galimybę impedanso vertes rodyti skaitine išraiška, tačiau Smitho diagrama padeda vizualizuoti galimybes.

Smitho diagrama gali būti naudojama signalo keliui tarp kompiuterio plokštės kontaktinių kaladėlių ir elektroninio prietaiso įvertinti. Šis prietaisas gali būti integrinis grandynas, tranzistorius arba pasyvusis komponentas. Jame taip pat gali būti vidinių grandynų. Naudodamiesi šia diagrama, galite nustatyti spausdintinės plokštės impedanciją ir panaudoti ją projektuojant elektrinę grandinę.

Smitho diagrama gali būti naudojama įvairių tipų varžos modeliams, su kuriais susiduriama projektuojant spausdintines plokštes, nustatyti. Ji yra trijų formų: ribota, neribota ir apversta. Smitho diagramos centre esantis taškas reiškia neribotos varžos modelį, o išoriniame apskritime esantis taškas - apverstos varžos modelį.

Naudodami Smitho diagramą impedansui apskaičiuoti, galite lengvai suderinti šaltinio ir paskirties impedansus. Tada galite apskaičiuoti suderinimo tinklo dydį. Derinamojo tinklo dydis priklauso nuo to, kokio dydžio poslinkis reikalingas tarp šaltinio ir paskirties impedanso. Be to, nuosekliosios ir lygiagrečiosios L ir C vertės perkelia tašką išilgai pastoviosios varžos ir reaktyvumo kreivių. Jei varža mažėja, prie linijos galo galite pridėti daugiau R verčių.

3D lauko sprendiklio naudojimas

PCB impedanso skaičiavimas yra būtinas PCB projektavimo proceso etapas. Jis apima perdavimo linijos arba trasos impedanso PCB apskaičiavimą pagal projekto konfigūraciją. Jei PCB yra sudėtinga arba ją sudaro keli sluoksniai, naudojant 3D lauko sprendiklį galima tiksliausiai apskaičiuoti varžą.

Impedanso skaičiavimo modeliuose paprastai daroma prielaida, kad skerspjūvis yra stačiakampio formos ir kad srovė tobulai grįžta. Tačiau tikrieji skerspjūviai gali būti daugiakampiai ir netgi gali kirsti etaloninio sluoksnio tarpus. Dėl to gali atsirasti didelių signalų iškraipymų, ypač didelės spartos tinkluose.

Sprendiklis palaiko dviejų tipų prievadus: banginius ir vienalyčius prievadus. Abiem atvejais turite aiškiai apibrėžti, kokio tipo prievadus norite naudoti. Galite nurodyti bangų prievado plokštumą naudodami geometriją arba apibrėžti ją rankiniu būdu, naudodami bangų pasirinktinį dydį (Wave Custom Size type).

Dauguma 3D lauko sprendiklių sukuria S-parametrų elgsenos modelius. Šie modeliai yra supaprastintas schematinis tikrojo prietaiso atvaizdavimas. Todėl jiems reikia daug iteracijų. Pavyzdžiui, galite sukurti modeliavimą su daugeliu schemos modelių ir palyginti jų rezultatus.

PCB impedanso skaičiavimai yra labai svarbūs projektuojant PCB. Svarbu sumodeliuoti reguliuojamąją spausdintinės plokštės impedanciją, kad išvengtumėte impedanso neatitikimų. Be to, svarbu glaudžiai bendradarbiauti su PCB gamintoju. Jūsų PCB gamintojas gali turėti specialų CAM skyrių, kuris gali pateikti atitinkamas nuorodas su impedancija susijusiems projektavimo klausimams spręsti. Tačiau svarbu visiškai neperduoti impedanso klausimų kontrolės išorinei šaliai.

Kaip surenkamos dvipusės SMD plokštės? Visas procesas ir palyginimas

Šiame straipsnyje palyginsime dvipusių ir vienpusių SMD plokščių kainą ir surinkimo procesą. Taip pat bus aptarti abiejų tipų plokščių privalumai ir trūkumai. Be to, jis padės suprasti litavimo ir lydmetalio pastos spausdinimo skirtumus.

Vienpusės ir dvipusės smd plokštės

Vienpusės ir dvipusės SMD plokštės skiriasi daugeliu aspektų. Dvipusėse plokštėse yra daugiau vietos, jose galima montuoti daugiau komponentų ir jungčių. Jos yra puikus pasirinkimas sudėtingai elektronikai. Dvipusės spausdintinės plokštės paprastai yra brangesnės ir sudėtingiau surenkamos. Nepaisant to, jos turi keletą privalumų.

Vienpusių spausdintinių plokščių gamybos procesas yra paprastesnis. Joms nereikia naudoti lituoklio ir nereikia daug sudėtingų įrankių. Vienpusės spausdintinės plokštės gaminamos iš įvairių medžiagų ir daugeliu atvejų yra pigesnės. Šios plokštės taip pat gali būti lankstesnės, todėl jų gamybos sąnaudos yra mažesnės.

Dvipusės plokštės turi didesnį paviršiaus plotą, todėl dažnai pasirenkamos sudėtingose grandinėse. Vienpusės plokštės gali būti gaminamos ir su per skylę, ir su paviršinio montavimo komponentais. Tačiau dvipusėse plokštėse komponentai montuojami viršutinėje arba apatinėje pusėje.

Dvipusės plokštės yra lankstesnės sudėtingoms grandinėms, tačiau vienpusės plokštės yra geras pasirinkimas, kai trūksta vietos. Į vienpuses plokštes galima sutalpinti didesnes grandines nei į dvipuses, tačiau vienpusė plokštė gali būti per didelė. Jei reikia sukurti sudėtingą grandinę su daugybe jungčių, tarp komponentų gali tekti įrengti laidų pertraukiklius.

Dvipusių plokščių privalumai - didesnis grandinių išdėstymo sudėtingumas ir ekonomiškumas. Dvipusės spausdintinės plokštės taip pat yra brangesnės, nes joms reikia daugiau šablonų ir papildomos įrangos. Be to, dvipusių PCB gali būti didesnės pridėtinės išlaidos. Priklausomai nuo plokštės konstrukcijos, dvipusėms spausdintinėms plokštėms gali reikėti sudėtingesnio grandynų dizaino ir daugiau skylių.

Lituoklio pastos spausdinimas ir litavimas

Litavimo pastos spausdinimas - tai procesas, kurio metu ant plikų plokščių ir komponentų montavimo vietų užtepama litavimo pasta. Šis procesas gali būti sudėtingas ir reikalauja išsamaus proceso. Siekiant užtikrinti tikslumą, lydmetalio pasta matuojama 3D formatu, todėl galima mažesnė paklaida. Kai lydmetalio pasta užtepama ant plikos plokštės, kitas žingsnis - paviršinio montavimo komponentų montavimas. Tam idealiai tinka mašinos, nes jos užtikrina tikslų ir be klaidų atliekamą procesą.

Lituoklio pastos būna įvairių rūšių ir kokybės, ją pramoniniais kiekiais galima įsigyti didelėse PCB surinkimo gamyklose. Mažesniais kiekiais ją taip pat galima įsigyti iš trafaretų pardavėjų ir lydmetalio pastos tiekėjų. Abiejų rūšių lydmetalio pastą reikia tinkamai laikyti, ji turi būti laikoma sandariose talpyklose. Kadangi lydmetalio pasta turi didelį paviršiaus plotą, oksidacija gali būti rimta problema.

Dėl elektronikos gaminių sudėtingumo PCBA plokštės tampa vis mažesnės. Be to, daugelyje PCBA plokščių yra daugiau nei vieno tipo komponentų. Daugumoje PCBA plokščių yra SMD ir skylėtų komponentų derinys.

Per daug skirtingų komponentų gali turėti įtakos litavimo procesui.

Spausdinant lydmetalio pastą reikalingas tikslus spausdinimo procesas. Litavimo pastos spausdinimui naudojamas gremžtukas turėtų būti pagamintas iš nerūdijančio plieno ir būti 45-60 laipsnių temperatūros. Nuo gremžtuko kampo priklauso, kiek lydmetalio pastos bus užtepta ant paviršiaus. Be to, nuo gremžtuko spaudimo taip pat priklauso pastos nuosėdų forma. Nuo trafareto juostelės greičio taip pat priklauso atspausdinamos lydmetalio pastos kiekis. Dėl per didelio greičio gali atsirasti aukšti kraštai aplink nuosėdas.

Dvipusės smd plokštės surinkimo kaina

Dvipusės SMD plokštės surinkimas yra brangesnis ir sudėtingesnis nei standartinių vienpusių plokščių. Tiksli kaina priklauso nuo konkrečios sąrankos. Du pagrindiniai skirtumai yra šie: skylių skaičius ir laidininkų išdėstymas. Palyginę šias dvi galimybes, galite geriau įsivaizduoti, kokios bus išlaidos.

Dvipusio SMD plokščių surinkimo procesas prasideda apdorojant pirmąją plokštės pusę. Tada lituojama antroji pusė. Atliekant pakartotinio litavimo procesą reikia atsižvelgti į komponentų svorį. Jei komponentai sunkūs, prieš lituojant juos galima pritvirtinti klijais.

Vidutinė spausdintinių plokščių surinkimo kaina svyruoja nuo trijų-keturių iki kelių šimtų dolerių. Tačiau kaina priklauso nuo projekto sudėtingumo ir pridėtinių išlaidų. Be to, jei PCB reikia gręžti, gamybos ir surinkimo kaina bus didesnė nei vidutinė.

Bendros dvipusės SMD plokštės surinkimo sąnaudos priklauso nuo konstrukcijos sudėtingumo ir gaminio eksploatacinių savybių reikalavimų. PCB surinkimas yra labai sudėtingas procesas, kuriame dalyvauja kvalifikuoti žmonės ir automatizuotos mašinos. Kadangi šis procesas apima daug sluoksnių, bendra kaina didėja kartu su komponentų skaičiumi.

PCB tipai ir funkcijos

PCB medicinos pramonėje

Medicinos sektoriuje daug PCB naudojama įvairiuose gaminiuose, įskaitant kraujospūdžio matuoklius, infuzinius siurblius ir širdies ritmo matuoklius. Šie prietaisai, naudodami mažyčius elektroninius komponentus, pacientams tiekia tikslius skysčių kiekius. Tobulėjant technologijoms, medicinos pramonė ir toliau ras naujų PCB panaudojimo būdų.

Spausdintinės plokštės

Spausdintinės plokštės yra labai svarbi daugelio pramonės šakų dalis. Jos naudojamos įvairiuose gaminiuose - nuo didžiulių mašinų iki plataus vartojimo prietaisų. Pateikiame keletą dažniausiai pasitaikančių šių plokščių panaudojimo būdų. Pramonėje jos turi atlaikyti didelę galią ir ekstremalią temperatūrą. Jos taip pat gali būti veikiamos aštrių cheminių medžiagų ir vibruojančių mašinų. Štai kodėl daugelis pramoninių spausdintinių plokščių gaminamos iš storesnių ir termiškai atsparių metalų.

Spausdintinių plokščių paskirtis įvairi - nuo šaldytuvo maitinimo iki daiktų interneto. Net prietaisuose, kurie anksčiau nebuvo elektroniniai, dabar naudojami elektroniniai komponentai. Spausdintinės plokštės taip pat plačiai naudojamos pramoninėje aplinkoje, kur jos maitina didžiąją dalį įrangos paskirstymo centruose ir gamybos įmonėse.

Poveikis aplinkai

PCB yra plastikinės cheminės medžiagos, plačiai naudojamos gaminant daugelį produktų. Pirmą kartą jie buvo pagaminti 1929 m. ir plačiai naudojami sandarikliuose, rašaluose ir pjovimo alyvose. 1966 m. jų aptikta Didžiuosiuose ežeruose ir dėl to uždrausta jų gamyba ir importas visoje Šiaurės Amerikoje. PCB kiekis pradėjo mažėti iki devintojo dešimtmečio pabaigos, kai vėl ėmė didėti.

Be cheminių junginių, PCB taip pat turi analogų, kurie sukelia endokrininės sistemos sutrikimus ir neurotoksiškumą žmonėms. Šie analogai yra polibrominti bifenilai ir kelia daugelį tų pačių aplinkosaugos problemų. Jie pasižymi panašiomis cheminėmis savybėmis ir yra atsparūs hidrolizei, rūgštims ir temperatūros pokyčiams. Be to, veikiant aukštai temperatūrai ir cheminėms medžiagoms iš jų gali susidaryti dibenzodioksinai.

Daugiasluoksnės spausdintinės plokštės

Daugiasluoksnės spausdintinės plokštės yra populiarus spausdintinių plokščių tipas, naudojamas įvairiose srityse. Daugiasluoksnė konstrukcija idealiai tinka elektronikai, kuriai reikia lankstumo, nedidelio svorio ir patvarumo. Šios plokštės gali atlikti ir lanksčių, ir standžių PCB funkcijas ir naudojamos beveik visuose šiuolaikiniuose sudėtinguose elektroniniuose prietaisuose.

PCB taip pat dažnai naudojami medicinos pramonėje. Jie naudojami rentgeno ir kompiuterinės tomografijos įrangoje, taip pat kraujospūdžio ir cukraus kiekio nustatymo prietaisuose. Daugiasluoksnės spausdintinės plokštės ypač naudingos šiose srityse, nes jos gali būti itin mažos, tačiau kartu užtikrinti didelį našumą.

Poveikis sveikatai

Mažai tikėtina, kad nedidelis PCB poveikis turės neigiamą poveikį sveikatai. Tačiau dėl didelio poveikio gali padidėti neigiamo poveikio sveikatai rizika. Ypač didelė rizika kyla aborigenams, medžiotojams ir žvejams bei šeimoms. Laimei, yra keletas būdų, kaip sumažinti PCB poveikį. Tai - valgyti maistą, kuriame nėra PCB, dažnai plauti rankas ir vengti užteršto vandens bei žuvies.

Tyrimai parodė, kad PCB gali sukelti neigiamą poveikį žmonių ir gyvūnų sveikatai. Jie priskiriami prie tikėtinų kancerogenų ir gali paveikti smegenų vystymąsi bei neurologines funkcijas. Dėl PCB poveikio taip pat gali sutrikti trumpalaikė atmintis ir sumažėti intelekto koeficientas.

Failure Analysis of Soldering Defects on Immersion Tin PCB Pads

Soldering defects are a common cause of PCB failure. There are several different types of defects that can lead to PCB failure. The article below explores three types of defects: Wetting, Plating through hole barrel cracking, and Liquid fluxes.

Wetting defects

Exposure to environmental factors during the manufacturing process can affect the wetting ability of immersion tin pcb pads. This can reduce assembly yield and second level reliability. Therefore, it is important to avoid or correct poor wetting defects. This research explored the effects of different temperature conditions on the wetting ability of these pads.

Immersion tin pads exhibit a variety of defects that can cause the assembly process to fail. Unlike dewetting, which is a defect in which the soldering joint is not formed, wetting defects occur when the molten solder does not adhere to the wettable surface of the PCB pads or components. This can result in holes or voids in the solder joints.

Non-wetting defects can also cause serious structural issues. In addition, they may result in poor electrical conductivity, loose components, and poor PCB pad performance.

Plating through hole barrel cracking

This study evaluated the reliability of immersion tin pcb pads through a failure analysis of soldering defects. To do this, we studied the behavior of the intermetallics inside solder joints by SEM. We compared the results of the aged and non-aged assemblies to understand how the intermetallics affect joint reliability.

The results of the investigation show that the electroless nickel coating on immersion tin PCB pads is characterized by deep crevasses and fissures. These open boundaries are attributed to the corrosive environment generated during ENIG plating. This problem can be solved by introducing a nickel controller into the plating process. This countermeasure helps to maintain good wettability in the pad and prevent oxidation.

Liquid fluxes

This failure analysis of soldering defects also includes the analysis of the flux used in the process. The use of different liquid fluxes in the reflow process may lead to different results. One method used for analyzing the effects of flux on soldering defects on immersion tin PCB pads is to assemble the flip-chip assemblies with readout chips on the bottom.