PCB自动组装优势及可实施性要求(时间+质量)

PCB自动组装优势及可实施性要求电装工艺与装联技术中心张艳鹏2017.082019/8/2电装工艺与装联技术中心22019/8/2电装工艺与装联技术中心3一、PCB组装方式定义：2019/8/2电装工艺与装联技术中心419921993199419951996253035404550253035404550SMTTHTYearTHTSMT19921993199419951996年增长率THT49.547.34337.431.0-11.0SMT27.128.731.434.636.88.0PCB自动组装的具体含义1、SMC优势3、设备优势2、SMT优势4、时间、质量优势二、PCB自动组装优势–组装密度高、体积小，重量轻：SMC/SMD尺寸只有通孔插装器件的1/3-1/10,同一功能PCB板使用SMC，尺寸降低40-60%，质量降低60-80%2019/8/2电装工艺与装联技术中心6组装形式组装密度（只/cm2）通孔组装2~4表面组装单面表面组装3~6单面混合组装4~8双面混合组装5~9双面表面组装6~121、SMC优势–可靠性高，抗振性能强：SMC一般无引脚或引脚尺寸较小，进而元器件质量较小，所以具有较好的耐冲击和抗振能力，与THT相比，SMC的焊点失效可降低1个数量级–提升性能：SMC由于具有更短的传输路径而能够提供更好的互连，具有更小的寄生感抗和容抗，高频性能好–降低成本：SMC能够降低裸板成本，简化装联过程，与THT相关的设备（不同引线形式对应不同的插装机）相比具有较少投入，粗略估算成本可降低30%–提高效率：SMC适合大规模自动生产，可以将生产效率提高到更高水平2019/8/2电装工艺与装联技术中心71、SMC优势–可焊接BGA等隐藏焊点封装器件，手工焊无法完成–可实现0402及以下尺寸封装器件组装，手工很难甚至根本无法完成–焊点一致性好，手工焊因人员操作差异而不能保证–调节曲线，控制晶粒生长，得到更加可靠的焊点结构–大板手工焊接容易翘曲（局部受热）–敷铜较多PCB板手工焊接易冷焊，回流焊接可很好的进行热量补偿–对PCB和元器件的应力损伤最小（瓷介电容）–除编程时间外，单板生产时间小于10min–整个过程PCB清洁度高电装工艺与装联技术中心2019/8/282、SMT优势2019/8/2电装工艺与装联技术中心9P/CLCC-Plastic/CeramicleadlesschipcarrierBGA-BallgridarrayQFN-QuadflatNo-leadCCGA-Ceramiccolumngridarray隐藏焊点封装元器件–可焊接BGA等隐藏焊点封装器件，手工焊无法完成–可实现0402及以下尺寸封装器件组装，手工很难甚至根本无法完成–焊点一致性好，手工焊因人员操作差异而不能保证–调节曲线，控制晶粒生长，得到更加可靠的焊点结构–大板手工焊接容易翘曲（局部受热）–敷铜较多PCB板手工焊接易冷焊，回流焊接可很好的进行热量补偿–对PCB和元器件的应力损伤最小（瓷介电容）–除编程时间外，单板生产时间小于10min–整个过程PCB清洁度高电装工艺与装联技术中心2019/8/2102、SMT优势2019/8/2电装工艺与装联技术中心11时间（年）197519791995199720022004外形代码英制1206080506030402020101005公制321620121605100506030402外形尺寸（mm）3.2*1.6*1.22.0*1.2*1.21.6*0.8*0.81.0*0.5*0.50.6*0.3*0.30.4*0.2*0.13Chip元件封装–可焊接BGA等隐藏焊点封装器件，手工焊无法完成–可实现0402及以下尺寸封装器件组装，手工很难甚至根本无法完成–焊点一致性好，手工焊因人员操作差异而不能保证–调节曲线，控制晶粒生长，得到更加可靠的焊点结构–大板手工焊接容易翘曲（局部受热）–敷铜较多PCB板手工焊接易冷焊，回流焊接可很好的进行热量补偿–对PCB和元器件的应力损伤最小（瓷介电容）–除编程时间外，单板生产时间小于10min–整个过程PCB板清洁度高电装工艺与装联技术中心2019/8/2122、SMT优势2019/8/2电装工艺与装联技术中心133、设备优势-丝网印刷机0.50.22body0.420.08–印刷精度：±25μm–标准要求：•错位＜0.2mm，细密引脚间距器件错位要小于0.1mm——QJ3173-2003•未印上部位应小于焊盘面积的25%——IPC/SJ2019/8/2电装工艺与装联技术中心143、设备优势-丝网印刷机印刷合格印刷不合格•元器件识别：–贴片机在运行过程中会对元器件进行识别，剔除不合格元器件，保证产品质量•贴装速度：–速度快2019/8/2电装工艺与装联技术中心153、设备优势-贴片机2012年2016年2022年贴装物料（贴装速度/CPH）150000（0.024秒/点）160000（0.0225秒/点）240000（0.015秒/点）芯片封装器件的贴装（贴装速度/CPH）3600（1秒/点）3800（0.95秒/点）4000（0.9秒/点）2019/8/2电装工艺与装联技术中心16元器件分类2012年2016年2022年芯片±40±20±20QFN单列配置±30±30±30交错式配置±30±30±30QFP±30±30±30FBGA（WL-CSP）±30±30±20FLGA±30±30±30*JEITA电子组装技术委员会《2013年组装技术路线图》3、设备优势-贴片机•贴片精度：–每根引脚至少有75%在焊盘上—QJ3173-2003•JUKIKE2080：50μm•SiplaceD1：50μm•回流焊炉：–8/10温区–温区独立控制、曲线精细•预热区•保温区（活化区）•回流区•冷却区–自对位效应•补偿贴片偏差2019/8/2电装工艺与装联技术中心173、设备优势电装工艺与装联技术中心2019/8/2184、时间、质量优势电装工艺与装联技术中心2019/8/219时间是我们大家的电装工艺与装联技术中心2019/8/220手工焊接：6.0h/块手工贴片：2.7h/块自动组装：4min/块时间是我们大家的电装工艺与装联技术中心2019/8/221时间是我们大家的•缩短生产时间•延长调试时间•保证产品质量电装工艺与装联技术中心2019/8/222650/29时间是我们大家的2019/8/2电装工艺与装联技术中心23质量是我们大家的航天XX1项目8块一次调试通过航天XX-16成像控制板8块一次调试通过航天XX-16焦面板16块一次调试通过地面2000G/X326项目26+12块一次调试通过……航空X05项目100块一次调试通过；航空XXPT项目3种90块一次调试通过电装工艺与装联技术中心2019/8/224质量是我们大家的三、PCB自动组装可实施性要求元器件1PCB板2软件需求3钢网设计4–巧妇难为无“米”之炊–“成袋的米”•盘料（电装配置有点料机）•托盘料–利于元器件周转保存–可切实做到防静电–关键器件说明（BGA等）261、自动组装可实施要求——元器件•顾虑：元器件缺失•Chip元件：0.5%的抛料率–元器件筛选，保证可靠性–备料时需考虑这部分损耗•芯片类：影像识别不合格的器件自动放回托盘，不会造成器件损失–引脚变形、缺失–消除可靠性隐患272、自动组装可实施要求——PCB板Mark点元器件布局PCB形状尺寸挠性PCBPCB数目•Mark点：设备工作时，根据识别的基准点位置，自动动态的补偿整个板子上所有元器件的坐标位置和角度。•推荐圆形和正方形，偶尔也有十字形Y1Y0△Y0XYX1X0△XMark分类作用地位单板mark单块板上定位所有电路特性的位置必不可少拼板mark拼板上辅助定位所有电路特定的位置辅助定位局部mark定位单个元件的基准点标记，以提高贴装精度（QFP、CSP、BGA等必须有局部mark）必不可少282、自动组装可实施要求——PCB板Mark点元器件布局PCB形状尺寸挠性PCBPCB数目•元器件布局：–距离边缘至少有5mm的间距–由于结构或布局限制必须设计在离边缘较近的位置，则需设计夹持边–夹持边与板间通过邮票孔或V型槽连接–大质量/核心元器件尽量布局在同一面292、自动组装可实施要求——PCB板Mark点元器件布局PCB形状尺寸挠性PCBPCB数目•形状要求：–至少有一组平行边–不规则形状的PCB板可设计夹持边，PCB与夹持边之间通过邮票孔连接–还可制作贴片工装完成•保证PCB沿轨道运动不转动302、自动组装可实施要求——PCB板Mark点元器件布局PCB形状尺寸挠性PCBPCB数目•尺寸要求：–PCB尺寸≤60mm的，需做拼板处理–拼板过程中，厚度较薄的PCB需做加强筋处理–PCB最大尺寸为460*460mmW≥60mmL1≥5mmL2≥5mmL1≥5mmW＜60mm312、自动组装可实施要求——PCB板Mark点元器件布局PCB形状尺寸挠性PCBPCB数目•挠性板贴装：–需制作刚性载板–刚性板上绘制轮廓线或预留定位凸台–挠性板设置定位孔–挠性板亦应设置mark点322、自动组装可实施要求——PCB板Mark点元器件布局PCB形状尺寸挠性PCBPCB数目•等效时间：单块PCB板手工装联16h的情况下，与设备焊接所用时间（编程、上料等）相当。•单次生产超过3块的，均可采用自动组装。•某些电路板（含有BGA、QFN等隐藏焊点元器件），印膏后在规定的时间内不能完成手工摆件，因此单块也需采用自动组装333、自动组装可实施要求——软件需求坐标文件Gerber文件PCB文件•坐标文件–参考标志符、元件形状、元件、元件角度、元器件坐标值(X、Y)······343、自动组装可实施要求——软件需求坐标文件Gerber文件PCB文件•坐标文件生成方法–Cadence•Setup-DesignParameterEditor-Design-在MoveOrign中输入坐标原点（一般为PCB板左下角）•Tools-Reports-AvailableReports-双击ComponentReport-Report–AD•Edit-Origin-set(选择坐标原点，一般为PCB板左下角)•File-Assemblyoutputs-Generatespickandplacefiles-Text和Imperial-点击OK353、自动组装可实施要求——软件需求坐标文件Gerber文件PCB文件–在线模拟组装•减少元器件损失（实物试打）•及早发现元器件封装不符•及早发现器件相互干涉问题–提高装联效率和可靠性363、自动组装可实施要求——软件需求坐标文件Gerber文件PCB文件–根据需求生成坐标文件–自主生成Gerber文件–可制造性问题借助PCB文件解决•无丝印、位号标识不全等–仍需提供蓝图•以防电子版文件与纸质文件不对应373、自动组装可实施要求——钢网要求开孔要求厚度要求机械尺寸要求•开孔要求：–宽厚比1.5–面积比0.66383、自动组装可实施要求——钢网要求开孔要求厚度要求机械尺寸要求•厚度要求–民品0.12mm–军品0.15mm–航天0.18mm元件类型间距钢网厚度QFP0.65mm0.15-0.18mm0.5mm0.13-0.15mm0.4mm0.10-0.13mm0.3mm0.07-0.13mm04020.10-0.15mm02010.08-0.12mmBGA1.25-1.27mm0.15-0.20mm1.0mm0.12-0.13mm0.5mm0.07-0.13mmFlipchip0.25mm0.08-0.10mm0.20mm0.05-0.10mm0.15mm0.03-0.08mm393、自动组装可实施要求——钢网要求开孔要求厚度要求机械尺寸要求•机械尺寸要求–外框尺寸–布局区域机械尺寸要求：–外框铝合金尺寸736*736mm，横截面尺寸为40*40mm–开孔位置布局在距离边框内侧≥114mm的区域内–钢网背面需加开与PCB板对应的mark点–厚度0.