پاسخ مستقیم
گرایشهای لوازم الکترونیکی مصرفی و گوشیهای هوشمند خطر مونتاژ SMT را از طریق انباشتههای نازکتر PCB، گامهای دقیقتر اجزا، BGAهای بزرگتر و نیاز به مواد بدون سرب افزایش میدهند. شما این خطر را با بررسی انباشته PCB برای پتانسیل انحراف، بررسی همسطح بودن BGA و رتبهبندیهای MSL، اعتبارسنجی طراحی دیافراگم شابلون برای قطعات ریزپیچ، و تأیید مطابقت نمایه جریان مجدد با برد و ترکیب اجزای واقعی شما قبل از ارسال __OMINI_TER ارزیابی میکنید.
چرا گرایشهای گوشی هوشمند نمایه ریسک SMT را تغییر میدهد
گرایش های طراحی لوازم الکترونیکی مصرفی و گوشی های هوشمند در داخل گوشی باقی نمی ماند. آنها به کنترلهای صنعتی، دستگاههای پزشکی، ماژولهای خودرو و محصولات اینترنت اشیا مهاجرت میکنند زیرا همان خانوادههای اجزا و فناوریهای بستهبندی به جریان اصلی تبدیل میشوند. هنگامی که گام 0.4 میلی متری BGA یا گام 0.3 میلی متری QFN در گوشی های هوشمند رایج می شود، ظرف دو تا سه سال در محصولات کم حجم ظاهر می شود. این بدان معناست که PCBA بعدی شما ممکن است بسته هایی را حمل کند که اسمبلر شما هنوز در استک آپ برد خاص شما واجد شرایط نیست.
خطر فقط کوچکتر بودن اجزا نیست. خطر این است که کل پوشش حرارتی و مکانیکی برد تغییر کند. یک تلفن هوشمند PCB ممکن است 0.6 میلی متر ضخامت داشته باشد و دارای 8 لایه باشد. یک تخته صنعتی معمولی ممکن است 1.6 میلی متر ضخامت با 4 لایه داشته باشد. اگر از اجزای سبک گوشی هوشمند استفاده کنید اما یک پشته ضخیم و نامتعادل را حفظ کنید، در طول جریان مجدد یک ناهماهنگی صفحه ایجاد می کنید. بسته BGA و PCB با سرعت های مختلف منبسط می شوند و اتصالات لحیم کاری در گوشه های بسته استرس را تحمل می کنند.
شما باید ریسک مونتاژ SMT را در سه نقطه ارزیابی کنید: در طول بررسی طراحی، در طول بررسی BOM، و در طول آماده سازی RFQ. هر مرحله با کلاس متفاوتی از مشکل مواجه می شود. بررسی طراحی مسائل مربوط به انباشتگی و الگوی زمین را جلب می کند. بررسی BOM مشکلات سازگاری MSL، پایان و آلیاژ را نشان می دهد. RFQ شکافهای فرآیند و بازرسی را میگیرد.
ارزیابی خطر Warpage از پشتههای نازکتر و BGAs بزرگتر
اولین و مهمترین عامل خطر، رابطه بین ضخامت PCB، اندازه بسته بندی BGA و تغییر شکل جریان است. تخته 1.6 میلی متر ضخامت با 15 میلی متر BGA به طور کلی پایدار است. تخته 0.8 میلی متر ضخامت با 19 میلی متر BGA ندارد. بسته و برد هر دو در حین جریان مجدد تاب میخورند و اگر در جهت مخالف تاب بروند، ممکن است خمیر لحیم در گوشههای بسته اصلاً با لنت تماس نگیرد.
قبل از اینکه به یک بسته BGA متعهد شوید، استک آپ را ارزیابی کنید. ضخامت کل تخته، تعداد لایه ها و توزیع مس در بین لایه ها را بررسی کنید. یک استک آپ متقارن با وزن مس متعادل روی هر جفت لایه کمتر از یک استک آپ نامتقارن تاب می خورد. اگر یک تخته 0.8 میلی متری با شش لایه دارید، مطمئن شوید که وزن مس و پوشش صفحه تقریباً حول محور خنثی متعادل هستند.
تعادل مس بیش از آن چیزی است که اکثر طراحان متوجه می شوند. تخته ای با صفحه زمین جامد در لایه 2 و فقط ردیابی سیگنال در لایه 5 در طول جریان مجدد تاب می یابد زیرا ضریب انبساط حرارتی (CTE) عدم تطابق بین مس و ورقه متقارن است. تخته به طرفی که مس کمتری دارد، جمع می شود. هنگامی که یک BGA بزرگ در آن سمت قرار می گیرد، همسطح بودن بسته و تاب برداشتن تخته با هم ترکیب می شوند و شما دچار نقص سر در بالش یا اتصالات لحیم باز در گوشه های بسته می شوید.
یک قانون عملی عملی: اگر برد شما نازکتر از 1.0 میلیمتر است و یک BGA بزرگتر از 12 میلیمتر را در یک طرف قرار میدهید، قبل از اجرای تولید، از مونتاژکننده خود درخواست شبیهسازی warpage یا آزمایش مویر سایهای reflow کنید. این یک قابلیت استاندارد در اکثر ارائه دهندگان EMS است و هزینه آن بسیار کمتر از مقاله اول ناموفق است.
> Practical note: If your stackup is asymmetric, add copper thieving on the light layer or adjust the stackup so the copper weight is balanced. This is a design change, not a process change, and it must happen before the PCB is fabricated.
اجزای ریز گام و محدودیت های طراحی استنسیل
روند گوشیهای هوشمند کاهش مولفه را کاهش میدهد. گام های 0.4 میلی متری BGAs، مقاومت های 0201، و اتصالات گام های 0.3 میلی متری اکنون رایج هستند. این اجزا به طراحی شابلون نیاز دارند که اساساً با آنچه برای گام های 0.5 میلی متری BGAs و غیرفعال های 0402 کار می کند متفاوت است.
نسبت سطح دیافراگم شابلون متغیر بحرانی است. برای گام 0.4 میلی متری BGA با پد 0.2 میلی متری، ممکن است دیافراگم 0.19 میلی متر مربع باشد. ضخامت شابلون باید به گونه ای انتخاب شود که نسبت مساحت - ناحیه باز شدن دیافراگم تقسیم بر سطح دیوار دیافراگم - برای آزادسازی خوب خمیر بالای 0.66 بماند. اگر شابلون خیلی ضخیم باشد، خمیر در دیافراگم باقی می ماند. اگر بیش از حد نازک باشد، حجم لحیم کاری کافی برای تشکیل یک اتصال قابل اعتماد را نمی گذارید.
برای مولفه های 0201، چالش ثبات حجم خمیر است. یک پد 0201 تقریباً 0.25 میلی متر در 0.3 میلی متر است. رسوب خمیر باید در هزاران جایگذاری ثابت باشد. اگر دیافراگم شابلون با لیزر برش داده شود، آزادسازی خمیر بهتر از شابلون برش لیزری لخت خواهد بود. اگر از شابلون پلهای برای قرار دادن کانکتورهای ریز BGA و کانکتورهای بزرگ استفاده میکنید، انتقال پله باید به دور از روزنههای با گام ریز قرار گیرد، در غیر این صورت با خمیر لکهدار مواجه میشوید.
طرح شابلون را در طول بررسی DFM ارزیابی کنید. لیست دیافراگم شابلون و محاسبه نسبت مساحت را برای هر جزء ریز گام از اسمبل کننده خود بخواهید. اگر نسبت مساحت زیر 0.66 باشد، ضخامت شابلون یا طراحی دیافراگم باید تغییر کند. این یک خروجی استاندارد DFM است، و هر اسمبلری که نتواند آن را ارائه کند، برای کارهای دقیق مجهز نیست.
فینیش های بدون سرب، آلیاژهای مخلوط، و اعتبارسنجی نمایه جریان مجدد
لوازم الکترونیکی مصرفی تقریباً به طور کامل بدون سرب هستند، و تکمیل قطعات و PCBها منعکس کننده آن هستند. متداول ترین ترکیب خمیر لحیم SAC305 با روکش تخته ENIG یا ENEPIG و پوشش های قلع مات یا آلیاژ SAC است. این ترکیب کار میکند، اما به یک نمایه جریان مجدد نیاز دارد که برای ترکیب واقعی برد و اجزاء معتبر باشد.
هنگامی که آلیاژها را مخلوط می کنید، خطر ظاهر می شود. اگر BOM شما دارای برخی اجزا با توپ های SAC305 و برخی دیگر با توپ های SAC405 است، یا اگر تخته ای با روکش OSP و یک قطعه با روکش سرب قلع دارید، نمایه جریان مجدد باید هر دو را در خود جای دهد. دمای پیک و زمان بالای مایع باید برای آلیاژ با ذوب بالاتر بدون آسیب رساندن به آلیاژ با ذوب پایین کافی باشد.
حساسیت به رطوبت یکی دیگر از خطرات بدون سرب است. J-STD-020 رتبه بندی های MSL را برای قطعات تعریف می کند و J-STD-033 الزامات دستکاری و پخت را تعریف می کند. گام 0.4 میلی متری BGA معمولاً MSL 3 است، به این معنی که باید ظرف 168 ساعت پس از باز کردن کیسه مانع رطوبت قرار گیرد. اگر این جزء رطوبت را جذب کند و سپس در اوج دمای 245 درجه سانتیگراد از جریان مجدد عبور کند، رطوبت به سرعت منبسط می شود و می تواند باعث ترک خوردن بسته یا "پاپ کورنینگ" شود. این یک خطر پنهان است زیرا قبل از جریان مجدد، مولفه خوب به نظر می رسد.
نمایه جریان مجدد را قبل از ساخت ارزیابی کنید. مونتاژ کننده شما باید پروفایلی ارائه دهد که با یک برد ترموکوپل تایید شده باشد که با ضخامت برد و وزن مس شما مطابقت داشته باشد. پروفیل باید میزان سطح شیب دار، زمان خیساندن، دمای پیک و زمان بالای مایع را نشان دهد. اگر پروفیل فقط روی یک برد تست استاندارد 1.6 میلی متری تایید شده باشد و برد شما 0.8 میلی متر باشد، پروفایل برای محصول شما معتبر نیست.
BOM بررسی: MSL، همسطح، و در دسترس بودن بسته
بررسی BOM جایی است که بیشتر خطرات مونتاژ SMT در واقع درگیر می شود. مهندسان اغلب بر روی شماتیک و طرحبندی تمرکز میکنند، اما BOM حاوی اطلاعاتی است که تعیین میکند آیا اصلاً میتوان برد را مونتاژ کرد.
هر یک از اجزای BGA و دقیق را برای رتبه بندی MSL آن بررسی کنید. اگر قطعه ای MSL 5a باشد، اگر بیش از 24 ساعت در معرض رطوبت محیط قرار گرفته باشد، باید قبل از استفاده پخته شود. این باعث افزایش زمان و هزینه به فرآیند مونتاژ می شود. اگر از سرویس کلید در دست استفاده میکنید، اسمبلر این کار را انجام میدهد، اما باید بدانید که کدام مؤلفهها حساس هستند تا بتوانید برای زمان تحویل برنامهریزی کنید.
مشخصات همسطحی را برای هر BGA بررسی کنید. همسطحی حداکثر انحراف نوک توپ لحیم کاری از یک صفحه است. برای گام 0.4 میلی متری BGA، همسطح بودن معمولاً 0.08 میلی متر است. اگر تخته در حین جریان مجدد بیش از آن تاب بخورد، اتصالات لحیم کاری در گوشه های بسته ایجاد نمی شود. مشخصات همسطحی در دیتاشیت کامپوننت موجود است و باید با انحراف مورد انتظار برد مقایسه شود.
در دسترس بودن بسته و منابع جایگزین را بررسی کنید. قطعه ای که فقط از یک سازنده در یک بسته بندی موجود است، یک ریسک منبع یابی است. اگر این قطعه به پایان عمر خود برسد یا زمان تولید طولانی داشته باشد، ممکن است مجبور شوید بسته دیگری را جایگزین کنید که الگوی زمین و طرح شابلون را تغییر میدهد. این خطری است که اغلب در طول فرآیند RFQ کشف می شود، نه در طول طراحی.
چه چیزی در RFQ برای کاهش خطر مونتاژ گنجانده شود
RFQ آخرین فرصت شما برای کاهش خطر مونتاژ SMT قبل از شروع ساخت است. یک RFQ کامل به اسمبلر این امکان را می دهد که یک بازبینی DFM معنی دار را اجرا کند و مشکلات را قبل از تبدیل شدن به نقص شناسایی کند.
BOM کامل را به همراه شماره قطعه سازنده، نه فقط تعیین کننده ها و مقادیر مرجع، درج کنید. اسمبلر برای هر جزء به نوع بسته بندی دقیق، رتبه بندی MSL و پایان نیاز دارد. فایل centroid (فایل انتخاب و مکان) را اضافه کنید تا اسمبلر بتواند قرارگیری کامپوننت را در برابر فایل های Gerber تأیید کند. شامل فایلهای Gerber و جزئیات پشتهبندی PCB، از جمله تعداد لایهها، ضخامت، وزن مس، و مواد ورقهای.
هر یادداشت فرآیند خاصی را درج کنید. اگر گام 0.4 میلی متری BGA دارید، توجه داشته باشید که بازرسی اشعه ایکس مورد نیاز است. اگر بردی با فناوری ترکیبی با کانکتورهای سوراخ دار و اجزای SMT ریز دارید، توجه داشته باشید که لحیم کاری انتخابی یا توالی مونتاژ خاصی لازم است. اگر بردی با روکش OSP دارید، توجه داشته باشید که بعد از ساخت، برد باید در یک بازه زمانی مشخص مونتاژ شود.
حجم تولید مورد انتظار و اینکه آیا به مونتاژ کلید در دست یا محموله نیاز دارید را بیان کنید. مونتاژ کلید در دست به این معنی است که مونتاژکننده قطعات را تامین می کند، که ریسک منبع یابی را به آنها منتقل می کند. مونتاژ محموله به این معنی است که شما قطعات را تامین می کنید، به این معنی که شما مالک مدیریت MSL و ریسک منبع هستید. حجم اهمیت دارد زیرا بر طراحی استنسیل و استراتژی بازرسی تأثیر می گذارد. یک نمونه اولیه 10 تخته ای و یک دوره تولید 10000 تخته ای به رویکردهای استنسیل و بازرسی متفاوتی نیاز دارد.
اشتباهات رایج و چه زمانی باید سازنده را درگیر کرد
مهندسان اشتباهات خطر مونتاژ SMT را مکررا مرتکب می شوند. متداول ترین این فرض است که یک طرح استنسیل استاندارد برای تخته های با تکنولوژی ترکیبی کار می کند. تختهای با گام 0.4 میلیمتری BGA و رابط سوراخ بزرگ به شابلون پلهای یا ضخامت شابلون متفاوتی نسبت به تختهای با اجزای ریز گام نیاز دارد. انتقال مرحله باید با دقت طراحی شود، و انتشار خمیر باید تایید شود.
یکی دیگر از اشتباهات رایج نادیده گرفتن تأثیر ضخامت تخته بر تاب خوردگی جریان است. یک برد 0.8 میلیمتری با BGA 15 میلیمتری، بیش از یک تخته 1.6 میلیمتری با همان BGA تاب میخورد. اگر طرح نمی تواند تغییر کند، مونتاژ کننده باید از یک فیکسچر پشتیبانی یا یک پروفیل جریان مجدد متفاوت برای جبران استفاده کند. این یک تغییر فرآیند است که باید قبل از ساخت مورد بحث قرار گیرد.
اشتباه سوم فرض این است که نمایه جریان مجدد از پروژه قبلی برای برد فعلی معتبر است. پروفیل به ضخامت تخته، وزن مس، چگالی اجزا و خمیر لحیم کاری بستگی دارد. پروفیلی که برای تخته 4 لایه 1.6 میلی متری کار می کند برای تخته 8 لایه 0.8 میلی متری کار نمی کند. نمایه باید مجدداً برای هر طراحی تابلو تأیید شود.
سازنده را زودتر درگیر کنید. فایل های طراحی و BOM را برای بررسی DFM به اسمبلر خود ارسال کنید تا طرح بندی را نهایی کنید. بررسی DFM مسائل مربوط به الگوی زمین، مشکلات طراحی شابلون و نگرانیهای مربوط به پشتهبندی را بررسی میکند. این یک سرویس رایگان یا کم هزینه در اکثر ارائه دهندگان EMS است و تنها موثرترین راه برای کاهش خطر مونتاژ SMT است.
مثال عملی: ارزیابی تابلوی مدل گوشی هوشمند
یک مثال عینی را در نظر بگیرید. یک تخته 8 لایه 0.8 میلی متری با ضخامت 0.8 میلی متر با یک BGA 19 میلی متری، دو کانکتور پیچ 0.4 میلی متری و ترکیبی از پسیو 0201 و 0402 دارید. روکش برد ENIG و خمیر لحیم کاری SAC305 است.
اولین خطر تاب خوردگی است. تخته 0.8 میلی متری با استک آپ 8 لایه دارای وزن مسی 0.5 اونس در لایه های بیرونی و 0.5 اونس یا 1 اونس در لایه های داخلی خواهد بود. توزیع مس باید متعادل باشد. اگر لایههای داخلی پوشش مسی متفاوتی داشته باشند، تخته تاب میخورد. درخواست شبیه سازی warpage از اسمبلر.
دومین خطر طراحی شابلون است. اتصال دهنده های گام 0.4 میلی متری برای دستیابی به نسبت مساحت مورد نیاز به ضخامت شابلون 0.1 میلی متر یا کمتر نیاز دارند. پسیوهای 0201 به همان ضخامت شابلون برای حجم خمیر ثابت نیاز دارند. 19 میلی متر BGA به حجم خمیر کافی برای ایجاد اتصالات قابل اعتماد نیاز دارد. شابلون 0.1 میلیمتری ممکن است خمیر کافی برای BGA رسوب نکند. یک شابلون پله ای با یک بخش ضخیم تر در زیر BGA و یک بخش نازک تر در زیر اجزای ریز گام راه حل معمولی است.
سومین ریسک نمایه جریان مجدد است. برد 0.8 میلی متری سریعتر از تخته 1.6 میلی متری گرم می شود زیرا مس و لمینت کمتری برای جذب گرما وجود دارد. نرخ شیب دار باید کنترل شود تا از شوک حرارتی به قطعات جلوگیری شود. دمای پیک باید به اندازه کافی برای SAC305 بالا باشد (معمولاً 245 درجه سانتیگراد) اما نه آنقدر بالا که اجزای گام 0.4 میلی متری آسیب ببینند.
خطر چهارم بازرسی است. اتصالات 19 میلی متری BGA و کانکتورهای گام 0.4 میلی متری را نمی توان به صورت چشمی بازرسی کرد. بازرسی اشعه ایکس برای اتصالات لحیم BGA و AOI برای اجزای با گام ریز مورد نیاز است. استراتژی بازرسی باید در RFQ تعریف شود.
استانداردها و روش های بازرسی که اعمال می شود
استانداردهای مربوطه برای SMT ارزیابی ریسک مونتاژ عبارتند از J-STD-001 برای الزامات فرآیند مونتاژ الکتریکی و الکترونیکی لحیمشده، IPC-A-610 برای مقبولیت بردهای مونتاژ شده، و IPC_-7351_Mt. J-STD-020 و J-STD-033 حساسیت به رطوبت و مدیریت اجزا را پوشش می دهند.
این استانداردها الزامات فرآیند و مقبولیت را تعریف می کنند، اما مشخصات ریسک خاص شما را تعریف نمی کنند. مشخصات ریسک ناشی از تعامل بین طراحی برد، انتخاب جزء و قابلیت فرآیند اسمبلر شما است. استانداردها چارچوبی برای ارزیابی آن تعامل به شما می دهند.
روشهای بازرسی به اندازه استانداردها اهمیت دارند. بازرسی اشعه ایکس برای BGAs و سایر بستههای آرایهای منطقهای که اتصالات لحیم کاری پنهان شدهاند، مورد نیاز است. AOI برای قطعات با گام ریز که در آن اتصالات لحیم قابل مشاهده است اما برای بازرسی دستی بسیار کوچک است، مورد نیاز است. بازرسی مقاله اول برای هر طراحی تخته جدید مورد نیاز است و باید شامل مقطع اتصال لحیم کاری برای اجزای حیاتی باشد.
For related risk factors, see How to Evaluate SMT Assembly Risk from FOPLP and Thermal Processing Trends for advanced packaging considerations, and How to Evaluate SMT Assembly Risk from Sales and Electronics Trends for market-driven component availability issues. For design-side risk, review How to Evaluate SMT Assembly Risk from Board Design and Board Layout and How to Evaluate SMT Assembly Risk from PCB Design and PCB Manufacturing Trends. For a different industry perspective, see How to Evaluate SMT Assembly Risk from Aerospace and Industrial Automation Trends.
پرسشهای متداول
چرا روندهای لوازم الکترونیکی مصرفی بر ریسک مونتاژ SMT تأثیر می گذارد؟
روندهای الکترونیک مصرفی مانند دستگاههای نازکتر، تعداد پینهای بالاتر BGAs، و پرداختهای بدون سرب، نمایه ریسک مونتاژ SMT را تغییر میدهند. قبل از ثبت سفارش باید همسطح بودن بسته، روکش تخته، طراحی دیافراگم شابلون و سازگاری پروفیل جریان مجدد را ارزیابی کنید.
مهندسان هنگام ارزیابی ریسک مونتاژ SMT کجا اشتباه می کنند؟
مهندسان اغلب همسطح بودن BGA، سطح حساسیت به رطوبت (MSL) و تأثیر ضخامت تخته بر تاب خوردگی جریان را نادیده می گیرند. یکی دیگر از اشتباهات رایج این است که فرض کنیم طراحی استنسیل استاندارد برای بردهای با تکنولوژی ترکیبی با گام 0.4 میلی متری BGAs و اتصال دهنده های بزرگ کار می کند.
چگونه می توانم قبل از شروع ساخت، خطر اسمبلی SMT را تأیید کنم؟
قبل از ساخت، BOM را برای انواع بسته کامپوننت و MSL بررسی کنید، پشته PCB را از نظر ضخامت و تعادل مس بررسی کنید، و تأیید کنید که نمایه جریان مجدد با خمیر لحیم کاری و الزامات اجزا مطابقت دارد. بررسی DFM الگوهای زمین و دیافراگم های شابلون ضروری است.
برای کاهش خطر مونتاژ SMT باید چه اطلاعاتی را در RFQ وارد کنم؟
BOM کامل را با شماره قطعه سازنده، فایل centroid، فایل های Gerber، جزئیات پشته بندی PCB، و هر گونه یادداشت فرآیند خاصی مانند لحیم کاری انتخابی یا الزامات بازرسی اشعه ایکس را شامل شود. همچنین میزان تولید مورد انتظار و اینکه آیا به مونتاژ کلید در دست یا محموله نیاز دارید را نیز بیان کنید.
چگونه ضخامت تخته روی ریسک مونتاژ BGA تأثیر می گذارد؟
تختههای نازکتر در حین جریان مجدد بیشتر تاب میخورند زیرا سفتی کمتر و جرم حرارتی کمتری دارند. یک تخته 0.8 میلی متری با BGA بزرگ، تاب بیشتری نسبت به تخته 1.6 میلی متری با همان BGA نشان می دهد. تاب خوردگی می تواند از مشخصات همسطح BGA فراتر رود و باعث باز شدن اتصالات لحیم کاری در گوشه های بسته شود.
چه زمانی باید شبیه سازی Warpage را از اسمبلر خود درخواست کنم؟
زمانی که برد شما نازکتر از 1.0 میلیمتر است و یک BGA بزرگتر از 12 میلیمتر در یک طرف قرار میدهید، یا زمانی که stackup شما دارای توزیع مس نامتقارن است، درخواست شبیهسازی Warpage کنید. شبیه سازی در مقایسه با مقاله اول ناموفق ارزان است و داده هایی را در اختیار شما قرار می دهد تا تصمیم بگیرید که آیا طراحی نیاز به تغییر دارد یا خیر.
> Engineering handoff note: How to Evaluate SMT Assembly Risk from PCB Design and Conformal Coating before the release package is frozen.
> Engineering handoff note: How to Evaluate SMT Assembly Risk from Solder Mask and Surface Finish Trends before the release package is frozen.
> Engineering handoff note: How to Evaluate SMT Assembly Risk from Acquisition and CEO Trends before the release package is frozen.
