3大作业分析PCBA工艺！

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  G' l8 `2 b' }产品加工作业


a. 锡膏印刷
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需要使用到Stencil，即钢网。钢网会根据PCB焊盘的设计进行开孔，钢网的厚度就是锡膏的厚度。由于锡膏印刷的质量会直接影响到后续的焊锡质量，因此锡膏印刷前需要仔细的调试刮刀速度、刮刀压力等参数。

' `3 }4 A- h% h; K锡膏印刷所需的治具工装是钢网，钢网是专用的，根据PCB设计而定，价格根据不同工艺在300~1000人民币/块。锡膏印刷需要的耗材是锡膏，种类可分为有铅锡膏和无铅锡膏。基于越来越严格的环保要求，目前使用较多的是无铅锡膏，但价格相较于有铅锡膏也会贵一点。不同型号的锡膏不能混用，使用锡膏时需要进行回温和搅拌操作。


目前市面上的钢网可分为化学蚀刻钢网，激光切割钢网，电铸钢网，混合式钢网和电抛光激光钢网。下面是整理的每种钢网的相关信息供大家参考。

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b. 贴片P&P
也可称为SMT（SuRFace Mounting Technology）表面贴装技术。贴片需要专用的贴片程序；通用的喂料系统；吸嘴在大部分情况下是通用的，对于某些异形的元器件需要厂商开发专用的系统。


+ m4 j- j, Q4 ^' y) |  r贴片机按功能分：
高速机：以电阻、电容等尺寸外形规则的贴片式元器件为主体。
; @  W! N3 h% c# @
; ~" J1 r* n( e5 y2 e; H8 r通常含10-15个工作头，每个工作头可换2-5个吸嘴。

' O% A( C! N# U) Q. E  v贴装速度:10+个元器件/秒。
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6 N- B7 p# `6 {- x3 N每条SMT线通常设置1-3台高速机。

高速机会存在抛料问题，因此样品阶段的备料不能按照实际打板数量来备货，最好预留10%的缓冲空间。


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泛用机：能贴装大型器件和异形器件。
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通常含3-5个工作头,  每个工作头可换2-5个吸嘴。

贴装速度：料带1-2秒/个，托盘1-3秒/个。

4 ?, X+ Q% C* \# {每条SMT生产线通常会设置1台泛用机。



贴片机按贴片速度分：

中低速贴片机的理论贴装速度为30,000片/小时（片式元件）以下。
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高速贴片机的理论贴装速度为每小时30,000~60,000片/小时。
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超高速贴片机的理论贴装速度高于60,000片/小时。
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" i: v1 s9 e/ @9 ~; Ic. 元器件焊接-回流焊

将焊锡融化，并在元件引脚与PCB焊盘之间形成可靠连接的工艺。回流焊是SMT工艺中特定的工序，在回流焊机中通入惰性循环气体，保证一个高温的气体氛围，重新熔化分配到焊盘上的锡膏，在最后经过冷却风凝固。回流焊通常使用氮气，不过也有真空回流焊的设备。由于回流焊只能进行单面的焊接，因此如果是双面的SMT，需要在一面SMT完成后，第二次过回流焊进行另一面的焊锡。由于锡膏固化以后再溶解的温度大于回流焊的温度，所以反面的SMT原件不会脱落。

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回流焊之后是PCBA最容易发现不良品的地方，但产生不良产品的原因并不一定是回流焊过程中发生了问题，也可能是锡膏印刷或者贴片过程中有问题，亦可能和PCB和元器件表面的可焊性有关，只是说这些有问题的地方会在经过回流焊之后才能被发现。下面是不良品形成的过程，在这个小动图里，锡膏融化过程中由于元器件两边的拉力不均衡，导致元器件站立起来了，形成了断路。造成这种情况的原因，可能是由于锡膏印刷不合格，也可能是由于贴片没贴好。
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回流焊最重要的是温度曲线，例如在预加热阶段，助焊剂会开始挥发；如果此时的温度曲线过陡，没有给排气过程预留足够的时间便进入下一步的焊接和冷却步骤，就会形成锡焊空洞，造成不良品。下面是回流焊的温度曲线示意图。
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" H: S5 O% h$ L" F一般在锡膏的data sheet里会有建议的温度曲线，进行温度曲线的调试时需要：温度传感器／线；已校正的测温仪；PCB板或者实装板。温度曲线的设置需要SMT工程师前期根据锡膏说明书，结合测温装置及实装板反复测试，可调温区越多，温度曲线越好。

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c. 元器件焊接-通孔类元器件
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2 g# u( i4 |0 m4 C: d! u: pSMT只适用于贴片类元器件(SMD)焊接，对于过孔插装元器件(PTH)需要使用其它焊接工艺：

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c1. 波峰焊(Wave Soldering)

' w/ I$ W7 [+ `利用高温将锡料(锡棒)熔化，变成液态锡。

在锡槽液面形成特定形状的锡波。

0 d1 P) s0 n6 E5 C7 P9 R2 [将插装了元件的PCB置于传送带上，以一定的角度以及浸入深度穿锡波实现焊点焊接。



回流焊通过上方热风加热，而波峰焊通过下方的锡波进行焊接。波峰焊的缺点：
焊接面焊点附近不能有元器件，这是因为锡波范围较大，如果焊点附近有元器件，容易掉件。
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7 }; ^( Q1 m9 R) w, f( E. v* d焊接面元器件容易受到热冲击影响。

PCB受热冲击较大，容易翘曲变形。

锡槽中有很多融化的液态锡，如果停线，锡料浪费大。

4 S6 G) E4 \) k
! T0 w( W6 u6 }波锋焊有两种形式, 单波峰与双波锋。

对单波峰而言，只有一个波峰即平流波。

& f5 N* d/ i# j1 h3 t! X1 X2 v对双波峰而言，第一个波峰成为扰流波，第二个波峰称为平流波。
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) i+ i1 |% Y" b扰流波
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扰流波基本能完成焊接。

扰流波中的焊料活跃运动，以较高速度通过狭小缝隙，使焊料分布均匀。

* @3 l  c& L) ^+ \0 g2 T但容易在焊点上留下不平整和过剩的焊料，因此需要第二个波---平流波。
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平流波
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) E2 G% B$ o$ ^1 \: A整个波面基本上保持水平，像一个镜面。乍看起来，好像锡波是静态的，实际上焊锡是不停在流动着，只是波峰非常平稳。

- O6 k  _2 X0 D9 z作用：协助消除由扰流波产生的锡尖和短路。
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; |, r2 S6 v( b' b/ Q% U0 z% Sc2.选择性波峰焊(Selective wave soldering, SWS)

) Z; Y2 V/ s6 ^2 n4 o( d    SWS全称为Selective Wave Soldering。焊接过程和波峰焊类似，进板→助焊剂喷涂→预热→ 焊接→冷却→收板，与波峰焊的区别为：

焊接面的元器件不会受到影响
% l3 j: a7 p$ _热冲击小
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( p% }0 l0 P0 E3 y锡料浪费少

焊接质量稳定，更易于控制。
, B$ X2 |1 X' i; F$ g9 m4 P! v
" r' c: K6 I5 P  ]波峰焊的缺点：当焊点较多时，焊接效率没有传统波峰焊高。


' z, ]' o: \# C% u( A: l$ y0 lc3. 通孔回流焊THR
THR全称为Through-hole Reflow。简单来说就是让插装件与SMD贴片元器件一起完成锡膏印刷，贴片和回流焊的过程。
优点：由于整个过程是与与SMT一道完成，因此可以省掉一道后段焊接工艺。

* K: M; F0 G; I5 V2 @. E缺点：普通PTH元器件耐温要求不高，但THR 元器件需要耐更高温度（回流焊最高温度约在250~260 ℃)，因此物料成本会增加。

" y0 M5 j3 d& q
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1 b3 r. b. C! u2 V  R# k: G4 y  `" pc4. 自动点焊
自动点焊即由自动化机械模拟手持点焊的过程，通过机械手臂和温控进行焊接，需要利用程式来编辑焊接路径、焊接温度、焊接时间。

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6 {- C8 r3 W5 N9 f; N1 J1 ld. 分板Routing/Punch/V-Cut
为了提高生产效率，PCBA一直以拼版形式生产，直到分板这一步。分板之后PCBA就是以单片的形式进行生产。分板形式有：
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" _% _6 U) O2 t- ^  j: md1. 手折
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* P/ G  e$ p# X2 q通常在初始样件阶段，为了节约治具费用，可以采用手折的方式进行分板，应力大，而且需要将PCB加工成邮票孔才能够进行手折分板。
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d2. 冲压式分板机 (Punch)
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8 Y, @) C' ?( x' k1 u3 o8 W% q' Z刀模在PCB上方进行冲切，直接将PCB切开。
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优点：设备成本低，速度快，效率高。
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缺点：由于必须专板专模，刀模成本高。
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硬板若采用冲压式分板的应力非常大，可能损伤元器件。
$ U; d/ V* r- c$ u- c* D( }8 [
5 z/ C7 v2 V" u, ^; d多适用于软板，软板没有应力问题。
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d3. 走刀式/走板式分板机 (V-Cut)
, p& ]1 \; o7 X% x/ ~( K
优点：成本低，设备价格低，基本不需治具。
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' V. ~, g$ V( {6 _, a缺点：只能进行直线分板，有毛边，PCB上需开V型槽。
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1 k/ W* ^' @; x( q- z6 @d4. 铣刀式分板机 (Routing)
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硬板PCB最常见的分板形式，采用铣削加工的模式。

/ j" g4 K' T- I  E& B" z优点：可进行任意形状分板，应力很小，切割边缘无毛边。

: p$ p3 {4 u3 g; I0 g缺点：设备成本高。治具用来定位和遮盖元器件，成本不高，但是铣刀是耗材，损害非常快。

d5. 激光式分板机 (Laser)
) G5 S' E& z/ Y" @+ n! g
, v4 y$ L5 Q) k$ {$ A; i( C优点：具备铣刀式分板机的优点，并可对PCB板进行微分切，无应力。
0 ]7 D; |) J* j3 {8 i5 F
缺点：设备价格昂贵。

; Y" N$ j& v$ j3 f* Q

e. 烧录OBP
- j. }  }3 [: Q6 _4 rOBP全称为On Board Programming。PCBA上如果贴装IC类元器件，可能会需要将程序烧录到IC中，烧录软件一般由客户提供。


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物流周转作业
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上板/下板/周转/缓存
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传统上板方式：人工上板，由1个操作工负责贴标签和上板工作。

自动化上板方式：自动打码和自动上板。
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考虑到效率和日益上涨的人工成本，越来越多的公司采用自动化方式进行上板，从而衍生出来一个完整的PCB上板/下板/周转/缓存的系统，这个系统会包含多台设备，下面是我们从网络上搜索到的系统配置，供大家参考。
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Multi Magazine Loader：多层上板机

Turn Conveyor: 转向载板机

Destacker：吸板机
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High Speed laser Masking：高速激光打码机

Work station：工作站

3 {/ k( u; v! g! ~0 \) J* bFIFO Buffer：先进先出暂存机
* w: k  R" c! T/ ~+ n4 t9 P7 t
Dual Unloader：双重下板机

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. F# d; R; ^# A
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ABC分享会

质量控制作业


a. 来料检查IQC
3 \2 P* Q6 ]6 t& ~/ C3 z0 S
当零件到货后，需要进行全检或者抽检后才能才能收货入库的操作。整个入库过程都是可追溯的，可以通过零件包装上的条形码或者二维码，追溯入库日期，物料检查报告，甚至是供应商的生产批次等信息。



2 L+ A: Y7 N$ G9 o6 t' u. x. _% d' P不同零件需要检测的内容并不相同，对应需要的检测设备也是不同的。以下列了几种常见的物料的检测内容：
. N2 t2 [- l; j( X) `
  q9 k" e" k: P, @4 T$ z$ }# e

PCB：抽检尺寸，首批入料100%全检尺寸。
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电子元器件(电阻/电容/二极管/芯片等)：抽测电阻值/电容值等。
  Y* S& R" X( _* v
连接器：抽测阻抗。
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线束：抽测阻抗。
6 }$ u& _; @8 E+ i7 I; w
3 ]  [! _& O  Q: V+ i& ^! U7 w结构件：抽测尺寸，首批入料100%全检尺寸。
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; ]; L/ k  {9 x! Q* E
, z7 i$ c# }8 B+ a6 KTips图片: 如何读懂来料信息？
# e, K9 @  l: d! y零件的标签上有很多信息，乍一看可能觉得有点无从下手，其实耐下心来一条条的核对，我们可以获得很多信息。比如从下面这个标签上，我们可以知道什么呢？
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! m9 P# T$ [7 @& E7 h9 P: uCPN：Customer Part Numberg，即客户型号或者是料号。
QTY：Quantity, 即来料数量。一般电阻电容的规格有3000片/卷和5000片/卷两种。
) R# M( ]6 N3 ?* k% BDC：Date Code，即日期代码。此处的1638表示这个零件是在16年的第38周生产的。
$ G, l1 }2 O; a0 V5 }) |
" [- U% Q7 {" A+ O" Y% x1 e/ mB/C：Batch Code, 即批次代号。批次代号供元器件厂商内部追溯时使用，像是在出现质量问题的时候，元器件厂商往往会要求提供B/C便于他们内部查询。

MPN：Manufacture part number, 原始生产商型号或者是料号。
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二维码：里面包含了生产商的相关的追溯信息。

  q) M6 I- l5 W$ Y4 Q# @ROHS：这是一种环保标志。ROHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准，它的全称是《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances)。

1 @. l) m& T9 t, N. B* y  PYAGEO：原始生产商名称(不是代理商)。

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Tips图片图片：如何读懂MPN？

访问元器件制造商官网，获取元器件Datasheet，查询MPN命名规则。
6 w' O0 ?# |$ ~6 m+ T/ I1 [; r: ~搜索“MPN”或“PN”快速查找到讲解编码规则的部分。
以RC0603FR–0768RL为例：
RC：系列号。
$ J+ z0 N' u) s  G0603：尺寸代号，0603表示0.6英寸*0.3英寸，其它同理。
F：阻值公差，这里YAGEO定义：
B=+/-0.1%
2 Z) b0 t# [* P) K- n0 }D=+/-0.5%
& |- O8 _) Q9 m- ]F=+/-1.0%
J=+/-5%
2 b" a+ F; E* R& A, tR：包装类型。
-：电阻温度系数，“-”表示基于详细规范。
, H  z( ~% {# b3 Q07：料卷直径，07表示料卷直径是7英寸。
68R：阻值，68R表示阻值为68Ω。
2 x- x: X) c( q9 y/ q; d% @4 S; k" |L：系统默认代码。

- c7 w" \+ Y9 R6 P; V9 k
* o# I* Q/ e$ A, _( L9 R: Q; Qb. 贴标签追溯
% t' |/ S& Y: S) u0 u& S0 q% x
& \) D0 A+ x8 x  I3 d包括生产中的追溯和后续的追溯。在生产过程中，每一站都会扫描PCB上的标签，将不良品及时的拦截下来，避免不良品流向客户端。


4 }' K" T, Y; J
目前常见的标签形式有：

% w+ i  D* k4 t8 b3 p传统纸标签（防静电耐高温标签）：方式有标签列印和人工贴标签/机器自动贴标签
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油墨喷印
* b  r! m8 L3 K: J/ D
激光镭雕
( o) J% b: m5 P' \" F
9 N2 J% M0 i) m. ]  K5 {& E& b标签/喷印/镭雕的内容包括：文字或者是条形码/二维码。

7 ?1 O1 h" \( t

文字/条形码/二维码的内容各家公司会有不同定义，一般都会包括料号，批次号，日期代码等。


( M* R, v% y) T( s! G
4 Z2 D& k6 d8 S& P- gc. 锡膏检测SPI全称为Solder Print Inspection
3 R; ~5 \! ~" N+ N这一站的目的是检测锡膏的印刷质量，主要就是测量锡膏的高度，可分为在线和离线两种形式。离线式通常采用首批10~20片全检，量产后首件连续检查5片加上2小时抽检一次的方式；而在线式的锡膏检测通常为100%在线检查，以便及时阻止锡膏印刷不良品进入下一站。不同公司的检测要求会有一定差异性，不能一概而论。
, u! l9 I" [0 {
' m) a& K; k/ U: D0 Y& m

( t6 b4 o& n! [: \锡膏检测的工作原理有两种：基于激光扫描光学检测和基于摩尔条文光学检测。

% q+ g5 w) G& L+ L8 J, @$ i! Q: J1 v7 D

c1. 基于激光扫描光学检测

$ @7 D5 }6 |$ q4 @6 a: d! {# ?" ^测锡膏高度。
! `& X5 W' B8 T" P' `$ _
2 F& I6 K  i) H$ X+ E通过镭射激光及三角函数原理计算得出锡膏当前点高度。
7 |8 G" v' b+ V' Q+ R+ H$ |; T) ?9 m
; V# S. x( M5 v1 S4 g/ a' L通过计算获得每个监测点的高度值。
8 j. E# B, ?" b6 Q, J" j
$ \, T; p8 Y  r' ?; }利用每个监测点的高度值模拟得到锡膏形状/表面分布等信息。

5 P) g8 P  c- @9 e7 p反馈高度不达标的异常点位。
) ?8 ]  @) X* z
: H& n( }8 N8 C! n

* Y# s8 Q0 }3 B4 ]( ec2. 基于摩尔条纹光学检测：
白色光源通过光栅，将预先定义好、周期性变化的、条纹型的光投射到锡膏上。

' N. S& x5 Y# H/ o2 \+ u由高解析度的CCD 相机(1-4M pix)拍摄一个周期(4个象限)内的四张图片，图片中包含了每个像素点的高度信息。

. p& ]. b2 I" y1 j: B通过四张图片的对比计算，获得每个像素点的高度值。
3 l1 \6 s7 e( M; x; Z
7 j; q1 r. c, N! n利用每个像素点的高度值模拟得到锡膏形状，表面分布，体积値等信息。
% l) a9 ?. t# l
反馈高度不达标的异常点位。
6 B0 H7 A9 G) B; N! O. Z4 u. Q
; {7 b# j# @+ dd. 自动光学检测AOI
在回流焊之后检测是否有焊锡不良。需要注意的是AOI只能检查焊点从顶面可见的元器件，如果焊点从顶面不可见，则需要通过自动X光检测设备来检查是否有焊锡不良。

* v9 @" j8 N- T9 }
d1. AOI检测的原理：

8 q' m: O# t: f7 _  p摄像头自动快速扫描PCB采集图像。

7 o( P; q6 O( ?" J( Y项目初期通过Golden Sample 建立合格图像数据库。
! R, p" B0 R& T) \0 z
1 ^- _; k1 J- m* B7 x- {, s, a系统自动将焊点与数据库中的合格图像进行对比，检查出PCB上的焊接缺陷。
6 w9 g# h" V, ]7 G1 |3 Q- b
通过显示器把缺陷标示出来，供维修人员修整。

7 P4 n; M  X: _" @0 k: v8 ?d2. AOI检测的工作逻辑：

图像采集阶段（光学扫描和数据收集）。
8 A% }/ a1 \- m: r9 z4 h
数据处理阶段（数据分类与转换）。
# y1 q) f5 B5 C6 p" `
图像分析段（特征提取与模板比对）。

缺陷报告阶段（缺陷大小类型分类等）。
$ @1 L. ~: B% D  L. m9 o
/ |1 J; ~3 `5 ed3. AOI设备的硬件系统：

工作平台。
' X! j' w  D  M& C
成像系统。
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6 c! {" S5 o. j6 ~2 i4 H1 z图像处理系统。
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电气系统。
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, S: h6 L8 @( h# J; p! k
' o5 n. e4 f5 t1 R( Z1 w) N* W$ B
e. 自动X射线检查AXI
3 Y5 J& B/ u, [, F
7 k' X) n" i8 K# n* g% ?可以检查焊点在底部不可见的元器件，例如采用BGA球栅阵列封装的元器件。AXI设备可能是在线的，也可能是离线的。
: I! t2 N6 ~7 i% W/ W

" Z7 F+ R: H  P9 W0 t! m* f5 @
. x+ z& s( j% W$ s: c, ?检测原理类似于平时在医院照的CT：
PCB上方有X射线发射管。

X射线穿过PCB后被置于PCB下方的探测器接收。

, c1 o* L; V1 [( ~5 }( j. Q1 c6 P焊点中含有大量可吸收X射线的物质，在图像上呈现黑点。

玻璃纤维/铜等其它材料对X射线吸收较少，在图像上呈现灰色区域。

$ g% X% \! |7 ^" f" ~$ k, @9 s9 D. Y" _调节黑/灰对比度后可以直观地看出零件底部焊点的焊锡不良(连锡/虚焊/气泡等)。
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. L! j3 g' U$ [. A% s3 |# L* q
" K4 K3 N& d) A
! T' S/ v1 i3 R% i% Y/ H

* M2 J( k- g0 J4 v/ w9 m4 M' ]8 ?f. 人工目检
人工目检是对AOI和AXI的补充检测。目检的检测标准文件是IPC-A-610-F；一般需要的器具为放大镜、低倍显微镜、电脑和扫码枪。
! f5 R2 D- A( _

2 D' R1 ?" |8 M+ t
  C  y% ^2 ?7 C& h1 a) q, pg. 电路测试ICT
ICT全称为in-circuit testing。ICT可以在分板前测，也可以在分板后测，分板前测检测效率高，但无法检出到由于分板导致的不良(零件损坏/锡裂断路等)。ICT的检测原理可将其想象成一台高级的万用电表，不同的是万用电表一次只能测一个元器件，ICT可以在同一时间测PCBA上的多个零件。

针床(Bed of Nails)下压，接触PCB上时，先预留的测试点(Test point)。类似于拿万用电表测量电阻时需要将探针接触电阻两端。
7 N: o8 ], Z) i& h, J; x2 J) |可以把一串或局部的线路想象成一个零件，然后量测其等效电阻值/电容值/电压(降低测试点数量)。
ICT有覆盖率的问题，由于测试点数量有限，不一定能做到100% 覆盖。优秀的测试点设计可以提高测试覆盖率。
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0 m0 G4 I1 ~5 }! r
* H% j' n* k# D) f$ ~  wh. 功能测试FCT
1 Z1 g+ Q) B) i) pFCT全称为Function test，目的是检测整个PCBA是否符合设计目标，是否能正常工作。FCT设备根据测试要求、测试时间和设备初衷的不同，价格差异非常大。
/ S8 \% `; N; W8 ^) [

6 e" M; Q1 v( h将PCBA视作一个功能体，提供输人信号，按照功能体的设计要求检测输出信号。
测试要求和测试设备根据设计初衷各不相同，设备价格差异大。
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grand

锡膏印刷所需的治具工装是钢网，钢网是专用的，根据PCB设计而定，价格根据不同工艺在300~1000人民币/块。锡膏印刷需要的耗材是锡膏，种类可分为有铅锡膏和无铅锡膏。基于越来越严格的环保要求，目前使用较多的是无铅锡膏，但价格相较于有铅锡膏也会贵一点。不同型号的锡膏不能混用，使用锡膏时需要进行回温和搅拌操作。

SIN2020

将焊锡融化，并在元件引脚与PCB焊盘之间形成可靠连接的工艺。回流焊是SMT工艺中特定的工序，在回流焊机中通入惰性循环气体，保证一个高温的气体氛围，重新熔化分配到焊盘上的锡膏，在最后经过冷却风凝固。回流焊通常使用氮气，不过也有真空回流焊的设备。由于回流焊只能进行单面的焊接，因此如果是双面的SMT，需要在一面SMT完成后，第二次过回流焊进行另一面的焊锡。由于锡膏固化以后再溶解的温度大于回流焊的温度，所以反面的SMT原件不会脱落。

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焊接面焊点附近不能有元器件，这是因为锡波范围较大，如果焊点附近有元器件，容易掉件。