主板生产流程

刘顺斌 2011 11 4 主板生产流程 品新学习主要内容 1 主板各制程段2 编码原则3 出货检验4 功能测试5 SFIS系统流程6 稽核巡检 主板四大制程段 SMT制程段流程图 QC抽检 维修 PCB拆封 DIP制程 什么是SMT SurfaceMountedTechnology 是表面组装技术 是将体积很小的无 或短 引线片状器件贴装在印制板铜箔上 从而实现了电子产品的高密度 高可靠 小型化 低成本 以及生产的自动化 SMT技术应用 史于上世纪七十年代 之前采用THT 通孔安装 技术 SMT技术组成 元器件 印制板PCB 材料 生产设备 工艺方法 产品设计等 SMT优点 1 组装密度高 电子产品体积小 重量轻 2 可靠性高 抗振能力强 3 密集的安装减少了电磁和射频干扰 在高频电路中减少了分布参数的影响 提高了整个产品性能 4 易于实现自动化 提高生产效率 降低加工成本 温湿度管控 物料 封装PCB库 小电容电阻等 备注 PCB 小电容电阻等放置于车间 A料 锡膏 备注 A料 锡膏等均置放于A料库中 锡膏 solderpaster 锡膏厂牌升贸 型号PF606 P 产地大陆 成份Sn96 5 Ag3 Cu0 5 冰箱温度为0 10 回温4H搅拌3 5分钟方可用 锡膏拆封24H内需用完 锡膏厚度管制为0 12 0 16mm 成份 锡膏的成份可分为两个大的部分 助焊剂和焊料粉 FLUX 2 保护焊盘不再氧化 3 减少焊接中焊料的表面张力 足进焊料移动和分散焊料粉又称锡粉 主要由合金组成 目前分有铅与无铅 有铅 由锡铅组成 一般比例为Sn63 Pb37 其熔点在183 无铅 由锡银铜组成 一般比例为Sn95 4 Ag3 1 Cu1 5 其熔点在217 锡膏基本知识 印刷机 1 刮刀压力为2 5 6KG 脱模速度 0 3 0 7mm s 印刷速度 50 100mm s 2 钢网厚度0 12mm 钢网张力标准36N以上 测试点为四周和中心点 钢网每过5片PCB自动清洗一次 每半小时作业员清洗一次 刮刀 锡膏印刷原理解析图 刮刀压力2 5 6KG 印刷速度50 100mm s 脱模速度0 3 07mm s 钢网厚度0 12mm 贴片机 贴片机是SMT生产线中极其关键的设备之一 是机械 电气 光学以及计算机控制技术的一项综合技术 它通过吸取 位移 定位 放置等功能 实现了将元件快速而准确地贴装到PCB板所指定的焊盘位置 贴片机分类 贴片机基本构造 构成组件 机架 PCB传送机构 贴装头 供料系统 X Y伺服定位系统 光学识别系统 控制系统 传感器系统 机架 机架是机器的基础 是传动 定位 传送平台的机械结构 大部分型号贴片机及其各种送料器安装在上面 因此机架应有足够机械强度和刚性 PCB传送机构 作用是将需要贴片的PCB从导轨送到预定位置 贴装完成后送至另一道工序 贴装头 它是整个贴装的关鍵 其工作由拾取 释放和移动 定位两种模式组成 第一 贴装头通过过程序控制完成三维的往复运动 实现从供料器取料后移动到PCB的指定坐标位置上 第二 贴装头的端部有一个用真空泵控制的吸嘴 当转换汽阀打开时 吸嘴的负压把SMT元器件从供料器中吸上来 当转换汽阀开关时 吸盘把元器件释放到PCB上 贴装头通过上太两种模式的组合 完成吸取置件的工作贴片头相关动作 a 提取元件b 元件判定c 元件旋转d 元件定位e 系统传感 供料系统 供料系统 工作原理根据不同零件的包装方来选择相同类型型的供料器 Feeder 配合机器的供料装置的供料装置 作用是将元件按照一定的规律和顺序提供给贴片以便准确方便的拾取 供料器通常有带状 管状 盘状和散料 X Y伺服定位系统 支持贴装头进行二维或三维运动 即贴片头安装在X导轨上 X导轨沿Y方向运动从而实现在X Y方向贴片的全过程 实现旋转 平移等动作 X Y伺服定位系统 光学识别系统 光学识别系统 即CCD识别系统 原理为贴装头吸取元件后 CCD摄像机对元件成像 转化成数字图像型号 经计算机分析出元件的几何中心并与控制中心进行比较 计算出元件中心与吸嘴中心进行比较元件误差 并及时反馈至控制系统进行修正 保证元件引脚与PCB焊盘重合 控制系统 控制系统贴片机能够做到精确有序地贴装 其核心机构是微型计算机 它是通过高级语言软件或硬件开机编制计算机程序 内部有多片控制板组成 控制贴片机的自动工作步骤 对每片状元器件的精确位置SIZE都要编程输入计算机 高速机 松下CM602高速机 料架 L表示物料放下一层R表示物料放上一层 Feeder 泛用机 供料箱 泛用机供A料使用 A料包括IC 二极管 三极管 BGA CPU脚座等 A材简介 集成电路常见封装形式 BGA 底部有球形脚 QFP 四边有脚 脚朝外弯 PLCC 四边有脚 脚朝内弯 SOP 两边有脚 脚朝外弯 SOJ 两边有脚 脚朝内弯 SOIC封装集称 外角少于28角 A材管控 A材拆封管制时间为48H 过期需烘烤上线烘烤要求 回流焊 回流焊定义 亦称再流焊Reflowsoldring 通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状焊料 实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊 HELLER1913MK型号回流焊 再流焊的原理 当PCB进入预热区 干燥区 时 焊膏中的溶剂 气体蒸发掉 同时 焊膏中的助焊剂润湿焊盘 元器件端头和引脚 焊膏软化 塌落 覆盖了焊盘 将焊盘 元器件引脚与氧气隔离 PCB进入保温区时 使PCB和元器件得到充分的预热 以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件 当PCB进入焊接区时 温度迅速上升使焊膏达到熔化状态 液态焊锡对PCB的焊盘 元器件端头和引脚润湿 扩散 漫流或回流混合形成焊锡接点 PCB进入冷却区 使焊点凝固 此时完成了再流焊 原理解析 1 按回流焊加热区域可分为两大类 一类是对PCB整体加热进行再流焊 另一类是对PCB局部加热进行再流焊 2 对PCB整体加热回流焊可分为 热板回流焊 红外回流焊 热风回流焊 热风加红外回流焊 气相回流焊 3 对PCB局部加热回流焊可分为 激光回流焊 聚焦红外回流焊 光束回流焊 热气流回流焊 回流焊分类 温度分区图 无铅制程 预热区 恒温区 焊接区 冷却区 温度 时间 S 预热区 预热区温度取决因素 溶剂挥发温度和松香软化预热过快导致溶剂不宜挥发 PCB变形 IC芯片损坏等现象预热过慢锡膏黏度低易流动 造成锡珠 连锡等不良 预热区通常指由室温升至150 左右的区域 此区域平稳升温 焊膏中的部分溶剂能够及时挥发 元器件特别是IC器件缓缓升温 以适应以后的高温 但表面由于元器件大小不一 其温度有不均匀现象 在预热区升温的速率通常控制在1 5 3 sec 若升温太快 由于热应力的作用 导致陶瓷电容的细微裂纹 PCB变形 IC芯片损坏 同时锡膏中溶剂挥发太快 导致錫珠的发生 炉子的预热区一般占加热长度的1 4 1 3 恒温区 目的 使PCB上的所有零件达到均温 避免热补偿不足在Peak区段时会有热冲击现象产生 此时锡膏接近溶点 且残余溶剂挥发接近完毕 活化剂持续作用去除氧化物 松香软化并披覆于焊点上 具有防止二次氧化及热保护的功能 恒温区又称保温区或活性区 恒温区有鉛制程通常维持在130 170 無鉛制程通常维持在150 180 的区域 此时锡膏处于熔化前夕 焊膏中的挥发物进一步被去除 活化剂开始激活 并有效地去除焊接表面的氧化物 表面温度受热风对流的影响 不同大小 不同质地的元器件温度能保持均匀 板面温度差 T接近最小值 曲线形态接近水平状 特别是防止墓碑缺陷的产生 通常恆温区有鉛制程维持时间约60 120s無鉛制程维持时间约80 115s 若时间过长也会导致锡膏氧化问题 以致焊接后錫珠增多 焊接区 此段温度主要取决于熔锡的适合温度 有铅制程一般控制在210 10 无铅制程一般控制238 250 由于加热时间过长易造成组件损坏 但太短却又热补偿不足 焊锡效果差 取两者之平衡点 目前有铅制程控制为210 以上时间15 45sec 无铅制程控制为220 以上时间60 90sec避免热冲击 温升斜率取3 sec以下 回流区的温度最高 进入该区后迅速升温 并超出锡膏熔点约30 40 即板面温度瞬时达到215 225 此温度又称之为峰值温度 时间约为5 10sec 在回流区焊膏很快熔化 并迅速润湿焊盘 随着温度的进一步提高 焊料表面张力降低 焊料爬至组件引脚的一定高度 形成一个 弯月面 在理想的温度下回流 PCB色质保持原貌 焊点光亮 在回流区 锡膏熔化后产生的表面张力能适度校准由贴片过程中引起的元器件引脚偏移 但也会由于焊盘设计不正确引起多种焊接缺陷 如 墓碑 短路 等 回流区的升温斜率控制在2 5 3 sec 一般应在25sec 30sec内达到峰值温度 冷却区 一般采用自然冷却方式 以减少熱冲击發生 温降斜率有铅制程一般控制在3 sec以下 无铅制程一般控制在2 4 sec 机板运行到冷却区后 焊点迅速降温 焊料凝固 焊点迅速冷却可使焊料晶格细化 结合强度提高 焊点光亮 表面连续呈弯月面状 通常冷却的方法是在回流炉出口处安装风扇 强行冷却 新型的回流炉则设有冷却区 并采用水冷或风冷 常见不良现象 回流焊与波峰焊相比 1 不像波峰焊那样 要把元器件直接浸渍在熔融的焊料中 所以元器件受到的热冲击小 但由于再流焊加热方法不同有时会施加给器件较大的热冲击 2 能控制焊料的施加量 避免了虚焊 桥接等焊接缺陷的产生 因此焊接质量好 可靠性高 3 焊料中不会混入不纯物 使用焊膏时 能正确地保证焊料的组份 测温板 1 方式 打孔以红胶固定2 测试点 实心SOCKET 如940系列 依在板上贴装方向测试SOCKET左上角 右下角 及SOCKET整体之中心点对应3点 图1 空心SOCKET 如77511561366系列 依在板上贴装方向测试SOCKET左上角 右下角的对应2点 图2 BGA中心点与表面 图3 IC组件脚与焊盘焊接处 图4 图1 图2 图3 图4 使用测温板的意义 通过量测得出产品在回焊炉中的最佳参数收集并了解产品在回焊炉各温区中变化状况了解产品每天随环境变化在同一回焊炉中的曲线变化从而得知产品制程是否稳定在新机种上线试产时预测产品质量异常量产机种每天定时监控温度变化 AOI AOI原理 机器通过摄像头自动扫描PCB 采集图像 测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较 经过图像处理 检查出PCB上缺陷 并通过显示器或自动标志把缺陷显示 标示出来 如图德律TR 7502DT型号AOI操作界面 特点 1 高速检测系统侦测密集PCB板上的元件 2 快速便捷 编程系统图形界面下进行运用帖装数据自动进行数据检测运用元件数据库进行检测数据的快速编辑 3 高精度检测 运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水平光学成像处理技术进行检测 可检测的错误类型 印刷机 无锡 锡不足等铁片机 移位 漏料 歪斜 错件等回流焊 少锡 多锡 无锡 短路 连锡等 实施AOI两类目标 1 最终品质 Endquality 对产品走下生产线时的最终状态进行监控 当生产问题非常清楚 产品混合度高 数量和速度为关键因素的时候 优先采用这个目标 AOI通常放置在生产线最末端 在这个位置 设备可以产生范围广泛的过程控制信息 2 过程跟踪 Processtracking 使用检查设备来监视生产过程 典型地包括详细的缺陷分类和元件贴放偏移信息 当产品可靠性很重要 低混合度的大批量制造 和元件供应稳定时 制造商优先采用这个目标 这经常要求把检查设备放置到生产线上的几个位置 在线地监控具体生产状况 并为生产工艺的调整提供必要的依据 维修与抽检 经过AOI测试扫描出不良 即在SFIS系统中记录该板不良阶段原因等 维修OK后再解锁AOI检验完后按批号送检到品质 批次为120片 品质按AQL0 4进行检验 如果检验OK进系统按批次PASS进入下一环节生产 如果不良 SFIS系统判拒收 返回炉后目检 维修站位 DIP制程段流程图 扫描投板 插件 波峰焊 A面目视 修理 打磨 清洁 板底目视 清洗 SFIS扫描 SMT制程段 TEST制程段 装散热片 装CPU支架 何为DIP 即DIP封装 dualinline pinpackage 双列直插式封装技术采用双列直插形式封装的集成电路芯片 绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式 其引脚数一般不超过100 DIP封装结构形式 陶瓷双列直插式 玻璃陶瓷封接式 塑料包封结构式 陶瓷低熔玻璃封装式等 波峰焊机是指将熔化的焊料 铅锡合金 经电动泵喷流成焊料波峰 亦可通过向焊料池注入氮气来形成 使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰 实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊 波峰焊 劲拓MS 450II型号波峰焊 波峰焊 波峰焊 抽风系统 显示器 工控机 喷雾系统 预执1 预执2 预执3 锡炉 44 45 75 85 100 120 255 265 波峰焊接 265 255 测温板 测试点 板底 板面 南桥 北桥 CPU 电解电容表面锡炉温度为预热一为45 55度 预热二位75 85度 预热三为100 120度 波峰焊锡温度为255 265度 波峰焊接220度以上6 8s 板面 CPU脚座内部 BGA内部小于190度 电解电容表面温度小于105度 锡炉使用相关事项 锡炉前抽风 8 12M 秒 后抽风 6 8M 秒过炉治具3天清洗一次锡条 升贸 型号PF 629 B PF 648 B助焊剂 同方 型号TF 9000 5B洗板水 同方 型号TF 2000 8喷雾测试于每天开线前或换线作助焊剂喷雾测试 小锡炉 小锡炉事项 作业时不可将元件掉进锡炉中小锡炉温度为230 250 温度太高会将原件本体烫伤 维修机板与锡波接触3 7S TEST制程图 电压测量 贴OK贴纸 烧录ID 贴OK贴纸 功能测试 贴OK贴纸 清洁插头 目视装箱 DIP制程段 半成品库 TEST TEST主要是三大工序 电压测量 烧录ID 功能测试电压测量 CPU电压1 45V 0 05V DIMM电压1 90V 0 05V CHIP电压1 5V 0 05V 烧录ID 利用烧录程序将板载唯一的MACID烧录到主板BIOS中 如右图烧录OK后显示PASS注意事项 1 不可随意修改IDFLASH程式参数 否则影响网络功能 2 待烧录程式烧录完毕才能关闭计算机 3 针对NVIDIA主板刷过BIOS后须重新烧入ID一次 4 SATAPort测试必须使用SATAHDD实际进行读写测试 每个硬盘的中必须存放且只能存放一个SATA测试文件 每个工站的SATA测试文件须统一 烧录OK如图 烧录ID 功能测试 自动测试程式测试项目 1 COMPortTest 測試COMPort2 ParallerPortTest 測試LPTPort3 SATAPortTest 測試SATARead Write 4 LANTest 測試NetTimeTest MACAddressCheck 5 USBPortTest 測試USBRead Write 6 PowerManagement 电源管理 7 HardwareMonitor 測試CPU SYSFANSpeed CPUTemp 8 AudioTest 測試SpeakerOut左右聲道 9 VideoTest 測試VGAFunction 10 PCISlotsTest 測試PCISlots及PCI EXSlots 11 1394Test 測試1394Read WriteFunction 12 MemoryTest 测试内存容量及内存根数 13 SpdifTest 测试光纤同轴声音输出功能 测试主要内容 CMOSSetting WINDOWSTEST SLOTTEST NETWORKTEST 优化及主板放电动作 测试步骤 1 外设接好后开机查看BIOS版本日期 确认CPU SYS温度 25 60 CPU