印制电路板即常说的PCB,PCB装上元器件就称为电路板组件即PCBA,板上的元器件可以是SMT(表面贴装)元件,插件元件,压件元件或组装件。分享到PCBA(电路板组件)的分板工艺,今天分享PCBA的插件工艺。
插件是将元器件的轴向引脚装插到PCB板上的金属化孔的过程,金属化孔对应英文PTH孔(PlatingThroughHole),所以插件元件,我们通常又称PTH元件。有些工厂把插件元件称为DIP元件,因为插件元件是把元件引脚浸在波峰焊的锡波中完成焊接的。
图1插件元件装插到PCB板范例如图1所示,白色连接器有4个轴向引脚,如蓝色箭头所指。还有2个轴向的白色塑胶柱,如黄色箭头所指。引脚及塑胶柱都穿过了PCB板孔。其中蓝色箭头所指的金属引脚有焊锡,这是插件元件经过了后续的波峰焊后的状态。金属引脚经过波峰焊时,以锡为媒介,元件金属引脚与PCB的金属化孔连接在一起,形成电气连接。而黄色箭头所指的塑胶柱没有焊锡,这是因为这个孔的内侧及表面都没有铜,在过波峰焊时没有沾到锡的缘故,这种孔我们通常叫做NPTH孔(NonPlatingThroughHole))非金属化孔。
NPTH孔在PCB板上也有不少,大多做元器件的固定脚用,或测试过程中给测试治具上的定位柱预留的孔,或者后续组装用的孔。当然也有一些元器件的固定脚是金属的,如板边的网孔,既可以起到很好的固定作用,增加保持力,让网口可以经受多次插拔而不脱落。也可接地,有一定的屏蔽作用。
图2PCB板的PTH孔与NPTH孔图2能更清楚看到PTH孔与NPTH孔的外观差别。蓝色箭头所指为PTH孔,孔环及内壁有附着铜,为插件元件焊接准备。黄色箭头所指为NPTH孔,孔的表面内壁无铜,为元件的固定柱预留空间。图片上还有一些较小的有附着铜的孔是via孔(导通孔),是用来连接及导通PCB的内层铜箔线路用的。有些via孔是直通PCB板底板面的,也有一些是半通,依电气需求而设计。
图3元件引脚由Via孔连接PCB内层铜箔插件工序的实际操作有人工手插件H/I(HandInsertion)和机器自动插件A/I(AutoInsertion)两种。机器自动插件是工业发展的产物。不过机器自动插件对材料的包装方式和材料本身的外形有一定的要求,大型的PCBA如服务器主机板目前很难全部做自动插件。
如果一个产品分配有手插件和机器插件,需生产完机器插件后安排手插件。手插件元件较多时,工业工程师会依方便操作,提升效率,减少质量问题为原则,合理的安排插件元件的装插顺序,元件分配,人员安排等。在必要时需要使用一定的辅助治具完成装插。
图4PCBA加工厂的插件工位两面有SMT元件的PCBA,为了避免SMT元件波峰焊的锡波中掉落,在插件前需要将PCB板固定在载具上。除了对板底SMT元件的保护考量,一些板面的元件如果对温度比较敏感,又靠近插件元件,也可以通过优化载具,减少波峰焊的热冲击对此元件的损害。一些元件在轨道的行进过程和波峰焊的锡液涌动过程中容易出现倾斜上浮的问题,在插件工位可增加一些治工具按压元件避免以上的问题。
为了保证插件元件的装插品质,除了插件人员要做自我检查外,下站人员需检查上站是否有错件,漏件,反件问题。插件的最后一个工位的作业员会做全面的外观检查。有些工厂为了避免人工漏失,有增加在线自动光学检测,可在测试站前提前侦测出插件元件的装插异常。
除了以上可见的人员作业问题会导致产品异常外,还有一种无形的静电对产品伤害极大。所以插件工位的静电防护很重要,作业人员需要穿着防静电衣,戴静电环。材料的摆放,载具,轨道,座椅等都需符合静电防护相关规范。这里不一一详细说明。
今天分享到这,后续分享印制电路板PCB加工的波峰焊制程。
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