电脑主板生产工艺与流程.docx

1、电脑主板生产工艺与流程摘要随着科学技术的不断发展,人们的生活水平的不断提高，通信技术的不断扩延，计算机已经涉及到各个不同的行业,成为人们生活、工作、学习、娱乐不可缺少的工具。而计算机主板作为计算机中非常重要的核心部件，其品质的好坏直接影响计算机整体品质的高低。因此在生产主板的过程中每一步都是要严格把关的，不能有丝毫的懈怠,这样才能使其品质得到保证。基于此，本文主要介绍电脑主板的SMT生产工艺流程和F/T(Function Test)功能测试步骤(F/T测试步骤以惠普H310机种为例)。让大家了解一下完整的计算机主板是如何制成的,都要经过哪些工序以及如何检测产品质量的。本文首先简单介绍了PCB板

2、的发展历史,分类，功能及发展趋势，SMT及SMT产品制造系统，然后重点介绍了SMT生产工艺流程和F/T测试步骤。关键字：SMT生产 F/T测试 PCB板1 引言1.1 PCB板的简单介绍及发展历程印刷电路板（Printed Circuit Board）简称PCB，又称印制板，是电子产品的重要部件之一。用印制电路板制造的电子产品具有可靠性高、一致性好、机械强度高、重量轻、体积小、易于标准化等优点。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信设备、电子雷达系统,只要存在电子元器件，它们之间的电气互连就要使用印制板.在电子技术发展的早期，电路由电源、导线、开关和元器件构成。元器件都是用导

3、线连接的，而元件的固定是在空间中立体进行的。随着电子技术的发展，电子产品的功能、结构变得很复杂，元件布局、互连布线都受到很大的空间限制，如果用空间布线方式，就会使电子产品变得眼花缭乱。因此就要求对元件和布线进行规划。用一块板子作为基础，在板上规划元件的布局，确定元件的接点,使用接线柱做接点,用导线把接点按电路要求，在板的一面布线，另一面装元件.这就是最原始的电路板。这种类型的电路板在真空电子管时代非常流行，由于线路都在同一个平面分布，没有太多的遮盖点，检查起来容易。这时电路板已初步形成了“层”的概念。 单面敷铜板的发明，成为电路板设计及制作新时代的标志.布线设计和制作技术都已发展成熟。先在敷铜

4、板上用模板印制防腐蚀膜图，然后再腐蚀刻线，这种技术就象在纸上印刷那样简便，“印刷电路板”因此得名。随着电子技术发展和印制板技术的进步，出现了双面板，即在板子两面都敷铜,两面都可腐蚀刻线。 随着电子产品生产技术的发展，人们开始在双面电路板的基础上发展夹层，其实就是在双面板的基础上叠加上一块单面板,这就是多层电路板.起初，夹层多用做大面积的地线、电源线的布线，表层都用于信号布线。后来,要求夹层用于信号布线的情况越来越多，这使电路板的层数也要增加。但夹层不能无限增加,主要原因是成本和厚度问题.因此，电子产品设计者要考虑到性价比这个矛盾的综合体，而最实际的设计方法仍然是以表层做信号布线层为首选。高频电

5、路的元件也不能排得太密，否则元件本身的辐射会直接对其它元件产生干扰。层及层之间的布线应错开成十字走向，以减少布线电容和电感。1。2 印制电路板的分类及功能1.2。1 印制电路板的分类根据软硬进行分类：普通电路板和柔性电路板. 根据电路层数分类：分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板,复杂的多层板可达十几层。从1903年至今若以PCB组装技术的应用和发展角度来看可分为三个阶段 :1。通孔插装技术（THT)阶段PCB 1).金属化孔的作用： .电气互连-信号传输 。支撑元器件-引脚尺寸*通孔尺寸的缩小 a。引脚的刚性 b.自动化插装的要求 2）.提高密度的途径 。减小器件孔的

6、尺寸，但受到元件引脚的刚性及插装精度的,孔径0。8mm .缩小线宽/间距:0。3mm0。2mm-0。15mm0。1mm .增加层数：单面双面4层-6层-8层10层12层64层 2。表面安装技术(SMT）阶段PCB 1).导通孔的作用：仅起到电气互连的作用，孔径可以尽可能的小，堵上孔也可以。 2）。提高密度的主要途径 .过孔尺寸急剧减小：0.8mm0.5mm0.4mm-0。3mm0.25mm .过孔的结构发生本质变化： a.埋盲孔结构 优点：提高布线密度1/3以上、减小PCB尺寸或减少层数、提高可靠性、 改善了特性阻抗控制，减小了串扰、噪声或失真(因线短,孔小） b。盘内孔(hole in pa

7、d）消除了中继孔及连线 薄型化：双面板：1.6mm1。0mm0.8mm0.5mm PCB平整度: a。概念:PCB板基板翘曲度和PCB板面上连接盘表面的共面性. b.PCB翘曲度是由于热、机械引起残留应力的综合结果 c。连接盘的表面涂层：HASL、化学镀NI/AU、电镀NI/AU 3.芯片级封装（CSP）阶段PCB CSP以开始进入急剧的变革于发展其之中,推动PCB技术不断向前发展, PCB工业将走向激光时代和纳米时代。1.2.2 印制电路板的功能印制电路板在电子设备中具有如下功能:。 提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑,实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘，

8、提供所要求的电气特性。 为自动焊接提供阻焊图形，为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。 电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性,避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子产品的质量,提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。1.3 印制电路板的发展趋势印制板从单层发展到双面板、多层板和挠性板，并不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展。不断缩小体积、减少成本、提高性能,使得印制板在未来电子产品的发展过程中，仍然保持强大的生命力. 未来印制板生产制造技术发展趋势是在性能上向高密度、高精度、细孔径、细导线、小间距、高可靠、多层化、高速传输、轻量

9、、薄型方向发展。1。4 SMT简介随着科学技术迅速发展以及信息技术的快速推广及应用，电子产品已逐渐成为了人们生活中不可缺少的物质资源及国民经济的重要组成部分，电子产品制造已逐步发展成为一门新兴的行业及技术，成为了现代制造业的重要分支1，对国民经济的发展，对国家综合国力的体现及提高都起到了积极和重要的促进作用.随着电子产品的微型化、轻量化、集成化、高密度化和高可靠性的发展，基于基板的板级电子电路产品就成了电子产品的主要形式，板级电子电路产品的制造技术水平就成为体现现代电子产品制造技术的重要标志。继手工插装、半自动化插装、全自动插装之后的第四代电子电路制造技术，表面组装技术 （SurfaceMou

10、ntTechnology，SMT)的兴起和发展动摇了传统板级电子电路产品的组装概念，改变了电子元器件通孔插装技术(ThroughHoleTechnology，THT）的制造形式，引起了电子产品制造的技术革命,被称为是电子产品制造技术的“第二次革命”，并逐步发展成为融合微电子学、电子材料、半导体集成电路、电路设计自动化 （Eleetronieoesi，Automation，EnA）计算机辅助测试和先进制造等各项技术在内的现代先进电子制造技术，该技术是一项涉及到微电子、精密机械自动控制、焊接、精细化工、材料、检测等多专业和多学科的新兴、综合性工程科学技术2。SMT组装分为芯片级组装（常称为封装或一

11、级封装）和板级组装（也称为二级封装）.芯片级组装是将硅片(芯片)贴装在基片上，然后通过封接或软钎焊焊接到基板上成为完整的元件。板级组装是将元件贴装在普通混装印制电路板（PriniedCireuitBoard,PCB）或表面安装印制电路板 （Surface Mount Printed Circuit Board）上。及传统的通孔插装技术相比较，采用SMT技术进行电子产品组装的优越性主要体现在以下几个方面3：1.SMT元器件体积小、重量轻、集成度高、功能多、可贴装于PCB两面，并使包括立体组装在内的高密度组装成为可能。由于表面贴装元件 (SurfaceMountComponent，SMC)和表面贴

12、装器件 （surfaeeMountDeviee，SMD)的体积、重量只有传统元器件的1/10，由其组成的PCB模块体小、量轻，可使相应的电子设备和产品体积缩小4060，重量减轻60一80，其大幅度微型化效果显著,应用面极其广泛.尤其是在航空航天和军事装备领域,应用SMT技术使产品微型化的意义更为重大。2。SMT产品所采用的SMC、SMD均为无引脚或短引脚,减少了由于引线长度引起的寄生电感和电容,从而减少了电磁干扰和射频干扰,改善了PCB模块和电子设备系统的高频特性。3.SMT产品制造易于实现自动化、降低制造成本。并能通过采用散热、抗振高质SMC和自动化组装，改善产品的抗冲击、振动特性，使产品的

13、组装可靠性大幅度提高。SMT被广泛应用于电子、航空、航天、军事、船舶、汽车、机械、仪表等诸多领域,并且已进入以微组装技术、高密度组装和立体组装技术为标志的先进电子制造技术新阶段，以及多芯片组件、球型栅格阵列、芯片尺寸封装等新型表面组装元器件的快速发展和大量应用阶段4.随着SMT在各个领域尤其是军事尖端技术领域的应用和推广，为电子产品的进一步微型化、薄型化、轻量化和高可靠性开辟了广阔的前景，对国民经济发展和军事电子装备的现代化正在起着积极的推动作用.1.5 SMT产品制造系统SMT产品制造系统是以SMT为核心制造技术手段，以SMT产品为制造对象的制造系统,基本组成形式是由表面组装设备组成的生产线

14、，表面组装设备通过自动传输线连接在一起，并配置计算机控制系统,控制PCB的自动传输和各组装设备和流水组装作业.广义的SMT产品制造系统是一个以客户需求为目的、以客观物质手段为工具，采用有效的方法，将产品由概念设计转化为最终物质产品，投放市场的制造过程.包括市场调研及预测、产品设计、工艺设计、生产加工、质量保证、生产过程管理、营销、售后等产品全生命周期内一系列相互联系的活动，SMT产品制造资源是完成SMT产品的整个生命周期所有的生产活动的物理元素的总称，如图l一1所示5。图1-1 SMT产品制造系统示意图2 SMT生产工艺流程来料检测 - PCB的B面丝印焊膏（点贴片胶） - 贴片 - 烘干(固

15、化） - 回流焊接 翻板 - PCB的A面丝印焊膏 - 贴片 - 烘干 - 回流焊接 - 插件 - 波峰焊 清洗 - 检测 - 返修2.1 来料检测在生产组装过程中，通常由委托公司提供PCB和电子元器件，在进入生产线之前，必须对它们进行品质检验，这个过程称为IQC(进料品管）。PCB的检验除了肉眼的表面检查外，还必须利用检测仪器对基板的厚度、插件针孔进行检查，元器件则包括各种电阻、电容的阻值、容值以及断路、短路等。通过IQC检验的PCB和元器件才能进入下一道工序。因而，加工前的测试对主板整个生产过程提供了首要保证，有助于提高产品的良品率。2.2 锡膏印刷机SMT生产线作用是安装细小的贴片式元件

16、和一些人工无法完成的多引脚IC芯片,在贴片之前，必须在PCB的针孔和焊接部位刮上焊锡膏，这是利用锡膏印刷机来完成的。把PCB板放在锡膏印刷机的操作台上，操作工人使用一张及PCB针孔和焊接部位相同的钢网进行对位，这个过程可用监视器观察，以确保定位准确。然后锡膏印刷机的涂料手臂动作，透过钢网相应位置将焊锡膏均匀、无偏差地涂在PCB板上，为元器件的焊接做准备，再送上SMT生产线。如图21PCB 图21 锡膏印刷机整体外观及内部构造2。2。1 印刷机的基本结构a。 夹持基板（PCB）的工作台b。 印刷头系统c。 丝网或模板以及丝网或模板的固定机构d。 保证印刷精度而配置的定位、清洗、二维、三维测量系统

17、等选件。e. 计算机控制系统2。2。2 印刷机的主要技术指标a。 最大印刷面积：根据最大的PCB尺寸确定。b. 印刷精度：一般要求达到0。025mm。c。 印刷速度：根据产量要求确定。2.2。3 印刷焊膏的原理焊膏和贴片胶都是触变流体,具有粘性.当刮刀以一定速度和角度向前移动时,对焊膏产生一定的压力，推动焊膏在刮板前滚动，产生将焊膏注入网孔或漏孔所需的压力，焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板及网板交接处产生切变，切变力使焊膏的粘性下降,使焊膏顺利地注入网孔或漏孔。如图22 a在刮板前滚动前进 b产生将焊膏注入漏孔的压力 c切变力使焊膏注入漏孔 刮刀的推动力F可分解为 推动焊膏前进分力X和 将焊膏注入

18、漏孔的压力Yd焊膏释放（脱模） 图22 焊膏印刷原理示意图2。3 3D锡膏检测机3D锡膏检测机是一台锡膏厚度测试仪，他的作用是检测锡膏的“高度“面积”“体积”其中最重要的是检测“高度”,众所周知锡膏数量是判断焊点质量及其可靠性的一个重要指标。100%的采用锡膏检测(SPI)将有助于减少印刷流程中产生的焊点缺陷，而且可通过最低的返工（如清洗电路板)成本来减少废品带来的损失,另外一个好处是焊点的可靠性将得到保证。2.4 贴片机SMT生产线是通过贴片机（如图23)进行的，贴片前必须在贴片机前面装上原料盘(如图2-4)，贴片式元件都是附在原料盘传输纸带上的原料盒上，大型的BGA封装的芯片（如“主板芯片

19、组”)的原料盘则放在贴片机后面。操作过程通过单片机编制的程序设定来完成，并使用了激光对中校正系统.贴片时贴片机按照预设的程序动作，机械手臂在相应的原料盘上利用吸嘴吸取元件，放到PCB对应位置，使用激光对中系统进行元件的校正操作，最后将元件压放在相应的焊接位置. 在一台高速贴片机上通常有多个原料盘同时进行工作。但元件大小应该相差不多，以利于机械手臂操作.一条完整的SMT生产线是由几台高速贴片机来完成的,根据元件大小不同贴片机元件吸嘴均不相同，通常情况下是先贴上小元件(如“贴片电阻”),接着对较大的芯片(如“主板芯片组)进行贴片安装。图23 贴片机整体外观 图24 贴片机原料盘2。4。1 贴片机的

20、的基本结构a。 底座b。 供料器.c. 印制电路板传输装置d。 贴装头e。 对中系统f. 贴装头的X、Y轴定位传输装置g. 贴装工具(吸嘴) h。 计算机控制系统2.4。2 贴片机的主要技术指标a. 贴装精度：包括三个内容：贴装精度、分辨率、重复精度贴装精度是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位偏移量,一般来讲，贴装Chip元件要求达到0。1mm，贴装高窄间距的SMD至少要求达到0。06mm分辨率分辨率是贴装机运行时每个步进的最小增量.重复精度重复精度是指贴装头重复返回标定点的能力b. 贴片速度：一般高速机为0.2S/ Chip元件以内，多功能机0.30.6S/ Chip元件左右。c. 对中方

21、式：有机械对中、激光对中、全视觉对中、激光/视觉混合对中.d。 贴装面积：指贴装头的运动范围,可贴装的PCB尺寸,最大PCB尺寸应大于250300 mm。e. 贴装功能：是指贴装元器件的能力。一般高速机只能贴装较小的元器件；多功能机可贴装最小0.603 mm最大6060mm器件,还可以贴装连接器等异形元器件。 f. 可贴装元件种类数：是指贴装机料站位置的多少(以能容纳8 mm编带的数量来衡量）。g. 编程功能:是指在线和离线编程优化功能.2。4。3 自动贴片机的贴装过程 NO YES 图25 贴片机贴片过程原理图2.4.4 连续贴装生产时应注意的问题a拿取PCB时不要用手触摸PCB表面，以防破

22、坏印刷好的焊膏；b。 报警显示时，应立即按下警报关闭键,查看错误信息并进行处理；c。 贴装过程中补充元器件时一定要注意元器件的型号、规格、极性和方向；d. 贴装过程中，要随时注意废料槽中的弃料是否堆积过高,并及时进行清理，使弃不能高于槽口，以免损坏贴装头；2.5 再流焊（Reflow soldring）再流焊炉(图2-6）是焊接表面贴装元器件的设备。再流焊炉主要有红外炉、热风炉、红外加热风炉、蒸汽焊炉等.目前最流行的是全热风炉以及红外加热风炉。所有贴片元件安装完成后，合格的产品将送入再流焊接机。再流焊接机采用分为多个温区的内循环式加热系统，由于焊锡膏采用多种材质构成，温度的不同将引起锡膏状态的

23、改变。在高温区时焊锡膏变成液化状态，贴片式元件容易及焊接相结合；进入较冷温区后，焊锡膏变成固体状态，就将元件引脚和PCB牢牢焊接起来了。 图2-6 再流焊接机2。5。1 再流焊炉的基本结构 a. 炉体b. 上下加热源c. PCB传输装置d。 空气循环装置e. 冷却装置f。 排风装置g。 温度控制装置h。 以及计算机控制系统2.5.2 再流焊炉的主要技术指标a. 温度控制精度:应达到0.1-0。2；b。 传输带横向温差:要求5以下；c。 温度曲线测试功能：如果设备无此配置,应外购温度曲线采集器；d. 最高加热温度：一般为300350，如果考虑无铅焊料或金属基板，应选择350以上。e。 加热区数量

24、和长度：加热区数量越多、加热区长度越长,越容易调整和控制温度曲线。一般中小批量生产选择45温区，加热区长度1。8m左右即能满足要求。f. 传送带宽度：应根据最大和最小PCB尺寸确定。2。5。3 再流焊原理 图2-7 再流焊温度曲线从温度曲线(见图27）分析再流焊的原理：当PCB进入升温区(干区）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、器件引脚及氧气隔离;PCB进入保温区时，使PCB和元器件得到充分预热，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

25、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；PCB进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了再流焊。2.5.4 再流焊工艺特点（及波峰焊技术相比）a。 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,有时会施加给器较大的热应力;b。 只需要在焊盘上施加焊料，并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； c. 有自定位效应（self alignment)当元器件贴放位置有一点偏时，由于熔融焊料表面张力作用,当其全部焊端或引脚及相应焊盘被润湿时，在表面张力作用下，自动被拉回到近似目标位置的.d。 焊料

26、中不会混入不纯物，使用焊膏时，能正确地保证焊料的成分。e。 可以采用局部加热热源，从而可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；f。 工艺简单，修板的工作量极小.从而节省了人力、电力、材料。2.5.5 再流焊的工艺要求a. 要设置合理的再流焊温度曲线再流焊是SMT生产中关键工序，根据再流焊原理，设置合理的温度曲线，才能保证再流焊质量。不恰当的温度曲线会出现焊接不完全，虚焊、元件翘立、焊锡球多等焊接缺陷，影响产品质量。要定期做温度曲线的实时测试。b。 要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。c. 焊接过程中,在传送带上放PCB要轻轻地放平稳，严防传送带震动并注意在机器出口处接板,防止后出来的板掉落

27、在先出来的板上碰伤SMD引脚。d. 必须对首块印制板的焊接效果进行检查。检查焊接是否充分有无焊膏融化不充分的痕迹、焊点表面是否光滑、焊点形状是否呈半月状、锡球和残留物的情况、连焊和虚焊的情况。还要检查PCB表面颜色变化情况，再流焊后允许PCB有少许但是均匀的变色。并根据检查结果调整温度曲线。在整批生产过程中要定时检查焊接质量.2。6 DIP插接元件的安装通过SMT生产线的PCB可以说是主板的半成品,相对于它的机械化设备智能操作，DIP插接生产线要简单得多，它是由工作人员手工完成的。插接元件主要包括：IO接口、 CPU插座、PCIAGP插槽;内存插槽、BIOS插座、电容、跳线、晶振等.插接之前的

28、元件都必须经过IQC检测，对于一些引脚较长的电容、电阻还要进行修剪，以便插接操作。 PCB送上DIP生产线后，操作工人按照预定的插接顺序将部件插在PCB的相应位置，整个工序由多名操作工人完成。如图2-8 （a）手工电容等元器件 （b）每个工人负责一个独立的工序 (c）手工插装I/O接口、内存插槽等 （d）完成 图2-8 手插件工序图2。7 波峰焊(wave solder）所有指定元件插接到PCB后通过传输带自动送入波峰焊接机（如图29)，波峰焊接机是自动的焊接设备,在它的前段将给要焊接的插接件喷上助焊剂，通过不同的温区变化对PCB加热。波峰焊机的后半部是一个高温的液态锡炉，它均匀平稳地流动,为

29、了防止它的氧化，通常在它的表面还覆盖着一层油.PCB传过来后利用其高温的液态锡和助焊剂的作用将插接件牢牢焊接在PCB上。 图2-9 波峰焊接机2。7.1 波峰焊工艺波峰焊主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺，以及表面组装及通孔插装元器件的混装工艺，波峰焊是利用熔融焊料循环流动的波峰及装有元器件的PCB焊接面相接触，以一定速度相对运动时实现群焊的焊接工艺.及手工焊接相比较，波峰焊具有生产效率高、焊接质量好、可靠性高等优点。适用于表面贴装元器件的波峰焊设备有双波峰或电磁泵波峰焊机。2。7.2 波峰焊操作步骤1 焊接前准备a. 在待焊PCB(该PCB已经过涂敷贴片胶、SMC/SMD贴片、胶固化并完

30、成THC插装工序)后附元器件插孔的焊接面涂阻焊剂或粘贴耐高温粘带,以防波峰焊后插孔被焊料堵塞。如有较大尺寸的槽和孔也应用耐高温粘带贴住，以防波峰焊时焊锡流到PCB的上表面。(如水溶性助焊剂只能采用阻焊剂，涂敷后放置30min或在烘灯下烘15min再插装元器件，焊接后可直接水清洗）b。 用比重计测量助焊剂比重，若比重大，用稀释剂稀释。c。 将助焊剂倒入助焊剂槽 2 开炉a. 打开波峰焊机和排风机电源b。 根据PCB宽度调整波峰焊机传送带(或夹具）的宽度3 设置焊接参数a。 发泡风量或助焊剂喷射压力：根据助焊剂接触PCB底面的情况定。b. 预热温度：根据波峰焊机预热区的实际情况设定c。 传送带速度

31、：根据不同的波峰焊机和待焊接PCB的情况设(0.81。92m/min)d。 焊锡温度:（必须是打上来的实际波峰温度为2505时的表显示温度）4 首件焊接并检验（待所有焊接参数达到设定值后进行） a. 把PCB轻轻地放在传送带（夹具）上，机器自动进行喷涂助焊、干燥、预热、波峰焊、冷却。b. 在波峰焊出口处接住PCB。c。 进行首件焊接质量检验。5 根据首件焊接结果调整焊接参数6 连续焊接生产 a. 方法同首件焊接。b。 在波峰焊出口处接住PCB，检查后将PCB装入防静电周转箱送修后附工序（或直接送连线式清洗机进行清洗）。c. 连续焊接过程中每块印制板都应检查质量,有严重焊接缺陷的制板,应立即重复焊接一遍。如重复焊接后还存在问题，应检查原、对工艺参数作相应调整后才能继续焊接. 7 检验 检验方法:目视或用25倍放大镜观察。检验标准:a.