З пункту гледжання сучасных тэхналогій, свет расце вельмі хуткімі тэмпамі, і яго ўплыў можа лёгка ўвайсці ў наша паўсядзённае жыццё. The way we live has changed dramatically and this technological advance has led to many advanced devices that we didn’t even think of 10 years ago. Ядро гэтых прылад – электратэхніка, а ядро ​​- гэта друкаваная плата (Друкаваная плата).

Друкаваная плата звычайна зялёнага колеру і ўяўляе сабой цвёрды корпус з рознымі электроннымі кампанентамі. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. Друкаваная плата складаецца з падкладкі са шкловалакна, медных слаёў, якія складаюць след, адтулін, якія складаюць кампанент, і слаёў, якія могуць быць унутранымі і вонкавымі. У RayPCB мы можам забяспечыць да 1-36 слаёў для шматслаёвых ПРАТАТЫПАЎ і 1-10 слаёў для некалькіх партый друкаванай платы для аб’ёмнага вытворчасці. For single-sided and double-sided PCBS, an outer layer exists but no inner layer.

The substrate and components are insulated with solder film and held together with epoxy resin.The welding mask can be green, blue or red, as is common in PCB colors. Зварачная маска дазволіць кампаненту пазбегнуць кароткага замыкання на дарожку або іншыя кампаненты.

Медныя сляды выкарыстоўваюцца для перадачы электронных сігналаў з адной кропкі ў іншую на друкаванай плаце. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Гэтыя драты можна зрабіць тоўстымі для забеспячэння харчавання/харчавання кампанентаў.

In most PCBS that provide high voltage or current, there is a separate grounding plane. Components on the top layer are connected to the internal GND plane or internal signal layer via “Vias”.

Кампаненты збіраюцца на друкаванай плаце, каб друкаваная плата працавала так, як распрацавана. The most important thing is PCB function. Нават калі малюсенькія рэзістары SMT размешчаны няправільна, або нават калі невялікія дарожкі выразаны з друкаванай платы, плата можа не працаваць. Therefore, it is important to assemble components in a proper way. Друкаваная плата пры зборцы кампанентаў называецца друкаванай платай або зборнай платай.

У залежнасці ад характарыстык, апісаных заказчыкам або карыстальнікам, функцыя друкаванай платы можа быць складанай або простай. PCB size also varies according to requirements.

The PCB assembly process has both automatic and manual processes, which we will discuss.

Пласт друкаванай платы і дызайн

Як ужо згадвалася вышэй, паміж вонкавымі слаямі ёсць некалькі слаёў сігналу. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

Understand PCB board assembly process and feel the green charm of PCBD

1-Падкладка: Гэта цвёрдая пласціна з матэрыялу FR-4, на якую кампаненты «запаўняюцца» або зварваюцца. Гэта забяспечвае цвёрдасць друкаванай плаце.

2- Copper layer: Thin copper foil is applied to the top and bottom of the PCB to make the top and bottom copper trace.

3- Зварачная маска: Яна наносіцца на верхні і ніжні пласты друкаванай платы. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Зварачная маска таксама дазваляе пазбегнуць зваркі непажаданых частак і гарантуе, што прыпой трапляе ў зону для зваркі, напрыклад, адтуліны і накладкі. These holes connect the THT component to the PCB while the PAD is used to hold the SMT component.

4- Screen: The white labels we see on PCBS for component codes, such as R1, C1 or some description on PCBS or company logos, are all made of screen layers. Экранны пласт дае важную інфармацыю аб друкаванай плаце.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

Друкаваныя платы – гэта большасць друкаваных поплаткаў, якія мы бачым у розных тыпах друкаваных поплаткаў. Гэта цвёрдыя, жорсткія і трывалыя друкаваныя платы з рознай таўшчынёй. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 азначае “антыпірэны-4”. Характарыстыкі самозатухания FR-4 робяць яго карысным для выкарыстання многіх цвёрдая прамысловых электронных прылад. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Мідныя ламінаты Fr-4 у асноўным выкарыстоўваюцца ў узмацняльніках магутнасці, блоках харчавання ў рэжыме пераключэння, драйверах серварухавікоў і г.д. З іншага боку, іншая жорсткая падложка з друкаваных поплаткаў, якая звычайна выкарыстоўваецца ў бытавой тэхніцы і IT -прадуктах, называецца папяровая фенольная друкаваная плата. Яны лёгкія, нізкай шчыльнасці, танныя і лёгка прабіваюцца. Некаторыя з яго прыкладанняў – калькулятары, клавіятуры і мышы.

2- Flexible PCB:

Made from substrate materials such as Kapton, flexible PCBS can withstand very high temperatures while being as thick as 0.005 inches. It can be easily bent and used in connectors for wearable electronics, LCD monitors or laptops, keyboards and cameras, etc.

3-metal core PCB:

In addition, another PCB substrate can be used like aluminum, which is very efficient for cooling.Гэтыя тыпы ПХБ можна выкарыстоўваць для прыкладанняў, якія патрабуюць цеплавых кампанентаў, такіх як святлодыёды вялікай магутнасці, лазерныя дыёды і г.д.

Installation technology type:

SMT: SMT stands for “surface mount technology”. Кампаненты SMT вельмі маленькія і пастаўляюцца ў розных пакетах, такіх як 0402,0603 1608 для рэзістараў і кандэнсатараў. Сапраўды гэтак жа, для інтэгральных схем, у нас ёсць SOIC, TSSOP, QFP і BGA.

Зборка SMT вельмі цяжкая для рук чалавека і можа быць працэсам апрацоўкі часу, таму ў першую чаргу яна ажыццяўляецца аўтаматызаванымі робатамі збору і размяшчэння.

THT: THT азначае тэхналогію скразных адтулін. Components with leads and wires, such as resistors, capacitors, inductors, PDIP ics, transformers, transistors, IGBT, MOSFET, etc.

Кампаненты неабходна ўставіць з аднаго боку друкаванай платы на адным кампаненце і пацягнуць за ножку з другога боку, зрэзаць ножку і зварыць. THT assembly is usually done by hand welding and is relatively easy.

Патрабаванні да працэсу зборкі:

Prior to the actual PCB fabrication and PCB assembly process, the manufacturer checks the PCB for any defects or errors in the PCB that could cause the failure. This process is called the Manufacturing design (DFM) process. Вытворцы павінны выканаць гэтыя асноўныя крокі DFM, каб забяспечыць бездакорную друкаваную плату.

1- Component layout considerations: Through-holes must be checked for components with polarity. Like electrolytic capacitors must be checked polarity, diode anode and cathode polarity check, SMT tantalum capacitor polarity check. Трэба праверыць кірунак выразкі/кірунку галоўкі.

Элемент, якому патрабуецца радыятар, павінен мець дастаткова месца для размяшчэння іншых элементаў, каб радыятар не датыкаўся.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Пракладка і скразнае адтуліну не павінны перакрывацца.

3- Улічваецца пайка, таўшчыня, шырыня лініі.

By performing DFM inspections, manufacturers can easily reduce manufacturing costs by reducing the number of scrap panels. Гэта дапаможа ў хуткім кіраванні, пазбегнуўшы збояў на ўзроўні DFM. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. У RayPCB мы выкарыстоўваем самае сучаснае абсталяванне OEM для прадастаўлення паслуг OEM друкаваных плат, паяння хвалямі, тэставання платы друкаванай платы і зборкі SMT.

Паэтапны працэс зборкі друкаванай платы (PCBA):

Крок 1: Нанёс паяльную пасту з дапамогай шаблону

First, we apply solder paste to the area of the PCB that fits the component. This is done by applying solder paste to the stainless steel template. Шаблон і друкаваная плата ўтрымліваюцца разам з дапамогай механічнага прыстасавання, а паяльная паста раўнамерна наносіцца на ўсе адтуліны на дошцы праз аплікатар. Apply solder paste evenly with applicator. Такім чынам, у аплікатара неабходна выкарыстоўваць адпаведную паяльную пасту. Пасля выдалення аплікатара паста застанецца ў патрэбнай вобласці друкаванай платы. Шэры прыпой 96.5% з волава, які змяшчае 3% срэбра і 0.5% медзі, без свінцу. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

Другі крок PCBA – гэта аўтаматычнае размяшчэнне кампанентаў SMT на друкаванай плаце. Гэта робіцца з дапамогай робата -выбаршчыка. На ўзроўні праектавання дызайнер стварае файл і прадастаўляе яго аўтаматызаванаму робату. Гэты файл мае загадзя запраграмаваныя каардынаты X, Y кожнага кампанента, які выкарыстоўваецца на друкаванай плаце, і вызначае месцазнаходжанне ўсіх кампанентаў. Using this information, the robot only needs to place the SMD device accurately on the board. The pick and place robot will pick up components from its vacuum fixture and place them accurately on the solder paste.

Да з’яўлення рабатызаваных машын для падбору і размяшчэння тэхнікі забіралі кампаненты з дапамогай пінцэта і размяшчалі іх на друкаванай плаце, уважліва аглядаючы месцазнаходжанне і пазбягаючы поціску рук. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Так што патэнцыял памылкі вялікі.

Па меры сталення тэхналогіі аўтаматызаваныя робаты, якія падбіраюць і размяшчаюць кампаненты, зніжаюць нагрузку на тэхнікаў, што дазваляе хутка і дакладна размяшчаць кампаненты. Гэтыя робаты могуць працаваць 24 гадзіны ў суткі без стомы.

Крок 3: Зварка паўторна

The third step after setting up the elements and applying the solder paste is reflux welding. Reflow welding is the process of placing the PCB on a conveyor belt with components. The conveyor then moves the PCB and components into a large oven, which produces a temperature of 250 o C. Тэмпературы дастаткова, каб расплавіць прыпой. Затым расплаўлены прыпой ўтрымлівае кампанент на друкаванай плаце і ўтварае злучэнне. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Гэта ўсталюе пастаянную сувязь паміж кампанентам SMT і друкаванай платай. У выпадку двухбаковай друкаванай платы, як апісана вышэй, бок друкаванай платы з меншай або меншай колькасцю кампанентаў будзе апрацоўвацца спачатку з крокаў 1 да 3, а затым з іншага боку.

Understand PCB board assembly process and feel the green charm of PCBD

Крок 4: Інспекцыя якасці і праверка

Пасля паяння паяльным кампанентам магчыма, што кампаненты зрушаны з -за некаторага няправільнага руху ў латку друкаванай платы, што можа прывесці да кароткага або разрыву злучэнняў. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Праверкі могуць быць ручнымі і аўтаматызаванымі.

A. Manual check:

Because the PCB has small SMT components, visual inspection of the board for any misalignment or malfunction can cause technician fatigue and eye strain. Такім чынам, гэты метад невыканальны для папярэдніх плат SMT з -за недакладных вынікаў. Аднак гэты спосаб магчымы для пліт з кампанентамі THT і меншай шчыльнасцю кампанентаў.

B. Аптычнае выяўленне:

Гэты метад магчымы для вялікай колькасці ПХБ. Метад выкарыстоўвае аўтаматызаваныя машыны з камерамі вялікай магутнасці і высокім дазволам, устаноўленымі пад рознымі кутамі для прагляду паяльных злучэнняў з усіх бакоў. У залежнасці ад якасці паяльнага злучэння святло будзе адбівацца ад паяльнага злучэння пад рознымі кутамі. This automatic optical inspection (AOI) machine is very fast and can process large quantities of PCBS in a very short time.

CX – ray inspection:

The X-ray machine allows technicians to scan the PCB to see internal defects. This is not a common inspection method and is only used for complex and advanced PCBS. If not used properly, these inspection methods may result in rework or PCB obsoletion. Праверкі трэба праводзіць рэгулярна, каб пазбегнуць затрымак, працоўных і матэрыяльных выдаткаў.

Крок 5: Фіксацыя і зварка кампанентаў THT

Кампаненты скразных адтулін часта сустракаюцца на многіх друкаваных платах. These components are also called plated through holes (PTH). Вывады гэтых кампанентаў будуць праходзіць праз адтуліны на друкаванай плаце. Гэтыя адтуліны злучаюцца з іншымі адтулінамі і скразнымі адтулінамі з дапамогай медных слядоў. Калі гэтыя элементы THT ўстаўляюцца і зварваюцца ў гэтыя адтуліны, яны электрычна злучаюцца з іншымі адтулінамі на той жа друкаванай плаце, што і распрацаваная схема. Гэтыя PCBS могуць утрымліваць некаторыя кампаненты THT і мноства кампанентаў SMD, таму апісаны вышэй спосаб зваркі не падыходзіць для кампанентаў THT у выпадку кампанентаў SMT, такіх як зварачная зварка. Такім чынам, два асноўных тыпу кампанентаў THT, якія зварваюцца або збіраюцца

A. Зварка ўручную:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Тэхніку звычайна прызначаецца ўстаўляць адзін кампанент за раз і перадаваць дошку іншым тэхнікам, устаўляючы іншы кампанент на тую ж дошку. Такім чынам, плата будзе перамяшчацца па канвееры, каб кампанент PTH запоўніў яе. Гэта робіць працэс доўгім, і многія кампаніі па праектаванні і вытворчасці друкаваных поплаткаў пазбягаюць выкарыстання кампанентаў PTH у сваіх схемах. Але кампанент PTH застаецца любімым і найбольш часта выкарыстоўваным кампанентам большасці канструктараў схем.

B. Хвалевая пайка:

Аўтаматызаваная версія ручной зваркі – хвалевая зварка. У гэтым метадзе, як толькі элемент PTH змяшчаецца на друкаваную плату, друкаваная плата змяшчаецца на канвеерную стужку і перамяшчаецца ў спецыяльную печ. Тут хвалі расплаўленага прыпоя пырскаюць у падкладку друкаванай платы, дзе прысутнічаюць вывады кампанентаў. Гэта адразу прыварыць усе штыфты. However, this method only works with single-sided PCBS and not double-sided PCBS, as melted solder on one side of the PCB can damage components on the other. Пасля гэтага перамесціце друкаваную плату для канчатковай праверкі.

Крок 6: Канчатковая праверка і функцыянальнае тэсціраванне

Цяпер друкаваная плата гатовая да тэсціравання і праверкі. This is a functional test in which electrical signals and power are given to the PCB at the specified pins and the output is checked at the specified test point or output connector. This test requires common laboratory instruments such as oscilloscopes, digital multimeters, and function generators

Гэты тэст выкарыстоўваецца для праверкі функцыянальных і электрычных характарыстык друкаванай платы і праверкі току, напружання, аналагавага і лічбавага сігналаў і схем, апісаных у патрабаваннях да друкаванай плаце

Калі які -небудзь з параметраў друкаванай платы паказвае непрымальныя вынікі, друкаваная плата будзе выкінута або адменена ў адпаведнасці са стандартнымі працэдурамі кампаніі. Этап тэставання важны, таму што вызначае поспех або правал усяго працэсу PCBA.

Крок 7: Канчатковая ачыстка, аздабленне і дастаўка:

Now that the PCB has been tested in all aspects and declared normal, it is time to clean up unwanted residual flux, finger grime and oil. Інструментаў для ачысткі пад высокім ціскам з нержавеючай сталі, якія выкарыстоўваюць деионизированную ваду, дастаткова для ачысткі ўсіх відаў бруду. Дэянізаваная вада не пашкоджвае ланцуг друкаванай платы. Пасля мыцця прасушыце друкаваную плату сціснутым паветрам. Апошняя друкаваная плата зараз гатовая да ўпакоўкі і адпраўкі.