En termes de tecnologia moderna, el món creix a un ritme molt ràpid i la seva influència pot entrar en joc fàcilment en la nostra vida quotidiana. 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. El nucli d’aquests dispositius és l’enginyeria elèctrica i el nucli és placa de circuit imprès (PCB).

Un PCB sol ser verd i és un cos rígid amb diversos components electrònics. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. El PCB està format per un substrat de fibra de vidre, capes de coure que formen el traç, forats que formen el component i capes que poden ser interiors i exteriors. A RayPCB, podem proporcionar fins a 1-36 capes per a PROTOTIPUS de múltiples capes i 1-10 capes per a diversos lots de PCB per a la producció de volum. 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. La màscara de soldadura permetrà al component evitar un curtcircuit a la pista o altres components.

Les traces de coure s’utilitzen per transferir senyals electrònics d’un punt a un altre en un PCB. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Aquests cables es poden fer gruixuts per proporcionar energia / alimentació per a la font d’alimentació dels components.

En la majoria de PCBS que proporcionen alta tensió o corrent, hi ha un pla de terra separat. Components on the top layer are connected to the internal GND plane or internal signal layer via “Vias”.

Els components es munten al PCB per permetre que el PCB funcioni tal com s’ha dissenyat. The most important thing is PCB function. Fins i tot si les petites resistències SMT no es col·loquen correctament o fins i tot si es tallen petites pistes del PCB, és possible que el PCB no funcioni. Per tant, és important muntar components d’una manera adequada. El PCB quan es munten components s’anomena PCBA o PCB de muntatge.

Depenent de les especificacions descrites pel client o usuari, la funció del PCB pot ser complexa o senzilla. PCB size also varies according to requirements.

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

Disseny i capa de PCB

Com s’ha esmentat anteriorment, hi ha diverses capes de senyal entre les capes externes. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1 – Substrat: es tracta d’una placa rígida feta de material FR-4 sobre la qual es “omplen” o solden els components. Això proporciona rigidesa al PCB.

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- Màscara de soldadura: s’aplica a les capes superior i inferior del PCB. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. La màscara de soldadura també evita soldar peces no desitjades i garanteix que la soldadura entri a la zona per soldar, com ara forats i coixinets. 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. La capa de pantalla proporciona informació important sobre el PCB.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

Els PCB són la majoria dels dispositius PCB que veiem en diversos tipus de PCB. Es tracta de PCBS durs, rígids i resistents, amb diferents gruixos. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 significa “retardador de flama-4”. Les característiques autoextingibles del FR-4 el fan útil per a l’ús de molts dispositius electrònics industrials de nucli dur. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Els laminats revestits de coure Fr-4 s’utilitzen principalment en amplificadors de potència, fonts d’alimentació en mode de commutació, controladors de servomotors, etc. D’altra banda, un altre substrat rígid de PCB que s’utilitza habitualment en electrodomèstics i productes informàtics s’anomena PCB fenòlic de paper. Són lleugers, de baixa densitat, barats i fàcils de perforar. Calculadores, teclats i ratolins són algunes de les seves aplicacions.

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.Aquest tipus de PCBS es pot utilitzar per a aplicacions que requereixen components tèrmics com leds d’alta potència, díodes làser, etc.

Installation technology type:

SMT: SMT significa “tecnologia de muntatge superficial”. Els components SMT són de mida molt petita i inclouen diversos paquets, com ara 0402,0603 1608 per a resistències i condensadors. De la mateixa manera, per als circuits integrats IC, tenim SOIC, TSSOP, QFP i BGA.

El muntatge SMT és molt difícil per a mans humanes i pot ser un procés de processament del temps, de manera que es realitza principalment mitjançant robots automàtics de recollida i col·locació.

THT: THT significa tecnologia de forat passant. Components with leads and wires, such as resistors, capacitors, inductors, PDIP ics, transformers, transistors, IGBT, MOSFET, etc.

The components must be inserted on one side of the PCB on one component and pulled by the leg on the other side, cut the leg and welded. THT assembly is usually done by hand welding and is relatively easy.

Requisits previs del procés de muntatge:

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. Els fabricants han de realitzar aquests passos bàsics de DFM per garantir un PCB impecable.

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. S’ha de comprovar la ranura IC / direcció del cap.

L’element que requereix el dissipador de calor ha de tenir prou espai per allotjar altres elements perquè el dissipador de calor no es toqui.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. El coixinet i el forat passant no es superposaran.

3- Brazing pad, thickness, line width shall be taken into account.

By performing DFM inspections, manufacturers can easily reduce manufacturing costs by reducing the number of scrap panels. This will help in fast steering by avoiding DFM level failures. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. A RayPCB, fem servir equips OEM d’última generació per proporcionar serveis OEM de PCB, soldadura per ones, proves de targetes PCB i muntatge SMT.

Procés pas a pas del muntatge de PCB (PCBA):

Pas 1: apliqueu la pasta de soldadura mitjançant la plantilla

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. La plantilla i el PCB es mantenen units per un dispositiu mecànic i la pasta de soldadura s’aplica uniformement a totes les obertures del tauler mitjançant un aplicador. Apply solder paste evenly with applicator. Per tant, s’ha d’utilitzar una pasta de soldadura adequada a l’aplicador. Quan s’aplica l’aplicador, la pasta romandrà a la zona desitjada del PCB. Pasta de soldadura gris del 96.5% feta d’estany, que conté un 3% de plata i un 0.5% de coure, sense plom. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

El segon pas de PCBA consisteix a col·locar automàticament els components SMT al PCB. Això es fa mitjançant un robot pick and place. A nivell de disseny, el dissenyador crea un fitxer i el proporciona al robot automatitzat. Aquest fitxer té les coordenades X, Y preprogramades de cada component utilitzat al PCB i identifica la ubicació de tots els components. 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.

Abans de l’aparició de màquines de recollida i col·locació robotitzades, els tècnics recollien components amb pinces i els col·locaven al PCB mirant detingudament la ubicació i evitant que es donessin les mans. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Per tant, el potencial d’error és elevat.

A mesura que la tecnologia madura, els robots automatitzats que capturen i col·loquen components redueixen la càrrega de treball dels tècnics, cosa que permet una col·locació ràpida i precisa dels components. Aquests robots poden treballar les 24 hores del dia els 7 dies de la setmana sense fatiga.

Pas 3: soldar per reflux

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. La temperatura és suficient per fondre la soldadura. La soldadura fosa manté el component al PCB i forma la junta. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Això establirà una connexió permanent entre el component SMT i el PCB. En el cas d’un PCB de doble cara, tal com s’ha descrit anteriorment, el costat de PCB amb menys components o més petits es tractarà primer des dels passos 1 fins al 3 i després a l’altre costat.

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

Pas 4: inspecció i inspecció de qualitat

Després de la soldadura per reflux, és possible que els components estiguin mal alineats a causa d’un moviment incorrecte a la safata del PCB, que pot provocar connexions de circuit curt o obert. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Les inspeccions poden ser manuals i automatitzades.

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. Per tant, aquest mètode no és viable per a taules SMT avançades a causa de resultats inexactes. No obstant això, aquest mètode és factible per a plaques amb components THT i densitats de components més baixes.

B. Detecció òptica:

Aquest mètode és factible per a grans quantitats de PCBS. El mètode utilitza màquines automatitzades amb càmeres d’alta potència i alta resolució muntades en diversos angles per veure les juntes de soldadura des de totes direccions. Depenent de la qualitat de la junta de soldadura, la llum reflectirà la junta de soldadura en diferents angles. 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. Cal fer inspeccions regularment per evitar retards, mà d’obra i costos materials.

Pas 5: fixació i soldadura de components THT

Els components del forat passant són habituals en moltes plaques de PCB. These components are also called plated through holes (PTH). Els cables d’aquests components passaran pels forats del PCB. Aquests forats estan connectats a altres forats a través de traços de coure. Quan aquests elements THT s’insereixen i es solden en aquests forats, es connecten elèctricament a altres forats del mateix PCB que el circuit dissenyat. These PCBS may contain some THT components and many SMD components, so the welding method described above is not suitable for THT components in the case of SMT components such as reflow welding. Així doncs, els dos tipus principals de components THT que es solden o s’acoblen

A. Soldadura manual:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Un tècnic se sol assignar per inserir un component a la vegada i passar la placa a altres tècnics que insereixin un altre component a la mateixa placa. Per tant, la placa de circuit es mourà al voltant de la línia de muntatge per aconseguir que el component PTH s’ompli. Això fa que el procés sigui llarg i moltes empreses de disseny i fabricació de PCB eviten utilitzar components PTH en els seus dissenys de circuits. Però el component PTH continua sent el component preferit i més utilitzat per la majoria dels dissenyadors de circuits.

B. Soldadura d’ona:

La versió automatitzada de la soldadura manual és la soldadura per ones. En aquest mètode, una vegada que l’element PTH es col·loca al PCB, el PCB es col·loca sobre una cinta transportadora i es trasllada a un forn dedicat. Aquí, onades de soldadura fosa esquitxen al substrat del PCB on hi ha els cables components. Això soldarà tots els pins immediatament. 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. Després, moveu el PCB per a la inspecció final.

Pas 6: inspecció final i proves funcionals

El PCB ja està llest per a les proves i inspeccions. 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

Aquesta prova s’utilitza per comprovar les característiques funcionals i elèctriques del PCB i validar els dissenys de corrent, tensió, senyal analògic i digital i circuits descrits als requisits del PCB.

Si algun dels paràmetres del PCB mostra resultats inacceptables, el PCB serà descartat o desballestat d’acord amb els procediments estàndard de l’empresa. La fase de proves és important perquè determina l’èxit o el fracàs de tot el procés PCBA.

Pas 7: neteja final, acabat i enviament:

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. Les eines de neteja a alta pressió basades en acer inoxidable que utilitzen aigua desionitzada són suficients per netejar tot tipus de brutícia. L’aigua desionitzada no danya el circuit del PCB. Després de rentar, assecar el PCB amb aire comprimit. El PCB final ja està a punt per ser embalat i enviat.