Pokud jde o moderní technologie, svět roste velmi rychlým tempem a jeho vliv se může snadno projevit v našem každodenním životě. 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. Jádrem těchto zařízení je elektrotechnika a jádro je plošných spojů (PCB).

Deska plošných spojů je obvykle zelená a je tuhým tělem s různými elektronickými součástmi. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. Deska plošných spojů se skládá ze substrátu ze skelných vláken, měděných vrstev tvořících stopu, otvorů tvořících součástku a vrstev, které mohou být vnitřní a vnější. V RayPCB můžeme poskytnout až 1-36 vrstev pro vícevrstvé PROTOTYPY a 1-10 vrstev pro více šarží PCB pro objemovou výrobu. 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. Svařovací maska ​​umožní součásti zabránit zkratu na koleje nebo jiné součásti.

Měděné stopy se používají k přenosu elektronických signálů z jednoho bodu do druhého na desce plošných spojů. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Tyto vodiče mohou být silné, aby poskytovaly energii/energii pro napájení komponentů.

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”.

Součásti jsou sestaveny na desce plošných spojů, aby umožnily desce plošných spojů fungovat tak, jak byla navržena. The most important thing is PCB function. I když malé SMT odpory nejsou umístěny správně, nebo i když jsou z DPS vyříznuty malé stopy, PCB nemusí fungovat. Proto je důležité sestavovat součásti správným způsobem. Deska plošných spojů při sestavování součástí se nazývá PCBA nebo montážní deska plošných spojů.

V závislosti na specifikacích popsaných zákazníkem nebo uživatelem může být funkce desky plošných spojů složitá nebo jednoduchá. PCB size also varies according to requirements.

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

Vrstva a design desky plošných spojů

Jak bylo uvedeno výše, mezi vnějšími vrstvami je více signálních vrstev. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1-Substrát: Jedná se o tuhou desku vyrobenou z materiálu FR-4, na kterou jsou součásti „plněny“ nebo svařeny. This provides rigidity for the 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- Svařovací maska: Aplikuje se na horní a spodní vrstvu 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. Svařovací maska ​​také zabraňuje svařování nežádoucích částí a zajišťuje, že pájka vstupuje do oblasti pro svařování, jako jsou otvory a podložky. 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. Vrstva obrazovky poskytuje důležité informace o DPS.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

PCB jsou většinou zařízení PCB, které vidíme v různých typech PCB. Jedná se o tvrdé, tuhé a robustní PCBS s různými tloušťkami. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 znamená „zpomalovač hoření-4“. Díky samozhášivým vlastnostem je FR-4 užitečný pro použití mnoha průmyslových elektronických zařízení s tvrdým jádrem. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Lamináty plátované mědí Fr-4 se používají hlavně ve výkonových zesilovačích, napájecích zdrojích se spínacím režimem, ovladačích servomotorů atd. Na druhou stranu, další tuhý substrát PCB běžně používaný v domácích spotřebičích a IT produktech se nazývá papírový fenolický PCB. Jsou lehké, s nízkou hustotou, levné a snadno se děrují. Mezi jeho aplikace patří kalkulačky, klávesnice a myši.

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.Tyto typy PCBS lze použít pro aplikace, které vyžadují tepelné komponenty, jako jsou vysoce výkonné LED diody, laserové diody atd.

Installation technology type:

SMT: SMT znamená „technologie povrchové montáže“. Součásti SMT jsou velmi malé a jsou dodávány v různých baleních, například 0402,0603 1608 pro rezistory a kondenzátory. Podobně pro integrované obvody máme SOIC, TSSOP, QFP a BGA.

Montáž SMT je pro lidské ruce velmi obtížná a může se jednat o proces časového zpracování, proto je primárně prováděna automatizovanými snímacími a umisťovacími roboty.

THT: THT znamená technologii průchozí díry. 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.

Předpoklady procesu montáže:

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. Výrobci musí provést tyto základní kroky DFM, aby zajistili bezchybný plošný spoj.

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. Musí být zkontrolován směr zářezu IC/hlava.

Prvek vyžadující chladič by měl mít dostatek prostoru pro umístění dalších prvků, aby se chladič nedotýkal.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Podložka a průchozí otvor se nesmí překrývat.

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. Ve společnosti RayPCB používáme nejmodernější zařízení OEM k poskytování služeb OEM pro PCB, vlnového pájení, testování karet PCB a montáže SMT.

Proces montáže PCB (PCBA) krok za krokem:

Krok 1: Naneste pájecí pastu pomocí šablony

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. Šablona a deska plošných spojů jsou drženy pohromadě mechanickým upínacím zařízením a pájecí pasta se nanáší rovnoměrně na všechny otvory v desce pomocí aplikátoru. Apply solder paste evenly with applicator. Proto musí být v aplikátoru použita vhodná pájecí pasta. Když je aplikátor odstraněn, pasta zůstane v požadované oblasti DPS. Šedá pájecí pasta 96.5% vyrobená z cínu, obsahující 3% stříbra a 0.5% mědi, bez olova. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

Druhým krokem PCBA je automatické umístění komponent SMT na desku plošných spojů. To se provádí pomocí robota pick and place. Na úrovni návrhu vytvoří designér soubor a poskytne jej automatizovanému robotu. Tento soubor má předprogramované souřadnice X, Y každé komponenty použité na desce plošných spojů a identifikuje umístění všech komponent. 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.

Před příchodem robotických sběračů a umisťovacích strojů technici vyzvedávali součástky pomocí pinzety a umístili je na desku plošných spojů tak, že se pečlivě podívali na místo a vyhnuli se třesení rukou. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Potenciál chyby je tedy vysoký.

Jak technologie zraje, automatizované roboty, které sbírají a umisťují součásti, snižují pracovní zátěž techniků a umožňují rychlé a přesné umístění součástí. Tyto roboty mohou pracovat 24/7 bez únavy.

Krok 3: Přetavovací svařování

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. Teplota je dostatečná k roztavení pájky. Roztavená pájka pak drží součástku na DPS a tvoří spoj. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Tím se vytvoří trvalé spojení mezi komponentou SMT a deskou plošných spojů. V případě oboustranného PCB, jak je popsáno výše, bude strana PCB s menším nebo menším počtem komponentů ošetřena nejprve od kroků 1 až 3 a poté na druhou stranu.

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

Krok 4: Kontrola kvality a inspekce

Po pájení přetavením je možné, že součásti nejsou správně zarovnány kvůli nesprávnému pohybu v zásuvce desky plošných spojů, což může vést ke zkratu nebo přerušení obvodu. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Kontroly mohou být manuální a automatizované.

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. Tato metoda proto není možná pro pokročilé desky SMT kvůli nepřesným výsledkům. Tato metoda je však možná u desek se složkami THT a nižšími hustotami složek.

B. Optická detekce:

Tato metoda je vhodná pro velká množství PCBS. Metoda využívá automatizované stroje s vysokým výkonem a kamerami s vysokým rozlišením namontovanými v různých úhlech k prohlížení pájecích spojů ze všech směrů. V závislosti na kvalitě pájecího spoje se světlo bude odrážet od pájecího spoje pod různými úhly. 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. Kontroly je třeba provádět pravidelně, aby se předešlo průtahům, mzdovým a materiálním nákladům.

Krok 5: Fixace a svařování součástí THT

Komponenty s průchozími otvory jsou běžné na mnoha deskách plošných spojů. These components are also called plated through holes (PTH). Vývody těchto komponent projdou otvory v DPS. Tyto otvory jsou spojeny s jinými otvory a skrz otvory měděnými stopami. Když jsou tyto prvky THT vloženy a přivařeny do těchto otvorů, jsou elektricky spojeny s jinými otvory na stejném PCB jako navržený obvod. 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. So the two main types of THT components that are welded or assembled are

A. Manual welding:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Technik je obvykle pověřen vložením jedné součásti najednou a předáním desky dalším technikům, kteří na stejnou desku vloží jinou součást. Deska s obvody se proto bude pohybovat po montážní lince, aby na ni zaplnila součást PTH. Díky tomu je proces zdlouhavý a mnoho společností zabývajících se návrhem a výrobou desek s plošnými spoji se vyhýbá používání součástek PTH při navrhování obvodů. Ale součást PTH zůstává oblíbenou a nejčastěji používanou součástí většinou návrhářů obvodů.

B. Pájení vlnou:

Automatizovanou verzí ručního svařování je svařování vlnou. V této metodě, jakmile je prvek PTH umístěn na desku plošných spojů, je deska plošných spojů umístěna na dopravní pás a přesunuta do vyhrazené pece. Zde vlny roztavené pájky stříkají do substrátu desky plošných spojů, kde jsou přítomny vývody součásti. Tím se všechny kolíky okamžitě svaří. 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. Poté přesuňte desku plošných spojů ke konečné kontrole.

Krok 6: Závěrečná kontrola a funkční testování

PCB je nyní připraveno k testování a kontrole. 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

Tento test se používá ke kontrole funkčních a elektrických charakteristik desky plošných spojů a ověření návrhů proudu, napětí, analogových a digitálních signálů a obvodů popsaných v požadavcích desky plošných spojů

Pokud některý z parametrů PCB vykazuje nepřijatelné výsledky, bude PCB vyřazen nebo sešrotován podle standardních firemních postupů. Fáze testování je důležitá, protože určuje úspěch nebo neúspěch celého procesu PCBA.

Krok 7: Závěrečný úklid, dokončení a odeslání:

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. K čištění všech typů nečistot postačují vysokotlaké čisticí nástroje na bázi nerezové oceli s použitím deionizované vody. Deionizovaná voda nepoškozuje obvod desky plošných spojů. Po umytí osušte DPS stlačeným vzduchem. Konečný PCB je nyní připraven k zabalení a odeslání.