In Bezug auf die moderne Technologie wächst die Welt sehr schnell, und ihr Einfluss kann leicht in unserem täglichen Leben zum Tragen kommen. 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. Der Kern dieser Geräte ist die Elektrotechnik, und der Kern ist Leiterplatte (Leiterplatte).

Eine Leiterplatte ist normalerweise grün und ist ein starrer Körper mit verschiedenen elektronischen Komponenten darauf. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. Die Leiterplatte besteht aus einem Substrat aus Glasfaser, Kupferschichten, die die Leiterbahn bilden, Löchern, die das Bauteil bilden, und Schichten, die innen und außen sein können. Bei RayPCB können wir bis zu 1-36 Schichten für mehrschichtige PROTOTYPEN und 1-10 Schichten für mehrere PCB-Chargen für die Massenproduktion bereitstellen. 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. Die Schweißmaske ermöglicht es dem Bauteil, Kurzschlüsse zum Gleis oder anderen Bauteilen zu vermeiden.

Kupferspuren werden verwendet, um elektronische Signale von einem Punkt zum anderen auf einer Leiterplatte zu übertragen. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Diese Drähte können dicker gemacht werden, um Strom/Strom für die Komponentenstromversorgung bereitzustellen.

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”.

Komponenten werden auf der Leiterplatte montiert, damit die Leiterplatte wie vorgesehen arbeiten kann. The most important thing is PCB function. Selbst wenn die winzigen SMT-Widerstände nicht richtig platziert sind oder kleine Leiterbahnen von der Leiterplatte abgeschnitten werden, funktioniert die Leiterplatte möglicherweise nicht. Therefore, it is important to assemble components in a proper way. Die Leiterplatte beim Bestücken von Komponenten wird als PCBA oder Bestückungsleiterplatte bezeichnet.

Abhängig von den vom Kunden oder Anwender beschriebenen Spezifikationen kann die Funktion der Leiterplatte komplex oder einfach sein. PCB size also varies according to requirements.

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

PCB-Schicht und Design

Wie oben erwähnt, befinden sich zwischen den äußeren Schichten mehrere Signalschichten. 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: Dies ist eine starre Platte aus FR-4-Material, auf die die Komponenten „gefüllt“ oder geschweißt werden. Dies verleiht der Leiterplatte Steifigkeit.

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- Schweißmaske: Wird auf die obere und untere Lage der Leiterplatte aufgetragen. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Die Schweißmaske vermeidet auch das Schweißen unerwünschter Teile und sorgt dafür, dass Lot in den Schweißbereich wie Löcher und Pads gelangt. 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. Die Bildschirmschicht liefert wichtige Informationen über die Leiterplatte.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

PCBs sind die meisten PCB-Geräte, die wir in verschiedenen Arten von PCBs sehen. Dies sind harte, starre und robuste Leiterplatten mit unterschiedlichen Dicken. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 steht für „Flammschutz-4“. Die selbstverlöschenden Eigenschaften des FR-4 machen ihn für die Verwendung vieler harter industrieller elektronischer Geräte nützlich. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Fr-4 kupferplattierte Laminate werden hauptsächlich in Leistungsverstärkern, Schaltnetzteilen, Servomotortreibern usw. verwendet. Andererseits wird ein weiteres starres PCB-Substrat, das häufig in Haushaltsgeräten und IT-Produkten verwendet wird, als Papier-Phenol-PCB bezeichnet. Sie sind leicht, mit geringer Dichte, billig und einfach zu stanzen. Taschenrechner, Tastaturen und Mäuse sind einige seiner Anwendungen.

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.Diese Arten von PCBS können für Anwendungen verwendet werden, die thermische Komponenten wie Hochleistungs-LEDs, Laserdioden usw. erfordern.

Installation technology type:

SMT: SMT stands for “surface mount technology”. SMT-Komponenten sind sehr klein und kommen in verschiedenen Gehäusen wie 0402,0603 1608 für Widerstände und Kondensatoren. Ebenso haben wir für integrierte Schaltkreise SOIC, TSSOP, QFP und BGA.

Die SMT-Bestückung ist für menschliche Hände sehr schwierig und kann ein zeitaufwendiger Prozess sein, sodass sie hauptsächlich von automatisierten Aufnahme- und Bestückungsrobotern durchgeführt wird.

THT: THT steht für Through-Hole-Technologie. Components with leads and wires, such as resistors, capacitors, inductors, PDIP ics, transformers, transistors, IGBT, MOSFET, etc.

Die Bauteile müssen auf einer Seite der Leiterplatte auf einem Bauteil eingesetzt und auf der anderen Seite am Schenkel gezogen, Schenkel geschnitten und verschweißt werden. THT assembly is usually done by hand welding and is relatively easy.

Voraussetzungen für den Montageprozess:

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. Hersteller müssen diese grundlegenden DFM-Schritte durchführen, um eine einwandfreie Leiterplatte zu gewährleisten.

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. IC Kerbe/Kopfrichtung muss überprüft werden.

Das Element, das den Kühlkörper benötigt, sollte genügend Platz haben, um andere Elemente aufzunehmen, damit sich der Kühlkörper nicht berührt.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Pad und Durchgangsloch dürfen sich nicht überlappen.

3- Hartlötpad, Dicke, Strichstärke müssen berücksichtigt werden.

By performing DFM inspections, manufacturers can easily reduce manufacturing costs by reducing the number of scrap panels. Dies hilft bei der schnellen Lenkung, indem Ausfälle der DFM-Ebene vermieden werden. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. Bei RayPCB verwenden wir modernste OEM-Ausrüstung, um PCB-OEM-Services, Wellenlöten, PCB-Kartentests und SMT-Bestückung anzubieten.

PCB-Bestückung (PCBA) Schritt-für-Schritt-Prozess:

Schritt 1: Lotpaste mit Schablone auftragen

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. Schablone und Platine werden durch eine mechanische Halterung zusammengehalten und die Lotpaste wird durch einen Applikator gleichmäßig auf alle Öffnungen der Platine aufgetragen. Apply solder paste evenly with applicator. Daher muss im Applikator entsprechende Lotpaste verwendet werden. Wenn der Applikator entfernt wird, verbleibt die Paste im gewünschten Bereich der Leiterplatte. Graue Lotpaste 96.5 % aus Zinn, mit 3 % Silber und 0.5 % Kupfer, bleifrei. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

Der zweite Schritt von PCBA besteht darin, die SMT-Komponenten automatisch auf der Leiterplatte zu platzieren. Dies geschieht mit einem Pick-and-Place-Roboter. Auf Designebene erstellt der Designer eine Datei und stellt sie dem automatisierten Roboter zur Verfügung. Diese Datei enthält die vorprogrammierten X-, Y-Koordinaten jeder in der Leiterplatte verwendeten Komponente und identifiziert die Position aller Komponenten. 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.

Vor dem Aufkommen von Roboter-Aufnahme- und Bestückungsmaschinen nahmen Techniker Komponenten mit einer Pinzette auf und platzierten sie auf der Leiterplatte, indem sie sich die Position genau ansahen und jegliches Händeschütteln vermieden. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Das Fehlerpotential ist also hoch.

Mit zunehmender Reife der Technologie reduzieren automatisierte Roboter, die Komponenten aufnehmen und platzieren, die Arbeitsbelastung der Techniker und ermöglichen eine schnelle und genaue Komponentenplatzierung. Diese Roboter können rund um die Uhr ermüdungsfrei arbeiten.

Schritt 3: Reflow-Schweißen

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. Die Temperatur reicht aus, um das Lot zu schmelzen. Das geschmolzene Lot hält dann das Bauteil auf der Leiterplatte und bildet die Fügestelle. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Dadurch wird eine dauerhafte Verbindung zwischen dem SMT-Bauteil und der Leiterplatte hergestellt. Im Fall einer doppelseitigen Leiterplatte, wie oben beschrieben, wird zuerst die Leiterplattenseite mit weniger oder kleineren Bauteilen von den Schritten 1 bis 3 und dann zur anderen Seite behandelt.

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Schritt 4: Qualitätsprüfung und Inspektion

Nach dem Reflow-Löten ist es möglich, dass Komponenten aufgrund einer falschen Bewegung im PCB-Tray falsch ausgerichtet sind, was zu Kurzschlüssen oder offenen Schaltkreisen führen kann. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Inspektionen können manuell und automatisiert erfolgen.

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. Daher ist dieses Verfahren aufgrund ungenauer Ergebnisse für fortgeschrittene SMT-Platinen nicht durchführbar. Dieses Verfahren ist jedoch für Platten mit THT-Anteilen und geringeren Bauteildichten durchführbar.

B. Optische Erkennung:

Dieses Verfahren ist für große Mengen von PCBS durchführbar. Das Verfahren verwendet automatisierte Maschinen mit Hochleistungs- und hochauflösenden Kameras, die in verschiedenen Winkeln montiert sind, um die Lötstellen aus allen Richtungen zu betrachten. Je nach Qualität der Lötstelle wird das Licht in unterschiedlichen Winkeln von der Lötstelle reflektiert. 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. Kontrollen müssen regelmäßig durchgeführt werden, um Verzögerungen, Arbeits- und Materialkosten zu vermeiden.

Schritt 5: Fixieren und Schweißen der THT-Komponenten

Durchkontaktierte Bauteile sind auf vielen Leiterplatten üblich. These components are also called plated through holes (PTH). Die Anschlüsse dieser Komponenten werden durch Löcher in der Leiterplatte geführt. Diese Löcher sind mit anderen Löchern und Durchgangslöchern durch Kupferbahnen verbunden. Wenn diese THT-Elemente in diese Löcher eingesetzt und verschweißt werden, werden sie mit anderen Löchern auf derselben Leiterplatte wie die entworfene Schaltung elektrisch verbunden. Diese Leiterplatten können einige THT-Bauteile und viele SMD-Bauteile enthalten, so dass das oben beschriebene Schweißverfahren bei SMT-Bauteilen wie dem Reflow-Schweißen für THT-Bauteile nicht geeignet ist. Die beiden Haupttypen von THT-Komponenten, die geschweißt oder montiert werden, sind also

A. Handschweißen:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Ein Techniker wird typischerweise beauftragt, jeweils eine Komponente einzufügen und die Platine an andere Techniker weiterzugeben, die eine andere Komponente auf derselben Platine einsetzen. Daher wird die Leiterplatte über das Montageband bewegt, um die PTH-Komponente darauf zu füllen. Dies macht den Prozess langwierig und viele PCB-Design- und Fertigungsunternehmen vermeiden die Verwendung von PTH-Komponenten in ihren Schaltungsdesigns. Die PTH-Komponente bleibt jedoch die beliebteste und am häufigsten verwendete Komponente der meisten Schaltungsdesigner.

B. Wellenlöten:

Die automatisierte Variante des Handschweißens ist das Wellenschweißen. Bei dieser Methode wird das PTH-Element, sobald das PTH-Element auf der Leiterplatte platziert ist, auf ein Förderband gelegt und zu einem speziellen Ofen bewegt. Hier spritzen Wellen von geschmolzenem Lot in das Substrat der Leiterplatte, wo die Bauelementanschlüsse vorhanden sind. Dadurch werden alle Stifte sofort verschweißt. 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. Verschieben Sie danach die Platine zur Endkontrolle.

Schritt 6: Endkontrolle und Funktionstest

Die Leiterplatte ist nun bereit zum Testen und Prüfen. 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

Dieser Test wird verwendet, um die funktionalen und elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte zu überprüfen und die in den Leiterplattenanforderungen beschriebenen Strom-, Spannungs-, analogen und digitalen Signal- und Schaltungsdesigns zu validieren

Wenn einer der Parameter der PCB inakzeptable Ergebnisse zeigt, wird die PCB gemäß den Standardverfahren des Unternehmens entsorgt oder verschrottet. Die Testphase ist wichtig, da sie den Erfolg oder Misserfolg des gesamten PCBA-Prozesses bestimmt.

Schritt 7: Endreinigung, Finishing und Versand:

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. Hochdruckreiniger auf Edelstahlbasis mit deionisiertem Wasser reichen aus, um alle Arten von Schmutz zu reinigen. Entionisiertes Wasser beschädigt den Leiterplattenkreislauf nicht. Trocknen Sie die Leiterplatte nach dem Waschen mit Druckluft. Die endgültige Leiterplatte kann nun verpackt und versendet werden.