Όσον αφορά τη σύγχρονη τεχνολογία, ο κόσμος αναπτύσσεται με πολύ γρήγορους ρυθμούς και η επιρροή του μπορεί εύκολα να παίξει στην καθημερινή μας ζωή. 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. Ο πυρήνας αυτών των συσκευών είναι η ηλεκτρολογία και ο πυρήνας είναι τυπωμένου κυκλώματος (PCB).

Ένα PCB είναι συνήθως πράσινο και είναι ένα άκαμπτο σώμα με διάφορα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. Το PCB αποτελείται από ένα υπόστρωμα από υαλοβάμβακα, στρώματα χαλκού που αποτελούν το ίχνος, οπές που αποτελούν το συστατικό και στρώματα που μπορεί να είναι εσωτερικά και εξωτερικά. Στο RayPCB, μπορούμε να παρέχουμε έως 1-36 στρώματα για ΠΡΩΤΟΤΥΠΑ πολλαπλών στρωμάτων και 1-10 στρώματα για πολλαπλές παρτίδες PCB για παραγωγή όγκου. 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. Η μάσκα συγκόλλησης θα επιτρέψει στο εξάρτημα να αποφύγει βραχυκύκλωμα στην πίστα ή σε άλλα εξαρτήματα.

Τα ίχνη χαλκού χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρονικών σημάτων από το ένα σημείο στο άλλο σε ένα PCB. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Αυτά τα καλώδια μπορούν να γίνουν παχιά για να παρέχουν ισχύ/ισχύ για την τροφοδοσία εξαρτημάτων.

Στα περισσότερα PCBS που παρέχουν υψηλή τάση ή ρεύμα, υπάρχει ξεχωριστό επίπεδο γείωσης. Components on the top layer are connected to the internal GND plane or internal signal layer via “Vias”.

Τα εξαρτήματα συναρμολογούνται στο PCB για να επιτρέπουν στο PCB να λειτουργεί όπως έχει σχεδιαστεί. The most important thing is PCB function. Ακόμα κι αν οι μικροσκοπικές αντιστάσεις SMT δεν έχουν τοποθετηθεί σωστά ή ακόμα και αν κόβονται μικρά κομμάτια από το PCB, το PCB μπορεί να μην λειτουργεί. Επομένως, είναι σημαντικό να συναρμολογηθούν εξαρτήματα με τον κατάλληλο τρόπο. Το PCB κατά τη συναρμολόγηση εξαρτημάτων ονομάζεται PCBA ή PCB συναρμολόγησης.

Ανάλογα με τις προδιαγραφές που περιγράφει ο πελάτης ή ο χρήστης, η λειτουργία του PCB μπορεί να είναι πολύπλοκη ή απλή. PCB size also varies according to requirements.

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

Στρώμα και σχεδιασμός PCB

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, υπάρχουν πολλαπλά στρώματα σήματος μεταξύ των εξωτερικών στρωμάτων. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1-Υπόστρωμα: Πρόκειται για μια άκαμπτη πλάκα κατασκευασμένη από υλικό FR-4 στην οποία τα εξαρτήματα «γεμίζονται» ή συγκολλούνται. Αυτό παρέχει ακαμψία για το 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- Μάσκα συγκόλλησης: Εφαρμόζεται στα πάνω και κάτω στρώματα του 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. Η μάσκα συγκόλλησης αποφεύγει επίσης τη συγκόλληση ανεπιθύμητων εξαρτημάτων και διασφαλίζει ότι η συγκόλληση εισέρχεται στην περιοχή για συγκόλληση, όπως τρύπες και μαξιλάρια. 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. Το επίπεδο οθόνης παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με το PCB.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

Τα PCB είναι οι περισσότερες από τις συσκευές PCB που βλέπουμε σε διάφορους τύπους PCB. Αυτά είναι σκληρά, άκαμπτα και ανθεκτικά PCBS, με διαφορετικά πάχη. The main material is fiberglass or simple “FR4”. Το FR4 σημαίνει “επιβραδυντής φλόγας-4”. Τα αυτοσβενόμενα χαρακτηριστικά του FR-4 το καθιστούν χρήσιμο για τη χρήση πολλών σκληρών πυρήνων βιομηχανικών ηλεκτρονικών συσκευών. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Τα φύλλα με επίστρωση χαλκού Fr-4 χρησιμοποιούνται κυρίως σε ενισχυτές ισχύος, τροφοδοτικά λειτουργίας μεταγωγής, οδηγούς σερβοκινητήρων κ.λπ. Από την άλλη πλευρά, ένα άλλο άκαμπτο υπόστρωμα PCB που χρησιμοποιείται συνήθως σε οικιακές συσκευές και προϊόντα πληροφορικής ονομάζεται φαινολικό PCB χαρτιού. Είναι ελαφριά, χαμηλής πυκνότητας, φθηνά και εύκολα στη διάτρηση. Αριθμομηχανές, πληκτρολόγια και ποντίκια είναι μερικές από τις εφαρμογές του.

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.Αυτοί οι τύποι PCBS μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές που απαιτούν θερμικά εξαρτήματα όπως led υψηλής ισχύος, διόδους λέιζερ κ.λπ.

Installation technology type:

SMT: Το SMT σημαίνει “τεχνολογία τοποθέτησης επιφάνειας”. Τα εξαρτήματα SMT είναι πολύ μικρά σε μέγεθος και διατίθενται σε διάφορες συσκευασίες όπως 0402,0603 1608 για αντιστάσεις και πυκνωτές. Ομοίως, για ics ολοκληρωμένου κυκλώματος, έχουμε SOIC, TSSOP, QFP και BGA.

Η συναρμολόγηση SMT είναι πολύ δύσκολη για τα ανθρώπινα χέρια και μπορεί να είναι μια διαδικασία επεξεργασίας χρόνου, επομένως γίνεται κυρίως από αυτόματα ρομπότ παραλαβής και τοποθέτησης.

THT: Το THT σημαίνει τεχνολογία μέσω οπών. 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.

Προϋποθέσεις διαδικασίας συναρμολόγησης:

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. Οι κατασκευαστές πρέπει να εκτελέσουν αυτά τα βασικά βήματα DFM για να εξασφαλίσουν ένα άψογο PCB.

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. Πρέπει να ελεγχθεί η κατεύθυνση της εγκοπής IC/της κεφαλής.

Το στοιχείο που απαιτεί την ψύκτρα πρέπει να έχει αρκετό χώρο για να μπορεί να φιλοξενήσει άλλα στοιχεία, έτσι ώστε ο ψύκτης να μην αγγίζει.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Η επένδυση και η οπή δεν πρέπει να επικαλύπτονται.

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. Στη RayPCB, χρησιμοποιούμε υπερσύγχρονο εξοπλισμό OEM για να παρέχουμε υπηρεσίες OEM PCB, συγκόλληση κύματος, δοκιμές καρτών PCB και συναρμολόγηση SMT.

Βήμα-βήμα διαδικασία συναρμολόγησης PCB (PCBA):

Βήμα 1: Εφαρμόστε κόλλα συγκόλλησης χρησιμοποιώντας πρότυπο

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. Το πρότυπο και το PCB συγκρατούνται μαζί με ένα μηχανικό εξάρτημα και η πάστα συγκόλλησης εφαρμόζεται ομοιόμορφα σε όλα τα ανοίγματα της σανίδας μέσω ενός εφαρμογέα. Apply solder paste evenly with applicator. Επομένως, πρέπει να χρησιμοποιηθεί η κατάλληλη πάστα συγκόλλησης στην εφαρμογή. Όταν αφαιρεθεί το απλικατέρ, η πάστα θα παραμείνει στην επιθυμητή περιοχή του PCB. Γκρι πάστα συγκόλλησης 96.5% από κασσίτερο, που περιέχει 3% ασήμι και 0.5% χαλκό, χωρίς μόλυβδο. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

Το δεύτερο βήμα του PCBA είναι η αυτόματη τοποθέτηση των εξαρτημάτων SMT στο PCB. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας ένα ρομπότ pick and place. Σε επίπεδο σχεδίασης, ο σχεδιαστής δημιουργεί ένα αρχείο και το παρέχει στο αυτοματοποιημένο ρομπότ. Αυτό το αρχείο έχει τις προ-προγραμματισμένες συντεταγμένες Χ, Υ κάθε στοιχείου που χρησιμοποιείται στο PCB και προσδιορίζει τη θέση όλων των στοιχείων. 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.

Πριν από την εμφάνιση των ρομποτικών μηχανών παραλαβής και τοποθέτησης, οι τεχνικοί έπαιρναν εξαρτήματα χρησιμοποιώντας τσιμπιδάκια και τα τοποθετούσαν στο PCB κοιτώντας προσεκτικά τη θέση και αποφεύγοντας τυχόν χειραψία. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Άρα η πιθανότητα σφάλματος είναι μεγάλη.

Καθώς η τεχνολογία ωριμάζει, τα αυτοματοποιημένα ρομπότ που παραλαμβάνουν και τοποθετούν εξαρτήματα μειώνουν τον φόρτο εργασίας των τεχνικών, επιτρέποντας τη γρήγορη και ακριβή τοποθέτηση εξαρτημάτων. Αυτά τα ρομπότ μπορούν να λειτουργούν 24/7 χωρίς κούραση.

Βήμα 3: Συγκόλληση με επαναφορά

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. Η θερμοκρασία είναι αρκετή για να λιώσει η συγκόλληση. Η λιωμένη συγκόλληση στη συνέχεια συγκρατεί το εξάρτημα στο PCB και σχηματίζει την ένωση. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Αυτό θα δημιουργήσει μια μόνιμη σύνδεση μεταξύ του στοιχείου SMT και του PCB. Στην περίπτωση ενός PCB διπλής όψης, όπως περιγράφηκε παραπάνω, η πλευρά του PCB με λιγότερα ή μικρότερα εξαρτήματα θα υποστεί επεξεργασία πρώτα από τα βήματα 1 έως 3 και στη συνέχεια στην άλλη πλευρά.

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

Βήμα 4: Επιθεώρηση και επιθεώρηση ποιότητας

Μετά τη συγκόλληση με επαναφορά, είναι πιθανό ότι τα εξαρτήματα δεν έχουν ευθυγραμμιστεί λόγω κάποιας λανθασμένης κίνησης στο δίσκο PCB, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε συνδέσεις βραχυκυκλώματος ή ανοικτού κυκλώματος. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Οι επιθεωρήσεις μπορούν να είναι χειροκίνητες και αυτοματοποιημένες.

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. Επομένως, αυτή η μέθοδος δεν είναι εφικτή για προκαταρκτικούς πίνακες SMT λόγω ανακριβών αποτελεσμάτων. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι εφικτή για πλάκες με συστατικά THT και χαμηλότερες πυκνότητες συστατικών.

B. Οπτική ανίχνευση:

Αυτή η μέθοδος είναι εφικτή για μεγάλες ποσότητες PCBS. Η μέθοδος χρησιμοποιεί αυτοματοποιημένες μηχανές με κάμερες υψηλής ισχύος και υψηλής ανάλυσης τοποθετημένες σε διάφορες γωνίες για την προβολή των αρμών συγκόλλησης από όλες τις κατευθύνσεις. Ανάλογα με την ποιότητα του συνδέσμου συγκόλλησης, το φως θα αντανακλάται από τον σύνδεσμο συγκόλλησης σε διαφορετικές γωνίες. 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. Οι επιθεωρήσεις πρέπει να διεξάγονται τακτικά για την αποφυγή καθυστερήσεων, εργατικού και υλικού κόστους.

Βήμα 5: Στερέωση και συγκόλληση εξαρτημάτων THT

Τα διαμπερή εξαρτήματα είναι κοινά σε πολλές πλακέτες PCB. These components are also called plated through holes (PTH). Οι αγωγοί αυτών των εξαρτημάτων θα περάσουν από τρύπες στο PCB. Αυτές οι οπές συνδέονται με άλλες οπές και μέσω οπών με ίχνη χαλκού. Όταν αυτά τα στοιχεία THT εισάγονται και συγκολλούνται σε αυτές τις οπές, συνδέονται ηλεκτρικά με άλλες οπές στο ίδιο PCB με το σχεδιασμένο κύκλωμα. 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. Χειροκίνητη συγκόλληση:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Ένας τεχνικός συνήθως ανατίθεται να εισάγει ένα εξάρτημα κάθε φορά και να μεταβιβάζει τον πίνακα σε άλλους τεχνικούς, τοποθετώντας ένα άλλο εξάρτημα στον ίδιο πίνακα. Επομένως, η πλακέτα κυκλώματος θα μετακινηθεί γύρω από τη γραμμή συναρμολόγησης για να γεμίσει το εξάρτημα PTH. Αυτό καθιστά τη διαδικασία μακρά και πολλές εταιρείες σχεδιασμού και κατασκευής PCB αποφεύγουν να χρησιμοποιούν εξαρτήματα PTH στα σχέδια κυκλωμάτων τους. Αλλά το στοιχείο PTH παραμένει το αγαπημένο και πιο συχνά χρησιμοποιούμενο συστατικό από τους περισσότερους σχεδιαστές κυκλωμάτων.

B. Κολλήσεις κυμάτων:

Η αυτοματοποιημένη έκδοση της χειροκίνητης συγκόλλησης είναι η συγκόλληση κύματος. Σε αυτή τη μέθοδο, μόλις τοποθετηθεί το στοιχείο PTH στο PCB, το PCB τοποθετείται σε ιμάντα μεταφοράς και μεταφέρεται σε ειδικό φούρνο. Εδώ, κύματα τηγμένης συγκόλλησης εκτοξεύονται στο υπόστρωμα του PCB όπου υπάρχουν τα καλώδια των συστατικών. Αυτό θα συγκολλήσει αμέσως όλους τους πείρους. 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. Μετά από αυτό, μετακινήστε το PCB για τελικό έλεγχο.

Βήμα 6: Τελικός έλεγχος και λειτουργικός έλεγχος

Το PCB είναι τώρα έτοιμο για δοκιμή και επιθεώρηση. 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

Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των λειτουργικών και ηλεκτρικών χαρακτηριστικών του PCB και για την επικύρωση των σχεδίων ρεύματος, τάσης, αναλογικού και ψηφιακού σήματος και κυκλώματος που περιγράφονται στις απαιτήσεις του PCB

Εάν κάποια από τις παραμέτρους του PCB δείξει απαράδεκτα αποτελέσματα, το PCB θα απορριφθεί ή θα διαλυθεί σύμφωνα με τις τυπικές διαδικασίες της εταιρείας. Η φάση δοκιμών είναι σημαντική επειδή καθορίζει την επιτυχία ή την αποτυχία ολόκληρης της διαδικασίας PCBA.

Βήμα 7: Τελικός καθαρισμός, φινίρισμα και αποστολή:

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. Τα εργαλεία καθαρισμού υψηλής πίεσης από ανοξείδωτο ατσάλι με απιονισμένο νερό είναι αρκετά για να καθαρίσουν κάθε είδους βρωμιά. Το απιονισμένο νερό δεν βλάπτει το κύκλωμα PCB. Μετά το πλύσιμο, στεγνώστε το PCB με πεπιεσμένο αέρα. Το τελικό PCB είναι τώρα έτοιμο για συσκευασία και αποστολή.