از نظر تکنولوژی مدرن ، جهان با سرعتی بسیار سریع در حال رشد است و تأثیر آن به راحتی می تواند در زندگی روزمره ما نقش آفرینی کند. 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. هسته اصلی این دستگاه ها مهندسی برق است و هسته اصلی آن تخته مدار چاپی (PCB).

PCB معمولاً سبز رنگ است و بدنه ای سفت و سخت است که قطعات الکترونیکی مختلفی روی آن قرار دارد. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. PCB از یک بستر ساخته شده از فایبرگلاس ، لایه های مسی که ردیابی را تشکیل می دهند ، سوراخ هایی که اجزا را تشکیل می دهند و لایه هایی که می توانند داخلی و خارجی باشند ، تشکیل شده است. در RayPCB ، ما می توانیم تا 1-36 لایه برای نمونه های چند لایه و 1-10 لایه برای دسته های مختلف PCB برای تولید حجم ارائه دهیم. 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. ماسک جوشکاری به اجزا اجازه می دهد تا از اتصال کوتاه به مسیر یا سایر اجزا جلوگیری کنند.

از آثار مس برای انتقال سیگنال های الکترونیکی از نقطه ای به نقطه دیگر در PCB استفاده می شود. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. این سیم ها می توانند ضخیم شوند تا بتوانند منبع تغذیه قطعه را برای برق/قدرت تامین کنند.

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”.

Components are assembled on the PCB to enable the PCB to operate as designed. The most important thing is PCB function. حتی اگر مقاومتهای کوچک SMT به درستی قرار نگیرند ، یا حتی اگر قطعات کوچکی از PCB بریده شوند ، PCB ممکن است کار نکند. بنابراین ، مهم است که قطعات را به روش مناسب مونتاژ کنیم. PCB هنگام مونتاژ قطعات PCBA یا PCB مونتاژ نامیده می شود.

بسته به مشخصات توصیف شده توسط مشتری یا کاربر ، عملکرد PCB ممکن است پیچیده یا ساده باشد. PCB size also varies according to requirements.

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

PCB layer and design

همانطور که در بالا ذکر شد ، چندین لایه سیگنال بین لایه های بیرونی وجود دارد. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1-بستر: این یک صفحه سفت و سخت است که از مواد FR-4 ساخته شده و اجزاء روی آن “پر” شده یا جوش داده می شوند. 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- ماسک جوش: روی لایه های بالا و پایین PCB اعمال می شود. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. ماسک جوشکاری همچنین از جوشکاری قطعات ناخواسته جلوگیری می کند و اطمینان حاصل می کند که لحیم کاری برای جوشکاری مانند سوراخ ها و لنت ها وارد منطقه می شود. 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. لایه صفحه اطلاعات مهمی در مورد PCB ارائه می دهد.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

PCB ها بیشتر دستگاه های PCB هستند که در انواع مختلف PCB ها می بینیم. These are hard, rigid and sturdy PCBS, with different thicknesses. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 مخفف کلمه “retarder-4” است. ویژگی های خود خاموش کننده FR-4 آن را برای استفاده از بسیاری از دستگاه های الکترونیکی صنعتی سخت هسته ای مفید می کند. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. ورقه های روکش دار مسی Fr-4 عمدتا در تقویت کننده های قدرت ، منبع تغذیه حالت سوئیچینگ ، درایورهای سرو موتور و غیره استفاده می شود. از سوی دیگر ، یک لایه سخت دیگر PCB که معمولاً در لوازم خانگی و محصولات IT استفاده می شود ، PCB فنولی کاغذ نامیده می شود. They are light, low density, cheap and easy to punch. ماشین حساب ، صفحه کلید و موس برخی از برنامه های کاربردی آن هستند.

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.These types of PCBS can be used for applications that require thermal components such as high power leds, laser diodes, etc.

Installation technology type:

SMT: SMT مخفف “تکنولوژی نصب سطح” است. اجزای SMT از نظر اندازه بسیار کوچک هستند و در بسته های مختلف مانند 0402,0603،1608 XNUMX برای مقاومت و خازن عرضه می شوند. به طور مشابه ، برای مدارهای مجتمع ، SOIC ، TSSOP ، QFP و BGA داریم.

مونتاژ SMT برای دست انسان بسیار دشوار است و می تواند یک فرایند پردازش زمان باشد ، بنابراین این کار در درجه اول توسط روبات های وانت و جایگذاری خودکار انجام می شود.

THT: THT مخفف تکنولوژی through-hole است. 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.

پیش نیاز مراحل مونتاژ:

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. تولید کنندگان باید این مراحل اولیه DFM را انجام دهند تا از PCB بی عیب و نقص اطمینان حاصل شود.

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. برش IC/جهت سر باید بررسی شود.

عنصر مورد نیاز به هیت سینک باید دارای فضای کافی برای قرار دادن سایر عناصر باشد تا هیت سینک با آن تماس نداشته باشد.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. پد و سوراخ نباید روی هم قرار بگیرند.

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. در RayPCB ، ما از پیشرفته ترین تجهیزات OEM برای ارائه خدمات OEM PCB ، لحیم کاری موج ، آزمایش کارت PCB و مونتاژ SMT استفاده می کنیم.

مراحل گام به گام مونتاژ PCB (PCBA):

مرحله 1: با استفاده از قالب ، خمیر لحیم کاری را اعمال کنید

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. قالب و PCB توسط یک دستگاه مکانیکی در کنار هم نگه داشته می شوند و خمیر لحیم کاری به طور یکنواخت از طریق یک اپلیکاتور روی تمام دهانه های روی تخته اعمال می شود. Apply solder paste evenly with applicator. Therefore, appropriate solder paste must be used in the applicator. هنگامی که اپلیکاتور برداشته می شود ، خمیر در ناحیه مورد نظر PCB باقی می ماند. خمیر لحیم خاکستری 96.5٪ از قلع ، حاوی 3٪ نقره و 0.5٪ مس ، بدون سرب. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

The second step of PCBA is to automatically place the SMT components on the PCB. این کار با استفاده از ربات انتخاب و مکان انجام می شود. در سطح طراحی ، طراح یک فایل ایجاد کرده و آن را در اختیار ربات خودکار قرار می دهد. این فایل دارای مختصات X ، Y از پیش برنامه ریزی شده برای هر جزء مورد استفاده در PCB است و مکان همه اجزا را مشخص می کند. 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.

قبل از ظهور ماشینهای جمع آوری و قرار دادن روباتیک ، تکنسین ها قطعات را با استفاده از موچین برداشته و با دقت در محل و اجتناب از دست دادن ، آنها را روی PCB قرار می دادند. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. بنابراین احتمال خطا زیاد است.

با بالغ شدن فناوری ، روبات های خودکار که قطعات را برمی دارند و قرار می دهند ، حجم کار تکنسین ها را کاهش می دهند و امکان قرار دادن سریع و دقیق قطعات را فراهم می کنند. These robots can work 24/7 without fatigue.

مرحله 3: جوشکاری مجدد

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. دما برای ذوب لحیم کاری کافی است. لحیم ذوب شده سپس قطعه را روی PCB نگه داشته و محل اتصال را ایجاد می کند. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. این یک اتصال دائمی بین جزء SMT و PCB ایجاد می کند. در مورد PCB دو طرفه ، همانطور که در بالا توضیح داده شد ، طرف PCB با اجزای کمتر یا کوچکتر ابتدا از مراحل 1 تا 3 و سپس به طرف دیگر درمان می شود.

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

Step 4: Quality inspection and inspection

پس از لحیم کاری مجدد ، ممکن است اجزاء به دلیل حرکت نادرست در سینی PCB ، که ممکن است منجر به اتصالات اتصال کوتاه یا باز شود ، از هم راستایی کنند. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. بازرسی ها می توانند بصورت دستی و خودکار انجام شوند.

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. بنابراین ، این روش به دلیل نتایج نادرست برای تخته های SMT پیش فرض امکان پذیر نیست. با این حال ، این روش برای صفحات با اجزای THT و تراکم اجزای کمتر امکان پذیر است.

B. تشخیص نوری:

This method is feasible for large quantities of PCBS. این روش از ماشینهای خودکار با دوربینهای قدرت بالا و وضوح بالا که در زوایای مختلف نصب شده اند استفاده می کند تا اتصالات لحیم کاری را از همه جهات مشاهده کند. بسته به کیفیت اتصال لحیم ، نور در زوایای مختلف از اتصال لحیم منعکس می شود. 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. برای جلوگیری از تأخیر ، هزینه های کار و هزینه های مادی ، بازرسی ها باید مرتباً انجام شود.

مرحله 5: تثبیت قطعات و جوشکاری THT

اجزای سوراخ دار در بسیاری از صفحات PCB رایج هستند. These components are also called plated through holes (PTH). سیمهای این قطعات از سوراخهای PCB عبور می کنند. این سوراخ ها با آثار مسی به سوراخ های دیگر و از طریق سوراخ ها متصل می شوند. هنگامی که این عناصر THT در این سوراخ ها وارد شده و جوش داده می شوند ، به صورت الکتریکی به سوراخ های دیگر در همان مدار چاپی متصل می شوند. 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. معمولاً به یک تکنسین مأموریت داده می شود که یک قطعه را در یک زمان وارد کند و برد را به سایر تکنسین ها منتقل کند و قطعه دیگری را روی همان برد قرار دهند. Therefore, the circuit board will be moved around the assembly line to get the PTH component to fill on it. This makes the process lengthy, and many PCB design and manufacturing companies avoid using PTH components in their circuit designs. But the PTH component remains the favorite and most commonly used component by most circuit designers.

B. لحیم کاری موج:

The automated version of manual welding is wave welding. در این روش ، هنگامی که عنصر PTH روی PCB قرار می گیرد ، PCB روی یک نوار نقاله قرار می گیرد و به یک اجاق اختصاصی منتقل می شود. در اینجا ، امواج لحیم کاری مذاب به بستر PCB که محل اتصال قطعات وجود دارد ، می چسبد. این بلافاصله تمام پین ها را جوش می دهد. 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. After this, move the PCB for final inspection.

Step 6: Final inspection and functional testing

PCB در حال حاضر آماده آزمایش و بازرسی است. 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

این آزمایش برای بررسی ویژگیهای عملکردی و الکتریکی PCB و اعتبار سنجی جریان ، ولتاژ ، سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال و طراحی مدارهای مورد نیاز در PCB مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر هر یک از پارامترهای PCB نتایج غیرقابل قبولی نشان دهد ، PCB مطابق روشهای استاندارد شرکت دور ریخته یا حذف می شود. مرحله آزمایش مهم است زیرا موفقیت یا شکست کل فرایند PCBA را تعیین می کند.

مرحله 7: تمیز کردن نهایی ، اتمام و حمل و نقل:

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. ابزارهای تمیز کننده فشار قوی بر اساس فولاد ضد زنگ با استفاده از آب دیونیزه برای تمیز کردن انواع خاک کافی است. آب دیونیزه شده به مدار PCB آسیب نمی رساند. پس از شستشو ، PCB را با هوای فشرده خشک کنید. PCB نهایی اکنون آماده بسته بندی و حمل است.