आधुनिक तकनीक के संदर्भ में, दुनिया बहुत तेजी से बढ़ रही है, और इसका प्रभाव हमारे दैनिक जीवन में आसानी से आ सकता है। जिस तरह से हम रहते हैं वह नाटकीय रूप से बदल गया है और इस तकनीकी प्रगति ने कई उन्नत उपकरणों को जन्म दिया है जिनके बारे में हमने 10 साल पहले सोचा भी नहीं था। इन उपकरणों का मूल इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग है, और कोर है मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी)।

एक पीसीबी आमतौर पर हरा होता है और उस पर विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक घटकों के साथ एक कठोर शरीर होता है। इन घटकों को पीसीबी में “पीसीबी असेंबली” या पीसीबीए नामक प्रक्रिया में वेल्डेड किया जाता है। पीसीबी में फाइबरग्लास से बना एक सब्सट्रेट होता है, तांबे की परतें जो ट्रेस बनाती हैं, छेद जो घटक बनाते हैं, और परतें जो आंतरिक और बाहरी हो सकती हैं। RayPCB में, हम बहु-परत PROTOTYPES के लिए 1-36 परतें प्रदान कर सकते हैं और मात्रा उत्पादन के लिए PCB के कई बैचों के लिए 1-10 परतें प्रदान कर सकते हैं। सिंगल-साइडेड और डबल-साइडेड PCBS के लिए, एक बाहरी परत मौजूद है लेकिन कोई आंतरिक परत नहीं है।

The substrate and components are insulated with solder film and held together with epoxy resin.वेल्डिंग मास्क हरा, नीला या लाल हो सकता है, जैसा कि पीसीबी रंगों में आम है। वेल्डिंग मास्क घटक को ट्रैक या अन्य घटकों में शॉर्ट-सर्किटिंग से बचने की अनुमति देगा।

एक पीसीबी पर इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को एक बिंदु से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करने के लिए तांबे के निशान का उपयोग किया जाता है। ये सिग्नल हाई-स्पीड डिजिटल सिग्नल या असतत एनालॉग सिग्नल हो सकते हैं। घटक बिजली आपूर्ति के लिए बिजली/शक्ति प्रदान करने के लिए इन तारों को मोटा बनाया जा सकता है।

In most PCBS that provide high voltage or current, there is a separate grounding plane. शीर्ष परत पर अवयव “Vias” के माध्यम से आंतरिक GND विमान या आंतरिक सिग्नल परत से जुड़े होते हैं।

पीसीबी को डिजाइन के अनुसार संचालित करने में सक्षम बनाने के लिए घटकों को पीसीबी पर इकट्ठा किया जाता है। सबसे महत्वपूर्ण चीज पीसीबी फंक्शन है। भले ही छोटे एसएमटी रेसिस्टर्स सही तरीके से नहीं लगाए गए हों, या पीसीबी से छोटे ट्रैक काट दिए गए हों, तो भी पीसीबी काम नहीं कर सकता है। Therefore, it is important to assemble components in a proper way. पीसीबी जब घटकों को इकट्ठा करता है तो उसे पीसीबीए या असेंबली पीसीबी कहा जाता है।

ग्राहक या उपयोगकर्ता द्वारा वर्णित विनिर्देशों के आधार पर, पीसीबी का कार्य जटिल या सरल हो सकता है। पीसीबी का आकार भी आवश्यकताओं के अनुसार बदलता रहता है।

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

पीसीबी परत और डिजाइन

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, बाहरी परतों के बीच कई सिग्नल परतें हैं। अब हम बाहरी परतों के प्रकार और कार्यों पर चर्चा करेंगे।

पीसीबी बोर्ड असेंबली प्रक्रिया को समझें और पीसीबीडी के हरे आकर्षण को महसूस करें

1 – सब्सट्रेट: यह FR-4 सामग्री से बनी एक कठोर प्लेट है जिस पर घटक “भरे हुए” या वेल्डेड होते हैं। यह पीसीबी के लिए कठोरता प्रदान करता है।

2- कॉपर लेयर: ऊपर और नीचे कॉपर ट्रेस बनाने के लिए पीसीबी के ऊपर और नीचे पतली कॉपर फॉयल लगाई जाती है।

3- वेल्डिंग मास्क: यह पीसीबी के ऊपर और नीचे की परतों पर लगाया जाता है। This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. वेल्डिंग मास्क अवांछित भागों को वेल्डिंग करने से भी बचाता है और यह सुनिश्चित करता है कि सोल्डर वेल्डिंग के लिए क्षेत्र में प्रवेश करता है, जैसे कि छेद और पैड। ये छेद THT घटक को PCB से जोड़ते हैं जबकि PAD का उपयोग SMT घटक को रखने के लिए किया जाता है।

4- स्क्रीन: घटक कोड के लिए हम PCBS पर जो सफेद लेबल देखते हैं, जैसे R1, C1 या PCBS या कंपनी लोगो पर कुछ विवरण, सभी स्क्रीन लेयर से बने होते हैं। स्क्रीन परत पीसीबी के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करती है।

सब्सट्रेट वर्गीकरण के अनुसार पीसीबी 3 प्रकार के होते हैं

1- Rigid PCB:

पीसीबी अधिकांश पीसीबी डिवाइस हैं जिन्हें हम विभिन्न प्रकार के पीसीबी में देखते हैं। ये विभिन्न मोटाई के साथ कठोर, कठोर और मजबूत PCBS हैं। मुख्य सामग्री शीसे रेशा या साधारण “FR4” है। FR4 का मतलब “लौ रिटार्डर -4” है। FR-4 की स्व-बुझाने की विशेषताएं इसे कई हार्ड-कोर औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उपयोग के लिए उपयोगी बनाती हैं। FR-4 में दोनों तरफ कॉपर फॉयल की पतली परतें होती हैं, जिन्हें कॉपर-क्लैड लैमिनेट्स भी कहा जाता है। Fr-4 कॉपर क्लैड लैमिनेट्स का उपयोग मुख्य रूप से पावर एम्पलीफायरों, स्विचिंग मोड पावर सप्लाई, सर्वो मोटर ड्राइवरों आदि में किया जाता है। दूसरी ओर, घरेलू उपकरणों और आईटी उत्पादों में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले एक और कठोर पीसीबी सब्सट्रेट को पेपर फेनोलिक पीसीबी कहा जाता है। वे हल्के, कम घनत्व वाले, सस्ते और पंच करने में आसान हैं। कैलकुलेटर, कीबोर्ड और चूहे इसके कुछ अनुप्रयोग हैं।

2- लचीला पीसीबी:

कैप्टन जैसे सब्सट्रेट सामग्री से निर्मित, लचीला पीसीबी 0.005 इंच जितना मोटा होने के साथ-साथ बहुत अधिक तापमान का सामना कर सकता है। इसे आसानी से मोड़ा जा सकता है और पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स, एलसीडी मॉनिटर या लैपटॉप, कीबोर्ड और कैमरा आदि के लिए कनेक्टर्स में इस्तेमाल किया जा सकता है।

3-धातु कोर पीसीबी:

इसके अलावा, एक अन्य पीसीबी सब्सट्रेट का उपयोग एल्यूमीनियम की तरह किया जा सकता है, जो शीतलन के लिए बहुत कुशल है।इस प्रकार के PCBS का उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है जिनके लिए थर्मल घटकों की आवश्यकता होती है जैसे कि उच्च शक्ति वाले एलईडी, लेजर डायोड आदि।

Installation technology type:

SMT: SMT का मतलब “सरफेस माउंट टेक्नोलॉजी” है। एसएमटी घटक आकार में बहुत छोटे होते हैं और विभिन्न पैकेजों में आते हैं जैसे प्रतिरोधों और कैपेसिटर के लिए 0402,0603 1608। इसी तरह, एकीकृत सर्किट ics के लिए, हमारे पास SOIC, TSSOP, QFP और BGA है।

एसएमटी असेंबली मानव हाथों के लिए बहुत कठिन है और यह एक समय प्रसंस्करण प्रक्रिया हो सकती है, इसलिए यह मुख्य रूप से स्वचालित पिकअप और प्लेसमेंट रोबोट द्वारा किया जाता है।

टीएचटी: टीएचटी का मतलब थ्रू-होल तकनीक है। लीड और वायर वाले घटक, जैसे रेसिस्टर्स, कैपेसिटर, इंडक्टर्स, PDIP ics, ट्रांसफॉर्मर, ट्रांजिस्टर, IGBT, MOSFET, आदि।

घटकों को पीसीबी के एक तरफ एक घटक पर डाला जाना चाहिए और दूसरी तरफ पैर से खींचा जाना चाहिए, पैर को काटकर वेल्डेड किया जाना चाहिए। टीएचटी असेंबली आमतौर पर हाथ वेल्डिंग द्वारा की जाती है और अपेक्षाकृत आसान होती है।

विधानसभा प्रक्रिया पूर्वापेक्षाएँ:

वास्तविक पीसीबी निर्माण और पीसीबी असेंबली प्रक्रिया से पहले, निर्माता पीसीबी में किसी भी दोष या त्रुटियों के लिए पीसीबी की जांच करता है जो विफलता का कारण बन सकता है। इस प्रक्रिया को विनिर्माण डिजाइन (डीएफएम) प्रक्रिया कहा जाता है। एक निर्दोष पीसीबी सुनिश्चित करने के लिए निर्माताओं को इन बुनियादी डीएफएम चरणों का पालन करना चाहिए।

1- घटक लेआउट विचार: ध्रुवीयता वाले घटकों के लिए थ्रू-होल की जाँच की जानी चाहिए। Like electrolytic capacitors must be checked polarity, diode anode and cathode polarity check, SMT tantalum capacitor polarity check. आईसी नॉच/हेड डायरेक्शन की जांच होनी चाहिए।

हीट सिंक की आवश्यकता वाले तत्व में अन्य तत्वों को समायोजित करने के लिए पर्याप्त जगह होनी चाहिए ताकि हीट सिंक स्पर्श न करे।

2-होल और थ्रू-होल रिक्ति:

छिद्रों के बीच और छिद्रों और निशानों के बीच की दूरी की जाँच की जानी चाहिए। पैड और थ्रू होल ओवरलैप नहीं होंगे।

3- ब्रेजिंग पैड, मोटाई, लाइन की चौड़ाई को ध्यान में रखा जाएगा।

डीएफएम निरीक्षण करके, निर्माता स्क्रैप पैनलों की संख्या को कम करके विनिर्माण लागत को आसानी से कम कर सकते हैं। यह डीएफएम स्तर की विफलताओं से बचकर तेजी से संचालन में मदद करेगा। At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. RayPCB में, हम PCB OEM सेवाएं, वेव सोल्डरिंग, PCB कार्ड परीक्षण और SMT असेंबली प्रदान करने के लिए अत्याधुनिक OEM उपकरण का उपयोग करते हैं।

पीसीबी असेंबली (पीसीबीए) चरण-दर-चरण प्रक्रिया:

चरण 1: टेम्पलेट का उपयोग करके सोल्डर पेस्ट लागू करें

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. टेम्प्लेट और पीसीबी को एक यांत्रिक स्थिरता द्वारा एक साथ रखा जाता है, और मिलाप पेस्ट को एक ऐप्लिकेटर के माध्यम से बोर्ड के सभी उद्घाटनों पर समान रूप से लागू किया जाता है। एप्लिकेटर के साथ समान रूप से सोल्डर पेस्ट लगाएं। इसलिए, एप्लीकेटर में उपयुक्त सोल्डर पेस्ट का उपयोग किया जाना चाहिए। जब एप्लीकेटर हटा दिया जाता है, तो पेस्ट पीसीबी के वांछित क्षेत्र में रहेगा। ग्रे सोल्डर पेस्ट 96.5% टिन से बना होता है, जिसमें 3% चांदी और 0.5% तांबा होता है, जो सीसा रहित होता है। चरण 3 में गर्म करने के बाद, मिलाप पेस्ट पिघल जाएगा और एक मजबूत बंधन बनाएगा।

Step 2: Automatic placement of components:

PCBA का दूसरा चरण स्वचालित रूप से SMT घटकों को PCB पर रखना है। यह पिक एंड प्लेस रोबोट का उपयोग करके किया जाता है। डिज़ाइन स्तर पर, डिज़ाइनर एक फ़ाइल बनाता है और उसे स्वचालित रोबोट को प्रदान करता है। इस फ़ाइल में पीसीबी में उपयोग किए जाने वाले प्रत्येक घटक के पूर्व-क्रमादेशित एक्स, वाई निर्देशांक हैं और सभी घटकों के स्थान की पहचान करते हैं। इस जानकारी का उपयोग करते हुए, रोबोट को केवल एसएमडी डिवाइस को बोर्ड पर सटीक रूप से रखने की आवश्यकता होती है। पिक एंड प्लेस रोबोट अपने वैक्यूम फिक्स्चर से घटकों को उठाएगा और उन्हें सोल्डर पेस्ट पर सटीक रूप से रखेगा।

रोबोटिक पिकअप और प्लेसमेंट मशीनों के आगमन से पहले, तकनीशियन चिमटी का उपयोग करके घटकों को उठाते थे और ध्यान से स्थान को देखते हुए और हाथ मिलाने से बचते हुए उन्हें पीसीबी पर रखते थे। This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. इसलिए त्रुटि की संभावना अधिक है।

जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी परिपक्व होती है, स्वचालित रोबोट जो घटकों को उठाते हैं और रखते हैं, तकनीशियनों के कार्यभार को कम करते हैं, जिससे तेजी से और सटीक घटक प्लेसमेंट सक्षम होता है। ये रोबोट बिना थकान के 24/7 काम कर सकते हैं।

चरण 3: रिफ्लो वेल्डिंग

तत्वों को स्थापित करने और सोल्डर पेस्ट लगाने के बाद तीसरा चरण रिफ्लक्स वेल्डिंग है। रिफ्लो वेल्डिंग पीसीबी को घटकों के साथ एक कन्वेयर बेल्ट पर रखने की प्रक्रिया है। The conveyor then moves the PCB and components into a large oven, which produces a temperature of 250 o C. सोल्डर को पिघलाने के लिए तापमान पर्याप्त है। पिघला हुआ मिलाप तब घटक को पीसीबी में रखता है और जोड़ बनाता है। उच्च तापमान उपचार के बाद, पीसीबी कूलर में प्रवेश करता है। ये कूलर फिर सोल्डर जोड़ों को नियंत्रित तरीके से ठोस बनाते हैं। यह श्रीमती घटक और पीसीबी के बीच एक स्थायी संबंध स्थापित करेगा। दो तरफा पीसीबी के मामले में, जैसा कि ऊपर वर्णित है, कम या छोटे घटकों वाले पीसीबी पक्ष को पहले चरण 1 से 3 तक और फिर दूसरी तरफ माना जाएगा।

पीसीबी बोर्ड असेंबली प्रक्रिया को समझें और पीसीबीडी के हरे आकर्षण को महसूस करें

चरण 4: गुणवत्ता निरीक्षण और निरीक्षण

रिफ्लो सोल्डरिंग के बाद, यह संभव है कि पीसीबी ट्रे में कुछ गलत मूवमेंट के कारण कंपोनेंट्स गलत हो गए हों, जिसके परिणामस्वरूप शॉर्ट या ओपन सर्किट कनेक्शन हो सकते हैं। These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. निरीक्षण मैनुअल और स्वचालित हो सकते हैं।

A. मैन्युअल जांच:

Because the PCB has small SMT components, visual inspection of the board for any misalignment or malfunction can cause technician fatigue and eye strain. इसलिए, गलत परिणामों के कारण अग्रिम एसएमटी बोर्डों के लिए यह विधि संभव नहीं है। हालांकि, यह विधि टीएचटी घटकों और कम घटक घनत्व वाली प्लेटों के लिए संभव है।

B. ऑप्टिकल डिटेक्शन:

यह विधि बड़ी मात्रा में PCBS के लिए संभव है। विधि सभी दिशाओं से सोल्डर जोड़ों को देखने के लिए विभिन्न कोणों पर लगे उच्च शक्ति और उच्च रिज़ॉल्यूशन कैमरों वाली स्वचालित मशीनों का उपयोग करती है। मिलाप संयुक्त की गुणवत्ता के आधार पर, प्रकाश विभिन्न कोणों पर मिलाप के जोड़ को प्रतिबिंबित करेगा। यह स्वचालित ऑप्टिकल निरीक्षण (AOI) मशीन बहुत तेज है और बहुत ही कम समय में बड़ी मात्रा में PCBS को संसाधित कर सकती है।

सीएक्स – रे निरीक्षण:

एक्स-रे मशीन तकनीशियनों को आंतरिक दोषों को देखने के लिए पीसीबी को स्कैन करने की अनुमति देती है। यह एक सामान्य निरीक्षण विधि नहीं है और इसका उपयोग केवल जटिल और उन्नत PCBS के लिए किया जाता है। यदि ठीक से उपयोग नहीं किया जाता है, तो इन निरीक्षण विधियों के परिणामस्वरूप पुन: कार्य या पीसीबी अप्रचलित हो सकता है। देरी, श्रम और सामग्री लागत से बचने के लिए नियमित रूप से निरीक्षण किए जाने की आवश्यकता है।

चरण 5: टीएचटी घटक निर्धारण और वेल्डिंग

कई पीसीबी बोर्डों पर थ्रू-होल घटक आम हैं। These components are also called plated through holes (PTH). इन घटकों के लीड पीसीबी में छेद से गुजरेंगे। ये छेद अन्य छिद्रों से और छिद्रों के माध्यम से तांबे के निशान से जुड़े होते हैं। जब इन टीएचटी तत्वों को इन छेदों में डाला और वेल्ड किया जाता है, तो वे उसी पीसीबी पर अन्य छिद्रों से विद्युत रूप से जुड़े होते हैं जैसे कि डिज़ाइन किया गया सर्किट। इन PCBS में कुछ THT घटक और कई SMD घटक हो सकते हैं, इसलिए ऊपर वर्णित वेल्डिंग विधि SMT घटकों जैसे रीफ़्लो वेल्डिंग के मामले में THT घटकों के लिए उपयुक्त नहीं है। तो दो मुख्य प्रकार के टीएचटी घटक जो वेल्डेड या असेंबल किए जाते हैं, वे हैं:

A. मैनुअल वेल्डिंग:

मैनुअल वेल्डिंग विधियां आम हैं और अक्सर एसएमटी के लिए एक स्वचालित सेटअप की तुलना में अधिक समय की आवश्यकता होती है। एक तकनीशियन को आम तौर पर एक समय में एक घटक सम्मिलित करने और उसी बोर्ड पर एक अन्य घटक डालने वाले अन्य तकनीशियनों को बोर्ड पास करने के लिए सौंपा जाता है। इसलिए, पीटीएच घटक को भरने के लिए सर्किट बोर्ड को असेंबली लाइन के चारों ओर ले जाया जाएगा। यह प्रक्रिया को लंबा बनाता है, और कई पीसीबी डिजाइन और निर्माण कंपनियां अपने सर्किट डिजाइन में पीटीएच घटकों का उपयोग करने से बचती हैं। लेकिन अधिकांश सर्किट डिजाइनरों द्वारा पीटीएच घटक पसंदीदा और सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला घटक बना हुआ है।

B. वेव सोल्डरिंग:

मैनुअल वेल्डिंग का स्वचालित संस्करण वेव वेल्डिंग है। इस पद्धति में, एक बार जब PTH तत्व को PCB पर रख दिया जाता है, तो PCB को एक कन्वेयर बेल्ट पर रखा जाता है और एक समर्पित ओवन में ले जाया जाता है। यहां, पिघले हुए सोल्डर की तरंगें पीसीबी के सब्सट्रेट में छप जाती हैं जहां घटक लीड मौजूद होते हैं। यह सभी पिनों को तुरंत वेल्ड कर देगा। हालाँकि, यह विधि केवल एकल-पक्षीय PCBS के साथ काम करती है, न कि दो तरफा PCBS के साथ, क्योंकि PCB के एक तरफ पिघला हुआ मिलाप दूसरी तरफ के घटकों को नुकसान पहुँचा सकता है। इसके बाद, पीसीबी को अंतिम निरीक्षण के लिए ले जाएं।

चरण 6: अंतिम निरीक्षण और कार्यात्मक परीक्षण

पीसीबी अब परीक्षण और निरीक्षण के लिए तैयार है। 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

इस परीक्षण का उपयोग पीसीबी की कार्यात्मक और विद्युत विशेषताओं की जांच करने के लिए किया जाता है और पीसीबी आवश्यकताओं में वर्णित वर्तमान, वोल्टेज, एनालॉग और डिजिटल सिग्नल और सर्किट डिजाइन को मान्य करता है।

यदि पीसीबी का कोई भी पैरामीटर अस्वीकार्य परिणाम दिखाता है, तो पीसीबी को कंपनी की मानक प्रक्रियाओं के अनुसार हटा दिया जाएगा या खत्म कर दिया जाएगा। परीक्षण चरण महत्वपूर्ण है क्योंकि यह संपूर्ण PCBA प्रक्रिया की सफलता या विफलता को निर्धारित करता है।

चरण 7: अंतिम सफाई, परिष्करण और शिपिंग:

अब जब पीसीबी को सभी पहलुओं में परीक्षण किया गया है और सामान्य घोषित किया गया है, तो अवांछित अवशिष्ट प्रवाह, उंगली की गंदगी और तेल को साफ करने का समय आ गया है। स्टेनलेस स्टील आधारित उच्च दबाव सफाई उपकरण विआयनीकृत पानी का उपयोग कर सभी प्रकार की गंदगी को साफ करने के लिए पर्याप्त हैं। विआयनीकृत पानी पीसीबी सर्किट को नुकसान नहीं पहुंचाता है। धोने के बाद, पीसीबी को संपीड़ित हवा से सुखाएं। अंतिम पीसीबी अब पैक और शिप करने के लिए तैयार है।