U smislu moderne tehnologije, svijet raste vrlo brzo, a njegov utjecaj može lako doći u obzir u našem svakodnevnom životu. Način na koji živimo dramatično se promijenio i ovaj tehnološki napredak doveo je do mnogih naprednih uređaja na koje prije 10 godina nismo ni pomislili. Jezgra ovih uređaja je elektrotehnika, a jezgra jest tiskana pločica (PCB).

PCB je obično zelene boje i kruto je tijelo s raznim elektroničkim komponentama. Ove komponente su zavarene na PCB u procesu koji se naziva „PCB assembly“ ili PCBA. PCB se sastoji od podloge izrađene od stakloplastike, bakrenih slojeva koji čine trag, rupa koje čine komponentu i slojeva koji mogu biti unutarnji i vanjski. U RayPCB-u možemo osigurati do 1-36 slojeva za višeslojne PROTOTIPE i 1-10 slojeva za više serija PCB-a za opsežnu proizvodnju. Za jednostrane i dvostrane PCBS-a postoji vanjski sloj, ali nema unutarnjeg.

Podloga i komponente izolirane su lemljenom folijom i drže se zajedno s epoksidnom smolom.Maska za zavarivanje može biti zelena, plava ili crvena, što je uobičajeno u bojama PCB -a. Maska za zavarivanje omogućit će komponenti da izbjegne kratki spoj na tračnicu ili druge komponente.

Bakreni tragovi služe za prijenos elektroničkih signala s jedne točke na drugu na PCB -u. Ti signali mogu biti digitalni signali velike brzine ili diskretni analogni signali. Ove žice mogu biti debele kako bi se osigurala snaga/snaga za napajanje komponenti.

U većini PCBS -a koji pružaju visoki napon ili struju postoji zasebna ravnina uzemljenja. Komponente na gornjem sloju povezane su s unutarnjom ravninom GND ili unutarnjim signalnim slojem putem “Vias”.

Komponente su sastavljene na PCB -u kako bi omogućile da PCB radi kako je predviđeno. Najvažnija je funkcija PCB -a. Čak i ako sićušni SMT otpornici nisu pravilno postavljeni, ili čak i ako su mali tragovi izrezani s PCB -a, PCB možda neće raditi. Stoga je važno sastaviti komponente na pravilan način. PCB pri sastavljanju komponenata naziva se PCBA ili montažni PCB.

Ovisno o specifikacijama koje opisuje kupac ili korisnik, funkcija PCB -a može biti složena ili jednostavna. Veličina PCB -a također varira ovisno o zahtjevima.

Postupak montaže PCB -a ima i automatske i ručne procese, o kojima ćemo govoriti.

Sloj PCB -a i dizajn

Kao što je gore spomenuto, postoji više slojeva signala između vanjskih slojeva. Sada ćemo razgovarati o vrstama vanjskih slojeva i funkcijama.

Shvatite postupak montaže PCB ploče i osjetite zeleni šarm PCBD -a

1-Podloga: Ovo je kruta ploča izrađena od materijala FR-4 na koju se komponente “pune” ili zavaruju. To daje krutost PCB -u.

2- Bakreni sloj: Tanka bakrena folija nanosi se na gornju i donju stranu PCB-a kako bi se napravio gornji i donji trag bakra.

3- Maska za zavarivanje: Nanosi se na gornji i donji sloj PCB-a. To se koristi za stvaranje neprovodnih područja PCB-a i izoliranje bakrenih tragova jedan od drugog radi zaštite od kratkih spojeva. Maska za zavarivanje također izbjegava zavarivanje neželjenih dijelova i osigurava da lem uđe u područje za zavarivanje, poput rupa i jastučića. Ove rupe povezuju THT komponentu s PCB -om, dok se PAD koristi za držanje SMT komponente.

4- Zaslon: Bijele oznake koje vidimo na PCBS-u za kodove komponenti, kao što su R1, C1 ili neki opis na PCBS-u ili logotipu tvrtke, sve su izrađene od slojeva zaslona. Zaslon pruža važne informacije o PCB -u.

Postoje 3 vrste PCBS -a prema klasifikaciji supstrata

1- Kruta PCB:

PCB -i su većina PCB uređaja koje vidimo u različitim vrstama PCB -a. To su tvrdi, kruti i čvrsti PCBS -i, različitih debljina. Glavni materijal je stakloplastika ili jednostavan “FR4”. FR4 označava “usporivač plamena-4”. Karakteristike samogasivosti FR-4 čine ga korisnim za upotrebu mnogih tvrdih industrijskih elektroničkih uređaja. FR-4 ima tanke slojeve bakrene folije s obje strane, poznate i kao laminati obloženi bakrom. Laminati obloženi bakrom Fr-4 uglavnom se koriste u pojačalima snage, izvorima napajanja u sklopnom modu, upravljačkim programima servo motora itd. S druge strane, druga kruta PCB podloga koja se obično koristi u kućanskim aparatima i IT proizvodima naziva se papirna fenolna PCB. Lagani su, niske gustoće, jeftini i lako se probijaju. Kalkulatori, tipkovnice i miševi neke su od njegovih aplikacija.

2- Fleksibilna PCB:

Izrađen od materijala podloge kao što je Kapton, fleksibilni PCBS može izdržati vrlo visoke temperature, a debeo je i do 0.005 inča. Može se lako saviti i koristiti u konektorima za nosivu elektroniku, LCD monitore ili prijenosna računala, tipkovnice i kamere itd.

PCB s 3 metalne jezgre:

Osim toga, može se koristiti i druga PCB podloga poput aluminija, koja je vrlo učinkovita za hlađenje.Ove vrste PCBS -a mogu se koristiti za aplikacije koje zahtijevaju toplinske komponente kao što su LED diode velike snage, laserske diode itd.

Vrsta tehnologije ugradnje:

SMT: SMT znači “tehnologija površinskog montiranja”. SMT komponente su vrlo malih dimenzija i dolaze u različitim paketima kao što je 0402,0603 1608 za otpornike i kondenzatore. Slično, za ics integriranih kola imamo SOIC, TSSOP, QFP i BGA.

SMT montaža vrlo je teška za ljudske ruke i može biti proces obrade vremena, pa se prvenstveno vrši pomoću automatiziranih robota za prikupljanje i postavljanje.

THT: THT označava tehnologiju kroz rupe. Komponente s vodičima i žicama, kao što su otpornici, kondenzatori, prigušnice, PDIP ics, transformatori, tranzistori, IGBT, MOSFET itd.

Komponente se moraju umetnuti s jedne strane PCB -a na jednu komponentu i povući za nogu s druge strane, odrezati nogu i zavariti. Montaža THT -a obično se vrši ručnim zavarivanjem i relativno je jednostavna.

Preduvjeti za proces montaže:

Prije stvarne proizvodnje PCB -a i procesa montaže PCB -a, proizvođač provjerava ima li PCB -a nedostataka ili pogrešaka u PCB -u koji bi mogli uzrokovati kvar. Taj se proces naziva proces proizvodnje (DFM). Proizvođači moraju izvesti ove osnovne korake DFM -a kako bi osigurali besprijekornu PCB.

1- Razmatranja oko sastavnog dijela: Prolazne rupe moraju se provjeriti na komponente sa polaritetom. Poput elektrolitskih kondenzatora, potrebno je provjeriti polaritet, provjeriti polaritet diodne anode i katode, provjeriti polaritet tantalnog kondenzatora SMT. IC zarez/smjer glave mora se provjeriti.

Element koji zahtijeva rashladni element trebao bi imati dovoljno prostora za smještaj drugih elemenata tako da se hladnjak ne dodiruje.

Razmak s 2 rupe i prolazima:

Treba provjeriti razmak između rupa te između rupa i tragova. Jastučić i prolazna rupa ne smiju se preklapati.

3- Treba uzeti u obzir lemljenje, debljinu i širinu linije.

Izvršavanjem DFM pregleda proizvođači mogu lako smanjiti proizvodne troškove smanjenjem broja otpadnih ploča. To će pomoći u brzom upravljanju izbjegavanjem kvarova na razini DFM -a. U RayPCB -u pružamo DFM i DFT inspekciju u sastavljanju krugova i izradi prototipova. U RayPCB-u koristimo najsuvremeniju OEM opremu za pružanje PCB OEM usluga, lemljenje valova, testiranje PCB kartica i montažu SMT-a.

Postupak postupnog sastavljanja PCB-a (PCBA):

Korak 1: Nanesite pastu za lemljenje pomoću predloška

Prvo nanosimo pastu za lemljenje na područje PCB -a koje odgovara komponenti. To se postiže nanošenjem paste za lemljenje na predložak od nehrđajućeg čelika. Predložak i PCB drže se zajedno pomoću mehaničkog učvršćenja, a pasta za lemljenje se aplikatorom ravnomjerno nanosi na sve otvore na ploči. Nanesite ravnomjerno pastu za lemljenje aplikatorom. Stoga se u aplikatoru mora koristiti odgovarajuća pasta za lemljenje. Nakon uklanjanja aplikatora, pasta će ostati na željenom području PCB -a. Siva lemna pasta 96.5% izrađena od kositra, koja sadrži 3% srebra i 0.5% bakra, bez olova. Nakon zagrijavanja u koraku 3, pasta za lemljenje će se otopiti i stvoriti snažnu vezu.

Korak 2: Automatsko postavljanje komponenti:

Drugi korak PCBA -e je automatsko postavljanje SMT komponenata na PCB. To se postiže pomoću robota za odabir. Na razini dizajna dizajner stvara datoteku i daje je automatiziranom robotu. Ova datoteka ima unaprijed programirane X, Y koordinate svake komponente koja se koristi na PCB-u i identificira mjesto svih komponenti. Koristeći ove podatke, robot samo treba točno postaviti SMD uređaj na ploču. Robot za odabir i postavljanje pokupit će komponente iz svog vakuumskog uređaja i točno ih postaviti na pastu za lemljenje.

Prije pojave robotskih strojeva za skupljanje i postavljanje, tehničari bi pincetom pokupili komponente i stavili ih na tiskanu ploču pažljivo promatrajući mjesto i izbjegavajući rukovanje. To dovodi do visoke razine umora i slabog vida za tehničare, te dovodi do sporog procesa montaže PCB -a za SMT dijelove. Dakle, mogućnost pogreške je velika.

Kako tehnologija sazrijeva, automatizirani roboti koji skupljaju i postavljaju komponente smanjuju opterećenje tehničara, omogućujući brzo i točno postavljanje komponenti. Ovi roboti mogu raditi 24 sata dnevno bez umora.

Korak 3: Ponovno zavarivanje

Treći korak nakon postavljanja elemenata i nanošenja paste za lemljenje je zavarivanje refluksom. Ponovno zavarivanje je postupak postavljanja PCB -a na transportnu traku sa komponentama. Transporter zatim premješta PCB i komponente u veliku pećnicu, koja proizvodi temperaturu od 250 o C. Temperatura je dovoljna da se lemilo otopi. Rastopljeni lem zatim drži komponentu na PCB -u i tvori spoj. Nakon visokotemperaturne obrade, PCB ulazi u hladnjak. Ovi hladnjaci zatim kontrolirano učvršćuju lemne spojeve. Time će se uspostaviti trajna veza između SMT komponente i PCB -a. U slučaju dvostranog PCB-a, kako je gore opisano, strana PCB-a s manje ili manje komponenti bit će obrađena prvo od koraka 1 do 3, a zatim na drugu stranu.

Shvatite postupak montaže PCB ploče i osjetite zeleni šarm PCBD -a

Korak 4: Pregled kvalitete i inspekcija

Nakon ponovnog lemljenja, moguće je da se komponente pogrešno poravnavaju zbog nekog pogrešnog pomicanja u ladici PCB -a, što može dovesti do kratkog ili otvorenog spoja. Ove nedostatke treba identificirati, a taj postupak identifikacije naziva se pregled. Pregledi mogu biti ručni i automatizirani.

A. Ručna provjera:

Budući da PCB ima male SMT komponente, vizualni pregled ploče na bilo kakvo poravnanje ili kvar može uzrokovati umor tehničara i naprezanje očiju. Stoga ova metoda nije izvediva za napredne SMT ploče zbog netočnih rezultata. Međutim, ova je metoda izvediva za ploče s THT komponentama i manjom gustoćom komponenata.

B. Optičko otkrivanje:

Ova je metoda izvediva za velike količine PCBS -a. Metoda koristi automatizirane strojeve s kamerama velike snage i visoke razlučivosti postavljenim pod različitim kutovima za pregled lemnih spojeva iz svih smjerova. Ovisno o kvaliteti lemljenog spoja, svjetlost će se od lemnog zgloba odbijati pod različitim kutovima. Ovaj stroj za automatsku optičku inspekciju (AOI) vrlo je brz i može obraditi velike količine PCBS -a u vrlo kratkom vremenu.

CX – zračni pregled:

Rentgenski aparat omogućuje tehničarima da skeniraju PCB kako bi vidjeli unutarnje nedostatke. Ovo nije uobičajena metoda pregleda i koristi se samo za složene i napredne PCBS -e. Ako se ne koriste pravilno, ove inspekcijske metode mogu dovesti do prepravke ili zastarjelosti PCB -a. Inspekcije je potrebno provoditi redovito kako bi se izbjegla kašnjenja, troškovi rada i materijala.

Korak 5: Učvršćivanje i zavarivanje THT komponente

Komponente kroz rupe uobičajene su na mnogim PCB pločama. Te se komponente nazivaju i presvučene rupama (PTH). Kablovi ovih komponenti prolazit će kroz rupe na PCB -u. Ove su rupe povezane s drugim rupama i kroz rupe bakrenim tragovima. Kad su ti THT elementi umetnuti i zavareni u ove rupe, električno su spojeni na druge rupe na istoj PCB -u kao i projektirano kolo. Ti PCBS -i mogu sadržavati neke THT komponente i mnoge SMD komponente, pa gore opisana metoda zavarivanja nije prikladna za THT komponente u slučaju SMT komponenti, kao što je zavarivanje reflowom. Dakle, dvije su glavne vrste THT komponenata koje su zavarene ili sastavljene

A. Ručno zavarivanje:

Ručne metode zavarivanja uobičajene su i često zahtijevaju više vremena od automatskog postavljanja za SMT. Tehničar je obično dodijeljen da umeće jednu po jednu komponentu i proslijedi ploču drugim tehničarima koji ubacuju drugu komponentu na istu ploču. Stoga će se pločica za krug pomicati oko montažne linije kako bi se PTH komponenta napunila na njoj. To čini proces dugotrajnim, a mnoge tvrtke za projektiranje i proizvodnju PCB -a izbjegavaju koristiti PTH komponente u svojim shemama. No PTH komponenta ostaje omiljena i najčešće korištena komponenta većine dizajnera sklopova.

B. Talasno lemljenje:

Automatizirana verzija ručnog zavarivanja je valovito zavarivanje. U ovoj metodi, nakon što se PTH element postavi na PCB, PCB se postavlja na transportnu traku i premješta u namjensku pećnicu. Ovdje valovi rastaljenog lema prskaju u podlogu PCB -a gdje su prisutni vodiči komponente. Ovo će odmah zavariti sve igle. Međutim, ova metoda radi samo s jednostranim PCBS-om, a ne i s obostranim PCBS-om jer rastopljeni lem s jedne strane PCB-a može oštetiti komponente s druge strane. Nakon toga premjestite PCB na konačni pregled.

Korak 6: Završni pregled i funkcionalno ispitivanje

PCB je sada spreman za ispitivanje i inspekciju. Ovo je funkcionalno ispitivanje u kojem se električni signali i snaga daju PCB -u na određene pinove, a izlaz se provjerava na navedenoj ispitnoj točki ili izlaznom priključku. Ovo ispitivanje zahtijeva uobičajene laboratorijske instrumente kao što su osciloskopi, digitalni multimetri i generatori funkcija

Ovo se ispitivanje koristi za provjeru funkcionalnih i električnih karakteristika PCB -a i provjeru struje, napona, analognog i digitalnog signala i dizajna kruga opisanih u zahtjevima za PCB

Ako bilo koji od parametara PCB -a pokaže neprihvatljive rezultate, PCB će se odbaciti ili ukloniti u skladu sa standardnim postupcima tvrtke. Faza testiranja važna je jer određuje uspjeh ili neuspjeh cijelog procesa PCBA.

Korak 7: Završno čišćenje, dorada i otprema:

Sada kada je PCB testiran u svim aspektima i proglašen normalnim, vrijeme je za čišćenje neželjenog zaostalog fluksa, prljavštine i ulja. Alati za čišćenje pod visokim tlakom na bazi nehrđajućeg čelika koji koriste deioniziranu vodu dovoljni su za čišćenje svih vrsta prljavštine. Deionizirana voda ne oštećuje krug PCB -a. Nakon pranja, osušite PCB komprimiranim zrakom. Posljednji PCB sada je spreman za pakiranje i otpremu.