Comprendi il processo di assemblaggio della scheda PCB e senti il ​​fascino verde del PCB

In termini di tecnologia moderna, il mondo sta crescendo a un ritmo molto veloce e la sua influenza può facilmente entrare in gioco nella nostra vita quotidiana. 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. Il nucleo di questi dispositivi è l’ingegneria elettrica e il nucleo è circuito stampato (PCB).

Un PCB è solitamente verde ed è un corpo rigido con vari componenti elettronici su di esso. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. Il PCB è costituito da un substrato in fibra di vetro, strati di rame che costituiscono la traccia, fori che costituiscono il componente e strati che possono essere interni ed esterni. In RayPCB, possiamo fornire fino a 1-36 strati per PROTOTIPI multistrato e 1-10 strati per più lotti di PCB per la produzione in serie. For single-sided and double-sided PCBS, an outer layer exists but no inner layer.

ipcb

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. La maschera di saldatura consentirà al componente di evitare cortocircuiti al binario o ad altri componenti.

Le tracce di rame vengono utilizzate per trasferire segnali elettronici da un punto all’altro su un PCB. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Questi fili possono essere spessi per fornire alimentazione/alimentazione per l’alimentazione dei componenti.

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. Anche se i minuscoli resistori SMT non sono posizionati correttamente, o anche se vengono tagliate piccole tracce dal PCB, il PCB potrebbe non funzionare. Pertanto, è importante assemblare i componenti in modo corretto. Il PCB durante l’assemblaggio dei componenti è chiamato PCBA o PCB di assemblaggio.

A seconda delle specifiche descritte dal cliente o dall’utente, la funzione del PCB può essere complessa o semplice. PCB size also varies according to requirements.

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

Strato e design PCB

Come accennato in precedenza, ci sono più livelli di segnale tra gli strati esterni. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1 – Substrato: si tratta di una piastra rigida in materiale FR-4 su cui vengono “riempiti” o saldati i componenti. 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- Maschera di saldatura: viene applicata agli strati superiore e inferiore del 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. La maschera per saldatura evita inoltre la saldatura di parti indesiderate e garantisce che la saldatura entri nell’area di saldatura, come fori e piazzole. 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. Il livello dello schermo fornisce informazioni importanti sul PCB.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

I PCB sono la maggior parte dei dispositivi PCB che vediamo in vari tipi di PCB. These are hard, rigid and sturdy PCBS, with different thicknesses. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 sta per “rallentatore di fiamma-4”. Le caratteristiche autoestinguenti dell’FR-4 lo rendono utile per l’uso di molti dispositivi elettronici industriali hard-core. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. I laminati rivestiti in rame Fr-4 sono utilizzati principalmente in amplificatori di potenza, alimentatori switching, driver per servomotori, ecc. D’altra parte, un altro substrato PCB rigido comunemente usato negli elettrodomestici e nei prodotti IT è chiamato PCB fenolico cartaceo. They are light, low density, cheap and easy to punch. Calcolatrici, tastiere e mouse sono alcune delle sue applicazioni.

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.Questi tipi di PCB possono essere utilizzati per applicazioni che richiedono componenti termici come led ad alta potenza, diodi laser, ecc.

Installation technology type:

SMT: SMT sta per “tecnologia a montaggio superficiale”. I componenti SMT sono di dimensioni molto ridotte e sono disponibili in vari pacchetti come 0402,0603 1608 per resistori e condensatori. Allo stesso modo, per i circuiti integrati, abbiamo SOIC, TSSOP, QFP e BGA.

L’assemblaggio SMT è molto difficile per le mani umane e può essere un processo di elaborazione del tempo, quindi viene eseguito principalmente da robot di prelievo e posizionamento automatizzati.

THT: THT sta per tecnologia a foro passante. 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.

Prerequisiti del processo di assemblaggio:

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. I produttori devono eseguire questi passaggi DFM di base per garantire un PCB impeccabile.

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. È necessario controllare la direzione tacca/testa IC.

L’elemento che richiede il dissipatore di calore dovrebbe avere spazio sufficiente per accogliere altri elementi in modo che il dissipatore di calore non si tocchi.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Pad e foro passante non devono sovrapporsi.

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. In RayPCB, utilizziamo apparecchiature OEM all’avanguardia per fornire servizi OEM PCB, saldatura a onda, test di schede PCB e assemblaggio SMT.

Processo passo-passo di assemblaggio PCB (PCBA):

Passaggio 1: applicare la pasta saldante utilizzando il modello

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. La sagoma e il PCB sono tenuti insieme da un dispositivo meccanico e la pasta saldante viene applicata uniformemente a tutte le aperture della scheda tramite un applicatore. Apply solder paste evenly with applicator. Therefore, appropriate solder paste must be used in the applicator. Quando l’applicatore viene rimosso, la pasta rimarrà nell’area desiderata del PCB. Pasta saldante grigia 96.5% di stagno, contenente il 3% di argento e lo 0.5% di rame, senza piombo. 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. Questo viene fatto utilizzando un robot pick and place. A livello di progettazione, il progettista crea un file e lo fornisce al robot automatizzato. Questo file ha le coordinate X, Y preprogrammate di ciascun componente utilizzato nel PCB e identifica la posizione di tutti i componenti. 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.

Prima dell’avvento delle macchine di prelievo e posizionamento robotizzate, i tecnici prelevavano i componenti utilizzando una pinzetta e li posizionavano sul PCB osservando attentamente la posizione ed evitando di stringere la mano. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Quindi il rischio di errore è alto.

Man mano che la tecnologia matura, i robot automatizzati che prelevano e posizionano i componenti riducono il carico di lavoro dei tecnici, consentendo un posizionamento rapido e accurato dei componenti. These robots can work 24/7 without fatigue.

Passaggio 3: saldatura a rifusione

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. La temperatura è sufficiente per fondere la saldatura. La saldatura fusa tiene quindi il componente sul PCB e forma il giunto. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Ciò stabilirà una connessione permanente tra il componente SMT e il PCB. Nel caso di un PCB a doppia faccia, come descritto sopra, il lato del PCB con meno componenti o più piccoli verrà trattato prima dai passaggi da 1 a 3, e poi sull’altro lato.

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

Step 4: Quality inspection and inspection

Dopo la saldatura a rifusione, è possibile che i componenti siano disallineati a causa di alcuni movimenti errati nel vassoio del PCB, che possono causare collegamenti in cortocircuito o aperti. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Le ispezioni possono essere manuali e automatizzate.

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. Pertanto, questo metodo non è fattibile per le schede SMT avanzate a causa di risultati imprecisi. Tuttavia, questo metodo è fattibile per lastre con componenti THT e densità di componenti inferiori.

B. Rilevamento ottico:

This method is feasible for large quantities of PCBS. Il metodo utilizza macchine automatizzate con telecamere ad alta potenza e alta risoluzione montate a varie angolazioni per visualizzare i giunti di saldatura da tutte le direzioni. A seconda della qualità del giunto di saldatura, la luce si rifletterà sul giunto di saldatura con diverse angolazioni. 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. Le ispezioni devono essere condotte regolarmente per evitare ritardi, costi di manodopera e materiali.

Passaggio 5: fissaggio e saldatura dei componenti THT

I componenti a foro passante sono comuni su molte schede PCB. These components are also called plated through holes (PTH). I cavi di questi componenti passeranno attraverso i fori nel PCB. Questi fori sono collegati ad altri fori e passanti da tracce di rame. Quando questi elementi THT vengono inseriti e saldati in questi fori, vengono collegati elettricamente ad altri fori sullo stesso PCB del circuito progettato. 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. Un tecnico è in genere incaricato di inserire un componente alla volta e passare la scheda ad altri tecnici inserendo un altro componente sulla stessa scheda. 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. Saldatura ad onda:

The automated version of manual welding is wave welding. In questo metodo, una volta posizionato l’elemento PTH sul PCB, il PCB viene posizionato su un nastro trasportatore e spostato in un forno dedicato. Qui, ondate di saldatura fusa schizzano nel substrato del PCB dove sono presenti i conduttori del componente. Questo salderà immediatamente tutti i pin. 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. Successivamente, spostare il PCB per l’ispezione finale.

Step 6: Final inspection and functional testing

Il PCB è ora pronto per il test e l’ispezione. 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

Questo test viene utilizzato per verificare le caratteristiche funzionali ed elettriche del PCB e convalidare i progetti di corrente, tensione, segnale analogico e digitale e circuiti descritti nei requisiti del PCB

Se uno qualsiasi dei parametri del PCB mostra risultati inaccettabili, il PCB verrà scartato o scartato secondo le procedure aziendali standard. La fase di test è importante perché determina il successo o il fallimento dell’intero processo PCBA.

Passaggio 7: pulizia finale, finitura e spedizione:

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. Gli strumenti di pulizia ad alta pressione a base di acciaio inossidabile che utilizzano acqua deionizzata sono sufficienti per pulire tutti i tipi di sporco. L’acqua deionizzata non danneggia il circuito PCB. Dopo il lavaggio, asciugare il PCB con aria compressa. Il PCB finale è ora pronto per essere imballato e spedito.