מבחינת הטכנולוגיה המודרנית, העולם צומח בקצב מהיר מאוד, והשפעתו יכולה בקלות לשחק בחיי היומיום שלנו. 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. הליבה של מכשירים אלה היא הנדסת חשמל, והליבה היא המעגל המודפס (PCB).

לוח PCB הוא בדרך כלל ירוק והוא גוף נוקשה עם רכיבים אלקטרוניים שונים עליו. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. ה- PCB מורכב מצע העשוי מפיברגלס, שכבות נחושת המרכיבות את העקבות, חורים המרכיבים את הרכיב ושכבות שיכולות להיות פנימיות וחיצוניות. ב- RayPCB, אנו יכולים לספק עד 1-36 שכבות עבור PROTOTYPES רב שכבתיות ו- 1-10 שכבות עבור קבוצות PCB מרובות לייצור נפח. 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. מסכת הריתוך תאפשר לרכיב להימנע מקצר למסלול או לרכיבים אחרים.

עקבות נחושת משמשים להעברת אותות אלקטרוניים מנקודה אחת לאחרת במחשב הלוח. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. ניתן לייצר חוטים אלה עבים על מנת לספק כוח/כוח לאספקת חשמל מרכיבים.

ברוב ה- PCBS המספקים מתח או זרם גבוה, ישנו מטוס הארקה נפרד. Components on the top layer are connected to the internal GND plane or internal signal layer via “Vias”.

רכיבים מורכבים על הלוח כדי לאפשר למחשב הלוח לפעול כמתוכנן. The most important thing is PCB function. גם אם נגדי ה- SMT הזעירים אינם ממוקמים כהלכה, או אפילו אם נחתכים מסלולים קטנים מה- PCB, ייתכן שה- PCB לא יפעל. לכן, חשוב להרכיב רכיבים בצורה נכונה. ה- PCB בעת הרכבת רכיבים נקרא PCBA או הרכבה PCB.

בהתאם למפרט המתואר על ידי הלקוח או המשתמש, הפונקציה של הלוח המודרני עשויה להיות מורכבת או פשוטה. PCB size also varies according to requirements.

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

שכבת ועיצוב PCB

כפי שצוין לעיל, קיימות שכבות אות מרובות בין השכבות החיצוניות. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1-מצע: זוהי צלחת קשיחה העשויה מחומר FR-4 שעליה הרכיבים “מלאים” או מרותכים. זה מספק קשיחות ל- 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- מסכת ריתוך: היא מוחלת על השכבות העליונות והתחתונות של הלוח המודרני. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. מסכת הריתוך גם נמנעת מריתוך חלקים לא רצויים ומבטיחה כי הלחמה תיכנס לאזור לריתוך, כגון חורים ורפידות. 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. שכבת המסך מספקת מידע חשוב אודות ה- PCB.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

מחשבי PCB הם רוב מכשירי ה- PCB שאנו רואים בסוגי PCB שונים. אלה הם PCBS קשיחים, קשיחים ויציבים, ובעוביים שונים. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 מייצג “מעכב להבה -4”. המאפיינים של כיבוי עצמי של FR-4 הופכים אותו לשימושי לשימוש במכשירים אלקטרוניים תעשייתיים רבים בעלי ליבה קשה. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. למינציות לבושי נחושת Fr-4 משמשות בעיקר במגברי כוח, ספקי כוח של מצב מיתוג, נהגי מנועי סרוו וכו ‘. מצד שני, מצע PCB קשיח נוסף המשמש בדרך כלל במכשירי חשמל ביתיים ומוצרי IT נקרא PCB פנולי נייר. הם קלים, צפיפות נמוכה, זולים וקלים לחבטות. מחשבונים, מקלדות ועכברים הם חלק מהיישומים שלה.

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.סוגים אלה של PCBS ניתנים ליישומים הדורשים רכיבים תרמיים כגון נוריות בעלות הספק גבוה, דיודות לייזר וכו ‘.

Installation technology type:

SMT: SMT מייצג “טכנולוגיית הר משטח”. רכיבי SMT קטנים מאוד ומגיעים באריזות שונות כגון 0402,0603 1608 לנגדים וקבלים. באופן דומה, עבור ics מעגלים משולבים, יש לנו SOIC, TSSOP, QFP ו- BGA.

הרכבה SMT קשה מאוד לידיים אנושיות ויכולה להיות תהליך של עיבוד זמן, ולכן היא נעשית בעיקר על ידי רובוטים אוטומטיים לאיסוף ומיקום.

THT: THT מייצג טכנולוגיה דרך חור. 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.

דרישות מוקדמות להרכבה:

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. היצרנים חייבים לבצע את שלבי ה- DFM הבסיסיים האלה כדי להבטיח PCB ללא דופי.

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. יש לבדוק חריץ IC/כיוון ראש.

האלמנט הדורש את גוף הקירור צריך שיהיה לו מספיק מקום להכיל אלמנטים אחרים כך שגוף החום לא ייגע.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. כרית וחור דרך לא יחפפו.

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. ב- RayPCB אנו משתמשים בציוד OEM משוכלל לאספקת שירותי OEM PCB, הלחמת גל, בדיקת כרטיסי PCB והרכבת SMT.

תהליך הרכבת PCB (PCBA) שלב אחר שלב:

שלב 1: החל מדבק הלחמה באמצעות תבנית

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. התבנית וה- PCB מוחזקים יחד על ידי מתקן מכני, והדבק הלחמה מוחל באופן שווה על כל הפתחים בלוח באמצעות מוליך. Apply solder paste evenly with applicator. לכן, יש להשתמש במשחת הלחמה מתאימה במוליך. כאשר מוסר המוליך, הדבק יישאר באזור הרצוי של ה- PCB. משחת הלחמה אפורה 96.5% עשויה פח, המכילה 3% כסף ו -0.5% נחושת, ללא עופרת. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

השלב השני של PCBA הוא למקם אוטומטית את רכיבי ה- SMT על הלוח. זה נעשה על ידי שימוש ברובוט בחירה ומקום. ברמת העיצוב, המעצב יוצר קובץ ומספק אותו לרובוט האוטומטי. לקובץ זה יש את קואורדינטות ה- X, Y המתוכנתות מראש של כל רכיב המשמש ב- PCB ומזהה את המיקום של כל הרכיבים. 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.

לפני הופעת מכונות האיסוף וההצבה הרובוטיות, הטכנאים היו אוספים רכיבים באמצעות פינצטה ומניחים אותם על הלוח על ידי התבוננות מוקפדת במיקום והימנעות מלחיצת ידיים. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. אז פוטנציאל הטעות הוא גבוה.

ככל שהטכנולוגיה מתבגרת, רובוטים אוטומטיים שאוספים ומניחים רכיבים מפחיתים את עומס העבודה של טכנאים, ומאפשרים מיקום רכיבים מהיר ומדויק. רובוטים אלה יכולים לעבוד 24/7 ללא עייפות.

שלב 3: ריתוך מחדש

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. הטמפרטורה מספיקה להמיס את הלחמה. לאחר מכן, הלחמה המומסת מחזיקה את הרכיב אל ה- PCB ויוצרת את המפרק. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. זה ייצור חיבור קבוע בין רכיב ה- SMT לבין ה- PCB. במקרה של PCB דו צדדי, כמתואר לעיל, הצד PCB עם פחות רכיבים או קטנים יותר יטופל תחילה משלב 1 עד 3, ולאחר מכן לצד השני.

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

שלב 4: בדיקת ובדיקת איכות

לאחר הלחמה מחודשת, יתכן כי רכיבים אינם מיושרים עקב תנועה לא נכונה במגש הלוח, שעלולה לגרום לחיבורים קצרים או פתוחים. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. בדיקות יכולות להיות ידניות ואוטומטיות.

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. לכן, שיטה זו אינה אפשרית ללוחות SMT מראש בשל תוצאות לא מדויקות. עם זאת, שיטה זו אפשרית לצלחות עם רכיבי THT וצפיפות רכיבים נמוכה יותר.

B. זיהוי אופטי:

שיטה זו אפשרית לכמויות גדולות של PCBS. השיטה משתמשת במכונות אוטומטיות בעלות עוצמה גבוהה ומצלמות ברזולוציה גבוהה המותקנות בזוויות שונות כדי לצפות במפרקי הלחמה מכל הכיוונים. בהתאם לאיכות מפרק ההלחמה, האור ישקף את מפרק ההלחמה בזוויות שונות. 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. יש לבצע בדיקות באופן קבוע על מנת להימנע מעיכובים, עלויות עבודה ועלויות חומר.

שלב 5: קיבוע רכיבים THT וריתוך

רכיבי חור דרך נפוצים בלוחות PCB רבים. These components are also called plated through holes (PTH). מוליכים של רכיבים אלה יעברו דרך חורים ב- PCB. חורים אלה מחוברים לחורים אחרים ודרך חורים באמצעות עקבות נחושת. כאשר אלמנטים THT אלה מוכנסים ומוותכים לתוך החורים הללו, הם מחוברים חשמלית לחורים אחרים באותו הלוח של המעגל המתוכנן. 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. אז שני הסוגים העיקריים של רכיבי THT המרותכים או מורכבים הם

A. ריתוך ידני:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. טכנאי בדרך כלל מוקצה להכניס רכיב אחד בכל פעם ולהעביר את הלוח לטכנאים אחרים שמכניסים רכיב אחר על אותו לוח. לכן לוח המעגלים יועבר סביב פס הייצור כדי לגרום למרכיב ה- PTH למלא אותו. זה גורם לתהליך להיות ארוך, וחברות עיצוב וייצור PCB רבות נמנעות משימוש ברכיבי PTH בעיצובי המעגלים שלהן. אך רכיב ה- PTH נשאר הרכיב האהוב והנפוץ ביותר על ידי רוב מעצבי המעגלים.

B. הלחמת גל:

הגרסה האוטומטית של ריתוך ידני היא ריתוך גל. בשיטה זו, לאחר שמרכיב ה- PTH מונח על הלוח, הלוח המודבע מונח על מסוע ומועבר לתנור ייעודי. כאן, גלי הלחמה מותכת מתיזים לתוך המצע של ה- PCB שבו נמצאים מוליכי הרכיבים. זה ירתך את כל הסיכות באופן מיידי. 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. לאחר מכן, העבר את ה- PCB לבדיקה אחרונה.

שלב 6: בדיקה סופית ובדיקות תפקודיות

PCB מוכן כעת לבדיקה ובדיקה. 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

בדיקה זו משמשת לבדיקת המאפיינים הפונקציונאליים והחשמליים של הלוח המודרני ואימות הנוכחי, המתח, האנלוגי והדיגיטלי של אותות ומעגלים המתוארים בדרישות ה- PCB.

אם כל אחד מהפרמטרים של ה- PCB יראה תוצאות בלתי מקובלות, ה- PCB יושלך או יימחק על פי נהלי החברה הסטנדרטיים. שלב הבדיקה חשוב מכיוון שהוא קובע את ההצלחה או הכישלון של כל תהליך ה- PCBA.

שלב 7: ניקוי סופי, גימור ומשלוח:

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. כלי ניקוי בלחץ גבוה המבוססים על נירוסטה באמצעות מים יונים מספיקים לניקוי כל סוגי הלכלוך. מים לא יונים אינם פוגעים במעגל ה- PCB. לאחר הכביסה, יבש את ה- PCB באוויר דחוס. ה- PCB הסופי מוכן כעת לאריזה ולמשלוח.