現代のテクノロジーに関しては、世界は非常に速い速度で成長しており、その影響は私たちの日常生活に簡単に影響を及ぼします。 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. これらのデバイスのコアは電気工学であり、コアは プリント回路基板 （PCB）。

PCBは通常緑色で、さまざまな電子部品を搭載した剛体です。 These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. PCBは、グラスファイバー製の基板、トレースを構成する銅層、コンポーネントを構成する穴、および内側と外側の層で構成されています。 RayPCBでは、多層プロトタイプ用に最大1〜36層、大量生産用のPCBの複数バッチ用に1〜10層を提供できます。 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. 溶接マスクにより、コンポーネントはトラックまたは他のコンポーネントへの短絡を回避できます。

銅トレースは、PCB上のあるポイントから別のポイントに電子信号を転送するために使用されます。 These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. これらのワイヤは、コンポーネント電源に電力/電力を供給するために太くすることができます。

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”.

コンポーネントはPCB上で組み立てられ、PCBが設計どおりに動作できるようにします。 The most important thing is PCB function. 小さなSMT抵抗が正しく配置されていなくても、またはPCBから小さなトラックが切り取られていても、PCBが機能しない場合があります。 Therefore, it is important to assemble components in a proper way. コンポーネントを組み立てるときのPCBは、PCBAまたはアセンブリPCBと呼ばれます。

お客様またはユーザーが説明する仕様に応じて、PCBの機能は複雑または単純になる場合があります。 PCB size also varies according to requirements.

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

PCB層と設計

上記のように、外側の層の間には複数の信号層があります。 Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1 –基板：これは、コンポーネントが「充填」または溶接されたFR-4材料で作られた剛性プレートです。 これにより、PCBに剛性が提供されます。

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-溶接マスク：PCBの最上層と最下層に適用されます。 This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. 溶接マスクはまた、不要な部品の溶接を回避し、穴やパッドなどの溶接領域にはんだが確実に入るようにします。 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. スクリーン層は、PCBに関する重要な情報を提供します。

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

PCBは、さまざまなタイプのPCBに見られるPCBデバイスのほとんどです。 これらは、さまざまな厚さの、硬く、剛性があり、頑丈なPCBSです。 The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4は「難燃剤-4」の略です。 FR-4の自己消火特性により、多くのハードコア産業用電子機器の使用に役立ちます。 The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Fr-4銅張積層板は、主にパワーアンプ、スイッチングモード電源、サーボモータードライバーなどに使用されます。 一方、家電製品やIT製品で一般的に使用されているもうXNUMXつの硬質PCB基板は、紙フェノールPCBと呼ばれます。 それらは軽く、低密度で、安価で、打ち抜きが簡単です。 電卓、キーボード、マウスはそのアプリケーションの一部です。

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.これらのタイプのPCBSは、高出力LED、レーザーダイオードなどの熱部品を必要とするアプリケーションに使用できます。

Installation technology type:

SMT: SMT stands for “surface mount technology”. SMTコンポーネントはサイズが非常に小さく、抵抗やコンデンサ用の0402,0603などのさまざまなパッケージで提供されます。 同様に、集積回路icには、SOIC、TSSOP、QFP、およびBGAがあります。

SMTの組み立ては人間の手にとって非常に難しく、時間処理プロセスになる可能性があるため、主に自動化されたピックアップおよび配置ロボットによって行われます。

THT：THTはスルーホール技術の略です。 Components with leads and wires, such as resistors, capacitors, inductors, PDIP ics, transformers, transistors, IGBT, MOSFET, etc.

コンポーネントは、一方のコンポーネントのPCBの片側に挿入し、もう一方の側の脚で引っ張って、脚を切断して溶接する必要があります。 THT assembly is usually done by hand welding and is relatively easy.

組み立てプロセスの前提条件：

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. 製造業者は、完璧なPCBを確保するために、これらの基本的なDFM手順を実行する必要があります。

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. ICノッチ/ヘッド方向を確認する必要があります。

ヒートシンクを必要とする要素には、ヒートシンクが接触しないように、他の要素を収容するのに十分なスペースが必要です。

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. パッドとスルーホールは重なってはいけません。

3-ろう付けパッド、太さ、線幅を考慮に入れる必要があります。

By performing DFM inspections, manufacturers can easily reduce manufacturing costs by reducing the number of scrap panels. これは、DFMレベルの障害を回避することにより、高速ステアリングに役立ちます。 At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. RayPCBでは、最先端のOEM機器を使用して、PCB OEMサービス、ウェーブはんだ付け、PCBカードテスト、およびSMTアセンブリを提供しています。

PCBアセンブリ（PCBA）のステップバイステッププロセス：

ステップ1：テンプレートを使用してはんだペーストを塗布します

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. テンプレートとPCBは機械的な固定具によって一緒に保持され、はんだペーストはアプリケーターを介してボードのすべての開口部に均等に塗布されます。 Apply solder paste evenly with applicator. したがって、適切なはんだペーストをアプリケーターで使用する必要があります。 アプリケーターを取り外すと、ペーストはPCBの目的の領域に残ります。 灰色のはんだペースト96.5％はスズ製で、3％の銀と0.5％の銅を含み、鉛は含まれていません。 After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

PCBAのXNUMX番目のステップは、SMTコンポーネントをPCBに自動的に配置することです。 これは、ピックアンドプレースロボットを使用して行われます。 設計レベルでは、設計者はファイルを作成し、それを自動ロボットに提供します。 このファイルには、PCBで使用される各コンポーネントの事前にプログラムされたX、Y座標があり、すべてのコンポーネントの場所を識別します。 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.

ロボットによるピックアップおよび配置マシンが登場する前は、技術者はピンセットを使用してコンポーネントをピックアップし、場所を注意深く見て握手を避けてPCB上に配置していました。 This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. したがって、エラーが発生する可能性が高くなります。

技術が成熟するにつれて、コンポーネントをピックアップして配置する自動ロボットは技術者の作業負荷を軽減し、迅速かつ正確なコンポーネントの配置を可能にします。 これらのロボットは、24時間年中無休で疲れることなく動作します。

ステップ3：リフロー溶接

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. 温度ははんだを溶かすのに十分です。 次に、溶融したはんだがコンポーネントをPCBに保持し、接合部を形成します。 After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. これにより、SMTコンポーネントとPCB間の永続的な接続が確立されます。 両面PCBの場合、前述のように、コンポーネントの数が少ないまたは少ないPCB側は、最初にステップ1から3まで処理され、次に反対側に処理されます。

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ステップ4：品質検査と検査

リフローはんだ付け後、PCBトレイ内の誤った動きが原因でコンポーネントの位置がずれ、接続が短絡または開回路になる可能性があります。 These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. 検査は手動および自動で行うことができます。

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. したがって、この方法は、結果が不正確であるため、高度なSMTボードには適していません。 ただし、この方法は、THTコンポーネントと低いコンポーネント密度を備えたプレートに適しています。

B. 光学的検出：

この方法は、大量のPCBSに適しています。 この方法では、さまざまな角度で取り付けられた高出力および高解像度のカメラを備えた自動化されたマシンを使用して、はんだ接合部をすべての方向から表示します。 はんだ接合の品質に応じて、光はさまざまな角度ではんだ接合で反射します。 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. 遅延、人件費、材料費を避けるために、定期的に検査を実施する必要があります。

ステップ5：THTコンポーネントの固定と溶接

スルーホールコンポーネントは、多くのPCBボードで一般的です。 These components are also called plated through holes (PTH). これらのコンポーネントのリード線は、PCBの穴を通過します。 これらの穴は、銅のトレースによって他の穴や貫通穴に接続されています。 これらのTHTエレメントをこれらの穴に挿入して溶接すると、設計された回路と同じPCB上の他の穴に電気的に接続されます。 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. 手動溶接：

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. 技術者は通常、一度にXNUMXつのコンポーネントを挿入し、同じボードに別のコンポーネントを挿入する他の技術者にボードを渡すように割り当てられます。 したがって、回路基板は組立ラインの周りを移動して、PTHコンポーネントをその上に充填します。 これによりプロセスが長くなり、多くのPCB設計および製造会社は、回路設計でPTHコンポーネントを使用することを避けています。 ただし、PTHコンポーネントは、ほとんどの回路設計者が依然としてお気に入りであり、最も一般的に使用されているコンポーネントです。

B. ウェーブはんだ付け：

手動溶接の自動化バージョンは波溶接です。 この方法では、PTHエレメントがPCBに配置されると、PCBはコンベヤーベルトに配置され、専用オーブンに移動されます。 ここでは、溶融はんだの波が、コンポーネントのリード線が存在するPCBの基板に飛び散ります。 これにより、すべてのピンがすぐに溶接されます。 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. この後、最終検査のためにPCBを移動します。

ステップ6：最終検査と機能テスト

これで、PCBはテストと検査の準備が整いました。 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

このテストは、PCBの機能的および電気的特性をチェックし、PCB要件に記載されている電流、電圧、アナログおよびデジタル信号および回路設計を検証するために使用されます。

PCBのパラメータのいずれかが許容できない結果を示した場合、PCBは、標準的な会社の手順に従って廃棄または廃棄されます。 テストフェーズは、PCBAプロセス全体の成功または失敗を決定するため、重要です。

ステップ7：最終的なクリーニング、仕上げ、発送：

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. あらゆる種類の汚れを洗浄するには、脱イオン水を使用したステンレス鋼ベースの高圧洗浄ツールで十分です。 脱イオン水はPCB回路に損傷を与えません。 洗浄後、PCBを圧縮空気で乾燥させます。 これで、最終的なPCBを梱包して出荷する準備が整いました。