Op het gebied van moderne technologie groeit de wereld in een zeer snel tempo en de invloed ervan kan gemakkelijk een rol spelen in ons dagelijks leven. De manier waarop we leven is drastisch veranderd en deze technologische vooruitgang heeft geleid tot veel geavanceerde apparaten waar we 10 jaar geleden niet eens aan hadden gedacht. De kern van deze apparaten is elektrotechniek en de kern is: printplaat (PCB).

Een PCB is meestal groen en is een stijf lichaam met verschillende elektronische componenten erop. Deze componenten worden aan de PCB gelast in een proces dat “PCB-assemblage” of PCBA wordt genoemd. De PCB bestaat uit een substraat gemaakt van glasvezel, koperlagen waaruit het spoor bestaat, gaten waaruit het onderdeel bestaat en lagen die binnen en buiten kunnen zijn. Bij RayPCB kunnen we maximaal 1-36 lagen leveren voor meerlaagse PROTOTYPES en 1-10 lagen voor meerdere batches PCB’s voor volumeproductie. Voor enkelzijdige en dubbelzijdige printplaten bestaat een buitenlaag maar geen binnenlaag.

The substrate and components are insulated with solder film and held together with epoxy resin.Het lasmasker kan groen, blauw of rood zijn, zoals gebruikelijk is bij PCB-kleuren. Het lasmasker zorgt ervoor dat het onderdeel kortsluiting met de baan of andere onderdelen kan voorkomen.

Kopersporen worden gebruikt om elektronische signalen van het ene punt naar het andere op een PCB over te brengen. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Deze draden kunnen dik worden gemaakt om stroom/stroom te leveren voor de voeding van de componenten.

In de meeste printplaten die hoge spanning of stroom leveren, is er een apart aardingsvlak. Componenten op de bovenste laag zijn via “Vias” verbonden met het interne GND-vlak of interne signaallaag.

Componenten worden op de printplaat geassembleerd om de printplaat te laten werken zoals ontworpen. Het belangrijkste is de PCB-functie. Zelfs als de kleine SMT-weerstanden niet correct zijn geplaatst, of zelfs als er kleine sporen uit de PCB worden gesneden, werkt de PCB mogelijk niet. Daarom is het belangrijk om componenten op een goede manier in elkaar te zetten. De PCB bij het assembleren van componenten wordt PCBA of montage-PCB genoemd.

Afhankelijk van de specificaties beschreven door de klant of gebruiker, kan de functie van de printplaat complex of eenvoudig zijn. PCB-afmetingen variëren ook afhankelijk van de vereisten.

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

PCB-laag en ontwerp

Zoals hierboven vermeld, zijn er meerdere signaallagen tussen de buitenste lagen. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

Begrijp het assemblageproces van printplaten en voel de groene charme van PCBD

1 – Substraat: Dit is een stijve plaat gemaakt van FR-4 materiaal waarop de componenten worden “gevuld” of gelast. Dit zorgt voor stijfheid voor de printplaat.

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- Lasmasker: het wordt aangebracht op de bovenste en onderste lagen van de 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. Het lasmasker vermijdt ook het lassen van ongewenste onderdelen en zorgt ervoor dat soldeer in het lasgebied komt, zoals gaten en pads. Deze gaten verbinden de THT-component met de PCB terwijl de PAD wordt gebruikt om de SMT-component vast te houden.

4- Scherm: De witte labels die we op PCBS zien voor componentcodes, zoals R1, C1 of een beschrijving op PCBS of bedrijfslogo’s, zijn allemaal gemaakt van schermlagen. De schermlaag geeft belangrijke informatie over de printplaat.

Er zijn 3 soorten PCBS volgens de substraatclassificatie:

1- Rigid PCB:

PCB’s zijn de meeste PCB-apparaten die we in verschillende soorten PCB’s zien. Dit zijn harde, stijve en stevige printplaten, met verschillende diktes. Het belangrijkste materiaal is glasvezel of eenvoudig “FR4”. FR4 staat voor “vlamvertrager-4”. De zelfdovende eigenschappen van de FR-4 maken hem geschikt voor het gebruik van veel industriële elektronische apparaten met een harde kern. De FR-4 heeft aan beide zijden dunne laagjes koperfolie, ook wel copper-clad laminaten genoemd. Fr-4 met koper beklede laminaten worden voornamelijk gebruikt in eindversterkers, schakelende voedingen, servomotordrivers, enz. Aan de andere kant wordt een ander rigide PCB-substraat dat vaak wordt gebruikt in huishoudelijke apparaten en IT-producten, papieren fenol-PCB’s genoemd. Ze zijn licht, lage dichtheid, goedkoop en gemakkelijk te ponsen. Rekenmachines, toetsenborden en muizen zijn enkele van de toepassingen.

2- Flexible PCB:

Gemaakt van substraatmaterialen zoals Kapton, zijn flexibele PCB’s bestand tegen zeer hoge temperaturen en zijn ze zo dik als 0.005 inch. It can be easily bent and used in connectors for wearable electronics, LCD monitors or laptops, keyboards and cameras, etc.

PCB met 3 metalen kernen:

Bovendien kan een ander PCB-substraat worden gebruikt, zoals aluminium, dat zeer efficiënt is voor koeling.Dit type PCB’s kan worden gebruikt voor toepassingen die thermische componenten vereisen, zoals high power leds, laserdiodes, enz.

Installation technology type:

SMT: SMT staat voor “surface mount technology”. SMT-componenten zijn erg klein van formaat en worden geleverd in verschillende pakketten, zoals 0402,0603 1608 voor weerstanden en condensatoren. Op dezelfde manier hebben we voor geïntegreerde schakelingen SOIC, TSSOP, QFP en BGA.

SMT-assemblage is erg moeilijk voor mensenhanden en kan een tijdrovend proces zijn, dus het wordt voornamelijk gedaan door geautomatiseerde ophaal- en plaatsingsrobots.

THT: THT staat voor through-hole technologie. Components with leads and wires, such as resistors, capacitors, inductors, PDIP ics, transformers, transistors, IGBT, MOSFET, etc.

De componenten moeten aan één kant van de print op één component worden geplaatst en aan de andere kant aan het been worden getrokken, het been doorsnijden en vastlassen. THT-montage gebeurt meestal met de hand en is relatief eenvoudig.

Vereisten voor het montageproces:

Voorafgaand aan het eigenlijke PCB-fabricage- en PCB-assemblageproces, controleert de fabrikant de PCB op eventuele defecten of fouten in de PCB die de storing zouden kunnen veroorzaken. Dit proces wordt het Manufacturing Design (DFM) proces genoemd. Fabrikanten moeten deze basis DFM-stappen uitvoeren om een ​​foutloze PCB te garanderen.

1- Overwegingen bij de lay-out van componenten: Doorlopende gaten moeten worden gecontroleerd op componenten met polariteit. Net als elektrolytische condensatoren moeten de polariteit, diode-anode en kathode polariteit worden gecontroleerd, SMT tantaal condensator polariteit controleren. IC-inkeping/koprichting moet worden gecontroleerd.

Het element waarvoor het koellichaam nodig is, moet voldoende ruimte hebben voor andere elementen, zodat het koellichaam elkaar niet raakt.

Afstand tussen 2 gaten en doorgaande gaten:

De afstand tussen gaten en tussen gaten en sporen moet worden gecontroleerd. Pad en doorgaand gat mogen elkaar niet overlappen.

3- Brazing pad, thickness, line width shall be taken into account.

Door DFM-inspecties uit te voeren, kunnen fabrikanten gemakkelijk de productiekosten verlagen door het aantal schrootpanelen te verminderen. This will help in fast steering by avoiding DFM level failures. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. Bij RayPCB gebruiken we ultramoderne OEM-apparatuur om OEM-services voor PCB’s, golfsolderen, PCB-kaarttesten en SMT-assemblage te bieden.

PCB-assemblage (PCBA) stapsgewijs proces:

Stap 1: Breng soldeerpasta aan met behulp van sjabloon

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. De sjabloon en PCB worden bij elkaar gehouden door een mechanische bevestiging en de soldeerpasta wordt gelijkmatig aangebracht op alle openingen in het bord via een applicator. Breng de soldeerpasta gelijkmatig aan met de applicator. Daarom moet geschikte soldeerpasta in de applicator worden gebruikt. Wanneer de applicator wordt verwijderd, blijft de pasta op het gewenste gebied van de PCB achter. Grijze soldeerpasta 96.5% van tin, met 3% zilver en 0.5% koper, loodvrij. Na verwarming in stap 3 zal de soldeerpasta smelten en een sterke binding vormen.

Step 2: Automatic placement of components:

De tweede stap van PCBA is het automatisch plaatsen van de SMT-componenten op de PCB. Dit wordt gedaan door gebruik te maken van een pick and place robot. Op ontwerpniveau maakt de ontwerper een bestand aan en levert dit aan de geautomatiseerde robot. Dit bestand bevat de voorgeprogrammeerde X-, Y-coördinaten van elk onderdeel dat in de PCB wordt gebruikt en identificeert de locatie van alle onderdelen. Using this information, the robot only needs to place the SMD device accurately on the board. De pick-and-place-robot pakt componenten uit zijn vacuümarmatuur en plaatst ze nauwkeurig op de soldeerpasta.

Voorafgaand aan de komst van robotachtige ophaal- en plaatsingsmachines, pakten technici componenten op met een pincet en plaatsten ze op de printplaat door zorgvuldig naar de locatie te kijken en handen schudden te vermijden. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. De kans op fouten is dus groot.

Naarmate de technologie volwassener wordt, verminderen geautomatiseerde robots die componenten oppakken en plaatsen de werklast van technici, waardoor een snelle en nauwkeurige plaatsing van componenten mogelijk wordt. Deze robots kunnen 24/7 werken zonder vermoeidheid.

Stap 3: Reflow-lassen

De derde stap na het opzetten van de elementen en het aanbrengen van de soldeerpasta is het refluxlassen. Reflow-lassen is het proces waarbij de printplaat met componenten op een transportband wordt geplaatst. De transportband verplaatst vervolgens de printplaat en componenten naar een grote oven, die een temperatuur van 250 o C produceert. De temperatuur is voldoende om het soldeer te smelten. Het gesmolten soldeer houdt vervolgens het onderdeel op de printplaat en vormt de verbinding. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Hiermee wordt een permanente verbinding tot stand gebracht tussen de SMT-component en de printplaat. Bij een dubbelzijdige print, zoals hierboven beschreven, wordt eerst de printzijde met minder of kleinere componenten behandeld van stap 1 t/m 3, en dan naar de andere kant.

Begrijp het assemblageproces van printplaten en voel de groene charme van PCBD

Stap 4: Kwaliteitsinspectie en inspectie

Na reflow-solderen is het mogelijk dat componenten niet goed zijn uitgelijnd door een verkeerde beweging in de printplaat, wat kan leiden tot kortsluiting of open circuitverbindingen. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Inspecties kunnen handmatig en geautomatiseerd zijn.

A. Handmatige controle:

Because the PCB has small SMT components, visual inspection of the board for any misalignment or malfunction can cause technician fatigue and eye strain. Daarom is deze methode niet haalbaar voor geavanceerde SMT-kaarten vanwege onnauwkeurige resultaten. Deze methode is echter haalbaar voor platen met THT-componenten en lagere componentdichtheden.

B. Optische detectie:

Deze methode is haalbaar voor grote hoeveelheden PCBS. De methode maakt gebruik van geautomatiseerde machines met camera’s met een hoog vermogen en een hoge resolutie die onder verschillende hoeken zijn gemonteerd om de soldeerverbindingen vanuit alle richtingen te bekijken. Afhankelijk van de kwaliteit van de soldeerverbinding zal het licht onder verschillende hoeken weerkaatsen op de soldeerverbinding. Deze automatische optische inspectie (AOI) machine is zeer snel en kan in zeer korte tijd grote hoeveelheden PCBS verwerken.

CX – straalinspectie:

Met de röntgenmachine kunnen technici de PCB scannen om interne defecten te zien. Dit is geen gangbare inspectiemethode en wordt alleen gebruikt voor complexe en geavanceerde printplaten. Als deze inspectiemethoden niet correct worden gebruikt, kunnen ze leiden tot herbewerking of veroudering van PCB’s. Er moeten regelmatig inspecties worden uitgevoerd om vertragingen, arbeids- en materiaalkosten te voorkomen.

Stap 5: THT component fixatie en lassen

Through-hole componenten zijn gebruikelijk op veel printplaten. These components are also called plated through holes (PTH). De draden van deze componenten gaan door gaten in de printplaat. Deze gaten zijn verbonden met andere gaten en doorgaande gaten door koperen sporen. Wanneer deze THT-elementen in deze gaten worden gestoken en gelast, worden ze elektrisch verbonden met andere gaten op dezelfde PCB als het ontworpen circuit. Deze PCB’s kunnen enkele THT-componenten en veel SMD-componenten bevatten, dus de hierboven beschreven lasmethode is niet geschikt voor THT-componenten in het geval van SMT-componenten zoals reflow-lassen. Dus de twee belangrijkste soorten THT-componenten die worden gelast of geassembleerd zijn:

A. Handmatig lassen:

Handmatige lasmethoden zijn gebruikelijk en vergen vaak meer tijd dan een geautomatiseerde instelling voor SMT. Een technicus wordt meestal toegewezen om één component tegelijk in te voegen en het bord door te geven aan andere technici die een ander onderdeel op hetzelfde bord plaatsen. Daarom zal de printplaat over de assemblagelijn worden verplaatst om de PTH-component erop te laten vullen. Dit maakt het proces lang en veel PCB-ontwerp- en productiebedrijven vermijden het gebruik van PTH-componenten in hun circuitontwerpen. Maar de PTH-component blijft de favoriete en meest gebruikte component van de meeste circuitontwerpers.

B. Golf solderen:

De geautomatiseerde versie van handmatig lassen is golflassen. Bij deze methode wordt, zodra het PTH-element op de PCB is geplaatst, de PCB op een transportband geplaatst en naar een speciale oven verplaatst. Hier spatten golven van gesmolten soldeer in het substraat van de PCB waar de componentleidingen aanwezig zijn. Hierdoor worden alle pinnen onmiddellijk gelast. Deze methode werkt echter alleen met enkelzijdige PCB’s en niet met dubbelzijdige PCB’s, omdat gesmolten soldeer aan de ene kant van de PCB componenten aan de andere kant kan beschadigen. Verplaats daarna de printplaat voor de eindinspectie.

Stap 6: Eindinspectie en functioneel testen

PCB is nu klaar voor testen en inspectie. 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

Deze test wordt gebruikt om de functionele en elektrische kenmerken van de PCB te controleren en de stroom-, spannings-, analoge en digitale signaal- en circuitontwerpen te valideren die zijn beschreven in de PCB-vereisten

Als een van de parameters van de PCB onaanvaardbare resultaten laat zien, zal de PCB worden weggegooid of vernietigd volgens de standaard bedrijfsprocedures. De testfase is belangrijk omdat deze het succes of falen van het hele PCBA-proces bepaalt.

Stap 7: Eindschoonmaak, afwerking en verzending:

Nu de PCB in alle aspecten is getest en normaal is verklaard, is het tijd om ongewenste reststroom, vingervuil en olie op te ruimen. Hogedrukreinigers op basis van roestvrij staal met gedeïoniseerd water zijn voldoende om alle soorten vuil te verwijderen. Gedeïoniseerd water beschadigt het PCB-circuit niet. Droog de print na het wassen met perslucht. De uiteindelijke PCB is nu klaar om te worden verpakt en verzonden.