Zrozum proces montażu płytki PCB i poczuj zielony urok PCB

Pod względem nowoczesnej technologii świat rozwija się w bardzo szybkim tempie, a jego wpływ może z łatwością zaistnieć w naszym codziennym życiu. Sposób, w jaki żyjemy, zmienił się dramatycznie, a ten postęp technologiczny doprowadził do powstania wielu zaawansowanych urządzeń, o których nawet nie myśleliśmy 10 lat temu. Sercem tych urządzeń jest elektrotechnika, a rdzeniem Płytka drukowana (PCB).

Płytka drukowana jest zwykle zielona i jest sztywnym korpusem, na którym znajdują się różne elementy elektroniczne. Te elementy są przyspawane do PCB w procesie zwanym „montażem PCB” lub PCBA. PCB składa się z podłoża wykonanego z włókna szklanego, warstw miedzi, które tworzą ślad, otworów tworzących komponent oraz warstw, które mogą być wewnętrzne i zewnętrzne. W RayPCB możemy dostarczyć do 1-36 warstw dla wielowarstwowych PROTOTYPÓW i 1-10 warstw dla wielu partii PCB do produkcji masowej. W przypadku płytek drukowanych jednostronnych i dwustronnych istnieje warstwa zewnętrzna, ale nie ma warstwy wewnętrznej.

ipcb

Podłoże i komponenty są izolowane folią lutowniczą i połączone żywicą epoksydową.Maska spawalnicza może być zielona, ​​niebieska lub czerwona, jak to zwykle bywa w przypadku kolorów PCB. Maska spawalnicza pozwoli komponentowi uniknąć zwarcia do toru lub innych komponentów.

Ścieżki miedziane służą do przesyłania sygnałów elektronicznych z jednego punktu do drugiego na płytce drukowanej. Sygnały te mogą być szybkimi sygnałami cyfrowymi lub dyskretnymi sygnałami analogowymi. Przewody te mogą być grube w celu zapewnienia zasilania/zasilania dla zasilania komponentów.

W większości obwodów drukowanych, które zapewniają wysokie napięcie lub prąd, istnieje osobna płaszczyzna uziemienia. Komponenty w górnej warstwie są połączone z wewnętrzną płaszczyzną GND lub wewnętrzną warstwą sygnału za pomocą „przelotek”.

Komponenty są montowane na płytce drukowanej, aby umożliwić działanie płytki drukowanej zgodnie z projektem. Najważniejsza jest funkcja PCB. Nawet jeśli maleńkie rezystory SMT nie zostaną prawidłowo umieszczone lub nawet jeśli z płytki drukowanej zostaną wycięte małe ścieżki, płytka może nie działać. Dlatego ważne jest, aby montować elementy we właściwy sposób. PCB podczas montażu komponentów nazywa się PCBA lub płytką montażową.

W zależności od specyfikacji opisanych przez klienta lub użytkownika, funkcja PCB może być złożona lub prosta. Rozmiar PCB również różni się w zależności od wymagań.

Proces montażu PCB obejmuje zarówno procesy automatyczne, jak i ręczne, które omówimy.

Warstwa PCB i projekt

Jak wspomniano powyżej, pomiędzy warstwami zewnętrznymi istnieje wiele warstw sygnału. Teraz omówimy rodzaje warstw zewnętrznych i funkcje.

Zrozum proces montażu płytki PCB i poczuj zielony urok PCBD

1 – Podłoże: Jest to sztywna płyta wykonana z materiału FR-4, na której elementy są „wypełniane” lub przyspawane. Zapewnia to sztywność PCB.

2- Warstwa miedzi: Cienka folia miedziana jest nakładana na górną i dolną część PCB, aby utworzyć górny i dolny ślad miedzi.

3- Maska spawalnicza: nakładana jest na górną i dolną warstwę PCB. Służy do tworzenia nieprzewodzących obszarów płytki drukowanej i izolowania ścieżek miedzianych od siebie w celu ochrony przed zwarciami. Maska spawalnicza zapobiega również spawaniu niepożądanych części i zapewnia, że ​​lut dostanie się do obszaru spawania, takiego jak otwory i podkładki. Otwory te łączą komponent THT z płytką drukowaną, podczas gdy PAD służy do przytrzymywania komponentu SMT.

4- Ekran: Białe etykiety, które widzimy na PCB dla kodów komponentów, takich jak R1, C1 lub jakiś opis na PCB lub logo firmy, są wykonane z warstw ekranu. Warstwa ekranu dostarcza ważnych informacji o PCB.

Istnieją 3 rodzaje PCB zgodnie z klasyfikacją podłoża

1- Sztywna płytka drukowana:

PCB to większość urządzeń PCB, które widzimy w różnych typach PCB. Są to twarde, sztywne i wytrzymałe obwody drukowane o różnych grubościach. Głównym materiałem jest włókno szklane lub po prostu „FR4”. FR4 oznacza „opóźniacz płomienia-4”. Właściwości samogasnące FR-4 sprawiają, że jest on przydatny do stosowania w wielu twardych przemysłowych urządzeniach elektronicznych. FR-4 ma po obu stronach cienkie warstwy folii miedzianej, zwanej również laminatami pokrytymi miedzią. Laminaty platerowane miedzią Fr-4 są stosowane głównie we wzmacniaczach mocy, zasilaczach impulsowych, sterownikach serwomotorów itp. Z drugiej strony, innym sztywnym podłożem PCB powszechnie stosowanym w sprzęcie AGD i produktach IT jest papierowy PCB fenolowy. Są lekkie, o małej gęstości, tanie i łatwe do dziurkowania. Kalkulatory, klawiatury i myszy to tylko niektóre z jego zastosowań.

2- Elastyczna płytka drukowana:

Wykonane z materiałów podłoża, takich jak Kapton, elastyczne PCB mogą wytrzymać bardzo wysokie temperatury, a ich grubość wynosi nawet 0.005 cala. Można go łatwo wygiąć i użyć w złączach do urządzeń elektronicznych do noszenia, monitorów LCD lub laptopów, klawiatur i aparatów fotograficznych itp.

Płytka z 3-metalowym rdzeniem:

Ponadto można zastosować inne podłoże PCB, takie jak aluminium, które jest bardzo wydajne w chłodzeniu.Tego typu płytki PCB mogą być używane w aplikacjach wymagających elementów termicznych, takich jak diody LED dużej mocy, diody laserowe itp.

Rodzaj technologii instalacji:

SMT: SMT oznacza „technologię montażu powierzchniowego”. Komponenty SMT są bardzo małe i są dostępne w różnych opakowaniach, takich jak 0402,0603 1608 dla rezystorów i kondensatorów. Podobnie dla układów scalonych mamy SOIC, TSSOP, QFP i BGA.

Montaż SMT jest bardzo trudny dla ludzkich rąk i może być procesem czasowym, dlatego jest wykonywany głównie przez zautomatyzowane roboty podnoszące i umieszczające.

THT: THT oznacza technologię przewlekaną. Komponenty z wyprowadzeniami i przewodami, takie jak rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne, układy PDIP, transformatory, tranzystory, IGBT, MOSFET itp.

Elementy należy włożyć z jednej strony PCB na jeden element i pociągnąć za nogę z drugiej strony, przeciąć nogę i spawać. Montaż THT jest zwykle wykonywany przez spawanie ręczne i jest stosunkowo łatwy.

Warunki wstępne procesu montażu:

Przed faktycznym procesem produkcji i montażu PCB, producent sprawdza PCB pod kątem wszelkich wad lub błędów w PCB, które mogłyby spowodować awarię. Proces ten nazywa się procesem projektowania produkcyjnego (DFM). Producenci muszą wykonać te podstawowe kroki DFM, aby zapewnić bezbłędną płytkę drukowaną.

1- Uwagi dotyczące układu elementów: Otwory przelotowe należy sprawdzić pod kątem elementów z polaryzacją. Podobnie jak kondensatory elektrolityczne, należy sprawdzić polaryzację, sprawdzić polaryzację anody i katody, sprawdzić polaryzację kondensatora tantalowego SMT. Należy sprawdzić kierunek nacięcia/głowicy IC.

Element wymagający radiatora powinien mieć wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić inne elementy, aby radiator się nie stykał.

Rozstaw 2 otworów i otworów przelotowych:

Należy sprawdzić odstępy między otworami oraz między otworami i śladami. Podkładka i otwór przelotowy nie mogą zachodzić na siebie.

3- Podkładka lutownicza, grubość, szerokość linii należy uwzględnić.

Przeprowadzając inspekcje DFM, producenci mogą łatwo obniżyć koszty produkcji, zmniejszając liczbę paneli złomu. Pomoże to w szybkim sterowaniu poprzez uniknięcie awarii na poziomie DFM. W RayPCB zapewniamy kontrolę DFM i DFT w montażu obwodów i prototypowaniu. W RayPCB używamy najnowocześniejszego sprzętu OEM do świadczenia usług PCB OEM, lutowania na fali, testowania kart PCB i montażu SMT.

Proces montażu PCB (PCBA) krok po kroku:

Krok 1: Zastosuj pastę lutowniczą za pomocą szablonu

Najpierw nakładamy pastę lutowniczą na obszar PCB, który pasuje do komponentu. Odbywa się to poprzez nałożenie pasty lutowniczej na szablon ze stali nierdzewnej. Szablon i płytka PCB są utrzymywane razem za pomocą uchwytu mechanicznego, a pasta lutownicza jest nakładana równomiernie na wszystkie otwory w płytce za pomocą aplikatora. Nałożyć równomiernie pastę lutowniczą aplikatorem. Dlatego w aplikatorze należy zastosować odpowiednią pastę lutowniczą. Po wyjęciu aplikatora pasta pozostanie w żądanym obszarze płytki PCB. Szara pasta lutownicza 96.5% wykonana z cyny, zawierająca 3% srebra i 0.5% miedzi, bezołowiowa. Po podgrzaniu w kroku 3 pasta lutownicza stopi się i utworzy silne wiązanie.

Krok 2: Automatyczne rozmieszczenie komponentów:

Drugim krokiem PCBA jest automatyczne umieszczenie komponentów SMT na PCB. Odbywa się to za pomocą robota typu pick and place. Na poziomie projektu projektant tworzy plik i przekazuje go zautomatyzowanemu robotowi. Ten plik ma zaprogramowane współrzędne X, Y każdego komponentu użytego w PCB i identyfikuje lokalizację wszystkich komponentów. Wykorzystując te informacje, robot musi jedynie dokładnie umieścić urządzenie SMD na płytce. Robot pick and place pobierze komponenty ze swojego urządzenia próżniowego i umieści je dokładnie na paście lutowniczej.

Przed pojawieniem się zrobotyzowanych maszyn do podnoszenia i umieszczania, technicy zbierali komponenty za pomocą pęsety i umieszczali je na płytce drukowanej, uważnie przyglądając się lokalizacji i unikając drżenia rąk. Powoduje to wysoki poziom zmęczenia i słabe widzenie techników oraz prowadzi do powolnego procesu montażu PCB dla części SMT. Potencjał błędu jest więc wysoki.

W miarę dojrzewania technologii zautomatyzowane roboty, które podnoszą i umieszczają komponenty, zmniejszają obciążenie techników, umożliwiając szybkie i dokładne umieszczanie komponentów. Roboty te mogą pracować 24/7 bez zmęczenia.

Krok 3: Spawanie rozpływowe

Trzecim krokiem po ustawieniu elementów i nałożeniu pasty lutowniczej jest zgrzewanie refluksowe. Spawanie rozpływowe to proces umieszczania PCB na taśmie przenośnika z komponentami. Przenośnik przenosi następnie płytkę drukowaną i elementy do dużego pieca, który wytwarza temperaturę 250 o C. Temperatura jest wystarczająca do stopienia lutowia. Stopiony lut utrzymuje następnie element na płytce drukowanej i tworzy złącze. Po obróbce w wysokiej temperaturze PCB wchodzi do chłodnicy. Chłodnice te następnie zestalają połączenia lutowane w kontrolowany sposób. Ustanowi to trwałe połączenie między komponentem SMT a płytką drukowaną. W przypadku dwustronnej płytki drukowanej, jak opisano powyżej, strona płytki z mniejszą lub mniejszą liczbą elementów zostanie poddana obróbce najpierw w krokach od 1 do 3, a następnie po drugiej stronie.

Zrozum proces montażu płytki PCB i poczuj zielony urok PCBD

Krok 4: Kontrola jakości i inspekcja

Po lutowaniu rozpływowym możliwe jest, że komponenty są niewspółosiowe z powodu nieprawidłowego ruchu w tacy PCB, co może skutkować zwarciem lub przerwaniem połączeń. Te wady muszą zostać zidentyfikowane, a ten proces identyfikacji nazywa się inspekcją. Inspekcje mogą być ręczne i zautomatyzowane.

A. Sprawdzenie ręczne:

Ponieważ płytka drukowana ma małe elementy SMT, kontrola wzrokowa płytki pod kątem niewspółosiowości lub awarii może spowodować zmęczenie technika i zmęczenie oczu. Dlatego ta metoda nie jest możliwa dla zaawansowanych płyt SMT ze względu na niedokładne wyniki. Metoda ta jest jednak możliwa do zastosowania w przypadku płyt ze składnikami THT i niższymi gęstościami składników.

B. Detekcja optyczna:

Ta metoda jest możliwa do zastosowania w przypadku dużych ilości PCB. Metoda wykorzystuje zautomatyzowane maszyny z kamerami o dużej mocy i wysokiej rozdzielczości zamontowanymi pod różnymi kątami, aby oglądać połączenia lutowane ze wszystkich kierunków. W zależności od jakości złącza lutowanego światło będzie odbijać się od złącza lutowanego pod różnymi kątami. Ta automatyczna maszyna do kontroli optycznej (AOI) jest bardzo szybka i może przetwarzać duże ilości PCB w bardzo krótkim czasie.

CX – inspekcja promieniami:

Aparat rentgenowski pozwala technikom skanować PCB, aby zobaczyć wewnętrzne defekty. Nie jest to powszechna metoda inspekcji i jest stosowana tylko w przypadku złożonych i zaawansowanych PCB. W przypadku nieprawidłowego zastosowania te metody kontroli mogą spowodować przeróbkę lub dezaktualizację PCB. Kontrole należy przeprowadzać regularnie, aby uniknąć opóźnień, kosztów pracy i materiałów.

Krok 5: Mocowanie i spawanie elementów THT

Komponenty przewlekane są powszechne na wielu płytkach PCB. Elementy te nazywane są również otworami przelotowymi platerowanymi (PTH). Przewody tych elementów przejdą przez otwory w płytce drukowanej. Otwory te są połączone z innymi otworami i otworami przelotowymi za pomocą miedzianych śladów. Gdy te elementy THT są włożone i przyspawane do tych otworów, są one elektrycznie połączone z innymi otworami na tej samej płytce drukowanej, co projektowany obwód. Te PCB mogą zawierać niektóre elementy THT i wiele elementów SMD, więc opisana powyżej metoda spawania nie jest odpowiednia dla elementów THT w przypadku elementów SMT, takich jak spawanie rozpływowe. Tak więc dwa główne typy komponentów THT, które są spawane lub montowane, to:

A. Spawanie ręczne:

Metody spawania ręcznego są powszechne i często wymagają więcej czasu niż zautomatyzowana konfiguracja SMT. Technik jest zazwyczaj przydzielany do wkładania jednego komponentu na raz i przekazywania płyty innym technikom wstawiającym inny komponent na tej samej płytce. Dlatego płytka drukowana zostanie przesunięta wokół linii montażowej, aby wypełnić ją komponentem PTH. To sprawia, że ​​proces jest długotrwały, a wiele firm zajmujących się projektowaniem i produkcją PCB unika stosowania komponentów PTH w swoich projektach obwodów. Ale komponent PTH pozostaje ulubionym i najczęściej używanym komponentem przez większość projektantów obwodów.

B. Lutowanie na fali:

Zautomatyzowaną wersją spawania ręcznego jest spawanie falowe. W tej metodzie po umieszczeniu elementu PTH na PCB, PCB umieszcza się na taśmie transportowej i przenosi do dedykowanego pieca. W tym przypadku fale stopionego lutowia rozpryskują się na podłożu płytki drukowanej, w której znajdują się przewody składowe. Spowoduje to natychmiastowe spawanie wszystkich kołków. Jednak ta metoda działa tylko z jednostronnymi PCB, a nie z dwustronnymi PCB, ponieważ stopiony lut po jednej stronie PCB może uszkodzić komponenty po drugiej. Następnie przenieś PCB do ostatecznej kontroli.

Krok 6: Kontrola końcowa i testy funkcjonalne

PCB jest teraz gotowe do testów i inspekcji. Jest to test funkcjonalny, w którym sygnały elektryczne i zasilanie są podawane do PCB na określonych pinach, a wyjście jest sprawdzane w określonym punkcie testowym lub złączu wyjściowym. Ten test wymaga typowych przyrządów laboratoryjnych, takich jak oscyloskopy, multimetry cyfrowe i generatory funkcji

Ten test służy do sprawdzania właściwości funkcjonalnych i elektrycznych płytki drukowanej oraz walidacji prądu, napięcia, sygnałów analogowych i cyfrowych oraz projektów obwodów opisanych w wymaganiach dotyczących płytki drukowanej

Jeśli którykolwiek z parametrów płytki PCB wykaże nieakceptowalne wyniki, płytka zostanie wyrzucona lub złomowana zgodnie ze standardowymi procedurami firmy. Faza testowania jest ważna, ponieważ determinuje sukces lub porażkę całego procesu PCBA.

Krok 7: Końcowe sprzątanie, wykończenie i wysyłka:

Teraz, gdy płytka PCB została przetestowana we wszystkich aspektach i uznana za normalną, nadszedł czas, aby usunąć niechciany resztkowy topnik, brud po palcach i olej. Wysokociśnieniowe narzędzia czyszczące wykonane ze stali nierdzewnej, wykorzystujące wodę dejonizowaną, są wystarczające do czyszczenia wszystkich rodzajów zabrudzeń. Woda dejonizowana nie uszkadza obwodu PCB. Po umyciu osusz PCB sprężonym powietrzem. Ostateczna płytka drukowana jest teraz gotowa do zapakowania i wysyłki.