Entenda o processo de montagem da placa PCB e sinta o charme verde do PCB

Em termos de tecnologia moderna, o mundo está crescendo em um ritmo muito rápido e sua influência pode facilmente entrar em ação em nossa vida diária. A forma como vivemos mudou drasticamente e este avanço tecnológico levou a muitos dispositivos avançados que nem sequer pensávamos há 10 anos. O núcleo desses dispositivos é a engenharia elétrica, e o núcleo é placa de circuito impresso (PCB).

Um PCB geralmente é verde e é um corpo rígido com vários componentes eletrônicos. Esses componentes são soldados ao PCB em um processo denominado “montagem do PCB” ou PCBA. O PCB consiste em um substrato feito de fibra de vidro, camadas de cobre que compõem o traço, orifícios que compõem o componente e camadas que podem ser internas e externas. Na RayPCB, podemos fornecer até 1-36 camadas para PROTÓTIPOS multicamadas e 1-10 camadas para vários lotes de PCB para produção de volume. Para PCBS de um lado e de dois lados, existe uma camada externa, mas nenhuma camada interna.

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O substrato e os componentes são isolados com filme de solda e mantidos juntos com resina epóxi.A máscara de soldagem pode ser verde, azul ou vermelha, como é comum nas cores do PCB. A máscara de soldagem permitirá que o componente evite curto-circuito na pista ou em outros componentes.

Traços de cobre são usados ​​para transferir sinais eletrônicos de um ponto a outro em um PCB. Esses sinais podem ser sinais digitais de alta velocidade ou sinais analógicos discretos. Esses fios podem ser espessos para fornecer energia / energia para a fonte de alimentação dos componentes.

Na maioria das PCBS que fornecem alta tensão ou corrente, há um plano de aterramento separado. Os componentes na camada superior são conectados ao plano GND interno ou camada de sinal interna via “Vias”.

Os componentes são montados no PCB para permitir que o PCB opere conforme projetado. O mais importante é a função PCB. Mesmo se os minúsculos resistores SMT não forem colocados corretamente, ou mesmo se pequenas trilhas forem cortadas do PCB, o PCB pode não funcionar. Portanto, é importante montar os componentes de maneira adequada. O PCB durante a montagem de componentes é denominado PCBA ou PCB de montagem.

Dependendo das especificações descritas pelo cliente ou usuário, a função do PCB pode ser complexa ou simples. O tamanho do PCB também varia de acordo com os requisitos.

O processo de montagem de PCB tem processos automáticos e manuais, que discutiremos.

Camada PCB e design

Como mencionado acima, existem várias camadas de sinal entre as camadas externas. Agora vamos discutir os tipos de camadas externas e funções.

Entenda o processo de montagem da placa PCB e sinta o charme verde do PCBD

1 – Substrato: É uma placa rígida de material FR-4 sobre a qual os componentes são “preenchidos” ou soldados. Isso fornece rigidez para o PCB.

2- Camada de cobre: ​​Uma folha fina de cobre é aplicada na parte superior e inferior do PCB para fazer o traço de cobre superior e inferior.

3- Máscara de soldagem: É aplicada nas camadas superior e inferior do PCB. Isso é usado para criar áreas não condutoras do PCB e isolar os vestígios de cobre uns dos outros para proteger contra curtos-circuitos. A máscara de soldagem também evita soldar peças indesejadas e garante que a solda entre na área de soldagem, como orifícios e almofadas. Esses orifícios conectam o componente THT ao PCB enquanto o PAD é usado para segurar o componente SMT.

4- Tela: As etiquetas brancas que vemos no PCBS para códigos de componentes, como R1, C1 ou alguma descrição em PCBS ou logotipos da empresa, são todos feitos de camadas de tela. A camada da tela fornece informações importantes sobre o PCB.

Existem 3 tipos de PCBS de acordo com a classificação do substrato

1- PCB rígido:

PCBs são a maioria dos dispositivos PCB que vemos em vários tipos de PCBs. São PCBS duros, rígidos e resistentes, com diferentes espessuras. O material principal é a fibra de vidro ou simplesmente “FR4”. FR4 significa “retardador de chama-4”. As características autoextinguíveis do FR-4 o tornam útil para o uso de muitos dispositivos eletrônicos industriais hard-core. O FR-4 possui camadas finas de folha de cobre em ambos os lados, também conhecidas como laminados revestidos de cobre. Os laminados revestidos de cobre Fr-4 são usados ​​principalmente em amplificadores de potência, fontes de alimentação de modo de comutação, drivers de servo motor, etc. Por outro lado, outro substrato rígido de PCB comumente usado em eletrodomésticos e produtos de TI é chamado de PCB fenólico de papel. São leves, de baixa densidade, baratos e fáceis de perfurar. Calculadoras, teclados e mouses são algumas de suas aplicações.

2- PCB flexível:

Feito de materiais de substrato como Kapton, o PCBS flexível pode resistir a temperaturas muito altas, tendo até 0.005 polegadas de espessura. Ele pode ser facilmente dobrado e usado em conectores para eletrônicos vestíveis, monitores LCD ou laptops, teclados e câmeras, etc.

PCB com núcleo de 3 metais:

Além disso, outro substrato de PCB pode ser usado como alumínio, que é muito eficiente para resfriamento.Esses tipos de PCBS podem ser usados ​​para aplicações que requerem componentes térmicos, como leds de alta potência, diodos laser, etc.

Tipo de tecnologia de instalação:

SMT: SMT significa “tecnologia de montagem em superfície”. Os componentes SMT são muito pequenos em tamanho e vêm em vários pacotes, como 0402,0603 1608 para resistores e capacitores. Da mesma forma, para circuitos integrados ics, temos SOIC, TSSOP, QFP e BGA.

A montagem do SMT é muito difícil para as mãos humanas e pode ser um processo de processamento de tempo, portanto, é feito principalmente por robôs de coleta e colocação automatizados.

THT: THT significa tecnologia de furo passante. Componentes com condutores e fios, como resistores, capacitores, indutores, PDIP ics, transformadores, transistores, IGBT, MOSFET, etc.

Os componentes devem ser inseridos em um lado da placa de circuito impresso em um componente e puxados pela perna do outro lado, cortar a perna e soldar. A montagem do THT é geralmente feita por soldagem manual e é relativamente fácil.

Pré-requisitos do processo de montagem:

Antes da fabricação real do PCB e do processo de montagem do PCB, o fabricante verifica o PCB em busca de quaisquer defeitos ou erros no PCB que possam causar a falha. Esse processo é chamado de processo de design de fabricação (DFM). Os fabricantes devem executar essas etapas básicas de DFM para garantir um PCB sem falhas.

1- Considerações sobre o layout do componente: Orifícios de passagem devem ser verificados para componentes com polaridade. Assim como os capacitores eletrolíticos, deve-se verificar a polaridade, a polaridade do ânodo do diodo e do cátodo, a verificação da polaridade do capacitor de tântalo SMT. A direção do entalhe / cabeça do IC deve ser verificada.

O elemento que requer o dissipador de calor deve ter espaço suficiente para acomodar outros elementos de forma que o dissipador de calor não toque.

Espaçamento de 2 orifícios e através dos orifícios:

O espaçamento entre os furos e entre os furos e traços deve ser verificado. A almofada e o orifício de passagem não devem se sobrepor.

3- Almofada de brasagem, espessura e largura da linha devem ser levadas em consideração.

Ao realizar as inspeções DFM, os fabricantes podem reduzir facilmente os custos de fabricação, reduzindo o número de painéis de sucata. Isso ajudará na direção rápida, evitando falhas de nível de DFM. Na RayPCB, fornecemos inspeção DFM e DFT na montagem e prototipagem de circuitos. Na RayPCB, usamos equipamentos OEM de última geração para fornecer serviços de PCB OEM, soldagem por onda, teste de placa PCB e montagem SMT.

Processo passo a passo de montagem de PCB (PCBA):

Etapa 1: aplique a pasta de solda usando o modelo

Primeiro, aplicamos pasta de solda na área do PCB que se ajusta ao componente. Isso é feito aplicando pasta de solda ao gabarito de aço inoxidável. O modelo e a placa de circuito impresso são mantidos juntos por um acessório mecânico e a pasta de solda é aplicada uniformemente em todas as aberturas da placa por meio de um aplicador. Aplique a pasta de solda uniformemente com o aplicador. Portanto, a pasta de solda apropriada deve ser usada no aplicador. Quando o aplicador é removido, a pasta permanecerá na área desejada do PCB. Pasta de solda cinza 96.5% feita de estanho, contendo 3% de prata e 0.5% de cobre, sem chumbo. Após o aquecimento na Etapa 3, a pasta de solda derreterá e formará uma forte ligação.

Etapa 2: colocação automática de componentes:

A segunda etapa do PCBA é colocar automaticamente os componentes SMT no PCB. Isso é feito usando um robô pick and place. No nível de design, o designer cria um arquivo e o fornece ao robô automatizado. Este arquivo possui as coordenadas X, Y pré-programadas de cada componente usado no PCB e identifica a localização de todos os componentes. Usando essas informações, o robô só precisa colocar o dispositivo SMD com precisão na placa. O robô pick and place irá coletar componentes de sua fixação a vácuo e colocá-los com precisão na pasta de solda.

Antes do advento das máquinas robóticas de coleta e colocação, os técnicos pegavam os componentes usando uma pinça e os colocavam no PCB, observando cuidadosamente o local e evitando qualquer aperto de mão. Isso resulta em altos níveis de fadiga e visão deficiente para os técnicos e leva a um processo lento de montagem de PCB para peças SMT. Portanto, o potencial de erro é alto.

Conforme a tecnologia amadurece, robôs automatizados que coletam e posicionam componentes reduzem a carga de trabalho dos técnicos, permitindo a colocação rápida e precisa dos componentes. Esses robôs podem trabalhar 24 horas por dia, 7 dias por semana, sem fadiga.

Etapa 3: soldagem por refluxo

A terceira etapa após a configuração dos elementos e aplicação da pasta de solda é a soldagem por refluxo. A soldagem por refluxo é o processo de colocar o PCB em uma correia transportadora com os componentes. O transportador então move o PCB e os componentes para um grande forno, que produz uma temperatura de 250 o C. A temperatura é suficiente para derreter a solda. A solda derretida então mantém o componente no PCB e forma a junta. Após o tratamento de alta temperatura, o PCB entra no refrigerador. Esses resfriadores então solidificam as juntas de solda de maneira controlada. Isso estabelecerá uma conexão permanente entre o componente SMT e o PCB. No caso de uma PCB de dupla face, conforme descrito acima, o lado da PCB com menos ou menores componentes será tratado primeiro das etapas 1 a 3 e, em seguida, para o outro lado.

Entenda o processo de montagem da placa PCB e sinta o charme verde do PCBD

Etapa 4: inspeção e inspeção de qualidade

Após a soldagem por refluxo, é possível que os componentes estejam desalinhados devido a algum movimento incorreto na bandeja do PCB, o que pode resultar em curto-circuito ou conexões de circuito aberto. Esses defeitos precisam ser identificados, e esse processo de identificação é chamado de inspeção. As inspeções podem ser manuais e automatizadas.

A. Verificação manual:

Como a placa de circuito impresso possui pequenos componentes SMT, a inspeção visual da placa em busca de qualquer desalinhamento ou mau funcionamento pode causar fadiga do técnico e cansaço visual. Portanto, este método não é viável para placas SMT avançadas devido a resultados imprecisos. No entanto, este método é viável para placas com componentes THT e menores densidades de componente.

B. Detecção óptica:

Este método é viável para grandes quantidades de PCBS. O método usa máquinas automatizadas com câmeras de alta potência e alta resolução montadas em vários ângulos para visualizar as juntas de solda de todas as direções. Dependendo da qualidade da junta de solda, a luz refletirá na junta de solda em ângulos diferentes. Esta máquina de inspeção óptica automática (AOI) é muito rápida e pode processar grandes quantidades de PCBS em um tempo muito curto.

CX – inspeção por raio:

A máquina de raios-X permite que os técnicos examinem o PCB para ver os defeitos internos. Este não é um método de inspeção comum e só é usado para PCBS complexos e avançados. Se não forem usados ​​corretamente, esses métodos de inspeção podem resultar em retrabalho ou obsoleto PCB. As inspeções devem ser realizadas regularmente para evitar atrasos, mão de obra e custos de material.

Etapa 5: fixação e soldagem do componente THT

Os componentes do orifício são comuns em muitas placas PCB. Esses componentes também são chamados de orifícios passantes revestidos (PTH). Os cabos desses componentes passarão por orifícios no PCB. Esses orifícios são conectados a outros orifícios e através de orifícios por traços de cobre. Quando esses elementos THT são inseridos e soldados nesses orifícios, eles são eletricamente conectados a outros orifícios no mesmo PCB do circuito projetado. Esses PCBS podem conter alguns componentes THT e muitos componentes SMD, portanto, o método de soldagem descrito acima não é adequado para componentes THT no caso de componentes SMT, como soldagem por refluxo. Portanto, os dois principais tipos de componentes THT que são soldados ou montados são

A. Soldagem manual:

Os métodos de soldagem manual são comuns e geralmente requerem mais tempo do que uma configuração automatizada para SMT. Normalmente, um técnico é designado para inserir um componente por vez e passar a placa para outros técnicos que inserem outro componente na mesma placa. Portanto, a placa de circuito será movida pela linha de montagem para que o componente PTH seja preenchido. Isso torna o processo demorado, e muitas empresas de projeto e fabricação de PCB evitam o uso de componentes PTH em seus projetos de circuito. Mas o componente PTH continua sendo o componente favorito e mais comumente usado pela maioria dos projetistas de circuitos.

B. Soldadura em onda:

A versão automatizada da soldagem manual é a soldagem por onda. Neste método, uma vez que o elemento PTH é colocado no PCB, o PCB é colocado em uma correia transportadora e movido para um forno dedicado. Aqui, ondas de solda derretida espirram no substrato do PCB onde os terminais do componente estão presentes. Isso soldará todos os pinos imediatamente. No entanto, esse método só funciona com PCBS de um lado e não com PCBS de dois lados, pois a solda derretida em um lado do PCB pode danificar os componentes do outro. Depois disso, mova o PCB para a inspeção final.

Etapa 6: inspeção final e teste funcional

O PCB agora está pronto para teste e inspeção. Este é um teste funcional no qual sinais elétricos e energia são fornecidos ao PCB nos pinos especificados e a saída é verificada no ponto de teste ou conector de saída especificado. Este teste requer instrumentos de laboratório comuns, como osciloscópios, multímetros digitais e geradores de função

Este teste é usado para verificar as características funcionais e elétricas do PCB e validar a corrente, tensão, sinal analógico e digital e projetos de circuito descritos nos requisitos do PCB

Se algum dos parâmetros do PCB mostrar resultados inaceitáveis, o PCB será descartado ou descartado de acordo com os procedimentos padrão da empresa. A fase de teste é importante porque determina o sucesso ou a falha de todo o processo PCBA.

Etapa 7: Limpeza final, acabamento e envio:

Agora que o PCB foi testado em todos os aspectos e declarado normal, é hora de limpar o fluxo residual indesejado, sujeira de dedo e óleo. Ferramentas de limpeza de alta pressão à base de aço inoxidável e água desionizada são suficientes para limpar todos os tipos de sujeira. A água deionizada não danifica o circuito do PCB. Após a lavagem, seque o PCB com ar comprimido. O PCB final agora está pronto para ser embalado e enviado.