În ceea ce privește tehnologia modernă, lumea crește într-un ritm foarte rapid, iar influența sa poate intra cu ușurință în viața noastră de zi cu zi. 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. Miezul acestor dispozitive este ingineria electrică, iar miezul este circuit imprimat bord (PCB).

Un PCB este de obicei verde și este un corp rigid cu diferite componente electronice pe el. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. PCB-ul este format dintr-un substrat din fibră de sticlă, straturi de cupru care alcătuiesc urma, găuri care alcătuiesc componenta și straturi care pot fi interioare și exterioare. La RayPCB, putem furniza până la 1-36 de straturi pentru PROTOTIPURI cu mai multe straturi și 1-10 straturi pentru mai multe loturi de PCB pentru producția de volum. 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. Masca de sudură va permite componentei să evite scurtcircuitul la pistă sau la alte componente.

Urmele de cupru sunt utilizate pentru a transfera semnale electronice dintr-un punct în altul pe un PCB. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Aceste fire pot fi făcute groase pentru a furniza energie / alimentare pentru alimentarea componentelor.

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”.

Componentele sunt asamblate pe PCB pentru a permite PCB-ului să funcționeze conform proiectării. The most important thing is PCB function. Chiar dacă micile rezistențe SMT nu sunt așezate corect sau chiar dacă piesele mici sunt tăiate de pe PCB, este posibil ca PCB să nu funcționeze. Prin urmare, este important să asamblați componentele într-un mod adecvat. PCB-ul la asamblarea componentelor se numește PCBA sau PCB de asamblare.

În funcție de specificațiile descrise de client sau utilizator, funcția PCB poate fi complexă sau simplă. PCB size also varies according to requirements.

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

Stratul și designul PCB

După cum sa menționat mai sus, există mai multe straturi de semnal între straturile exterioare. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1 – Substrat: Aceasta este o placă rigidă din material FR-4 pe care componentele sunt „umplute” sau sudate. This provides rigidity for the 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- Mască de sudură: Se aplică pe straturile superioare și inferioare ale PCB-ului. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Masca de sudură evită, de asemenea, sudarea pieselor nedorite și asigură că lipirea pătrunde în zonă pentru sudare, cum ar fi găurile și tampoanele. 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. Stratul de ecran oferă informații importante despre PCB.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

PCB-urile sunt majoritatea dispozitivelor PCB pe care le vedem în diferite tipuri de PCB-uri. Acestea sunt PCBS dure, rigide și rezistente, cu grosimi diferite. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 înseamnă „ignifug-4”. Caracteristicile de auto-stingere ale FR-4 îl fac util pentru utilizarea multor dispozitive electronice industriale de tip hard-core. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Laminatele placate cu cupru Fr-4 sunt utilizate în principal în amplificatoare de putere, surse de alimentare în modul de comutare, servomotoare etc. Pe de altă parte, un alt substrat rigid de PCB utilizat în mod obișnuit în aparatele de uz casnic și produsele IT se numește PCB fenolic de hârtie. Sunt ușoare, cu densitate redusă, ieftine și ușor de perforat. Calculatoare, tastaturi și șoareci sunt câteva dintre aplicațiile sale.

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.Aceste tipuri de PCBS pot fi utilizate pentru aplicații care necesită componente termice precum leduri de mare putere, diode laser etc.

Installation technology type:

SMT: SMT înseamnă „tehnologie de montare pe suprafață”. Componentele SMT au dimensiuni foarte mici și sunt disponibile în diverse pachete, cum ar fi 0402,0603 1608 pentru rezistențe și condensatori. În mod similar, pentru circuitele integrate IC, avem SOIC, TSSOP, QFP și BGA.

Asamblarea SMT este foarte dificilă pentru mâinile omului și poate fi un proces de procesare a timpului, deci se face în primul rând de roboți automatizați de preluare și plasare.

THT: THT înseamnă tehnologia prin găuri. 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.

Condiții preliminare pentru procesul de asamblare:

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. Producătorii trebuie să efectueze acești pași de bază DFM pentru a asigura un PCB impecabil.

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. Trebuie verificată direcția crestăturii / capului IC.

Elementul care necesită radiator ar trebui să aibă suficient spațiu pentru a găzdui alte elemente, astfel încât radiatorul să nu atingă.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Tamponul și orificiul de trecere nu trebuie să se suprapună.

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. La RayPCB, folosim echipamente OEM de ultimă generație pentru a oferi servicii OEM PCB, lipire val, testare card PCB și asamblare SMT.

Procesul pas cu pas de asamblare PCB (PCBA):

Pasul 1: Aplicați lipirea lipirii folosind șablonul

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. Șablonul și PCB sunt ținute împreună de un dispozitiv mecanic, iar pasta de lipit se aplică uniform la toate deschiderile din placă printr-un aplicator. Apply solder paste evenly with applicator. Prin urmare, în aplicator trebuie utilizată o pastă de lipit adecvată. Când aplicatorul este îndepărtat, pasta va rămâne în zona dorită a PCB-ului. Pasta de lipit gri 96.5% din tablă, conținând 3% argint și 0.5% cupru, fără plumb. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

Al doilea pas al PCBA este plasarea automată a componentelor SMT pe PCB. Acest lucru se realizează folosind un robot pick and place. La nivel de proiectare, proiectantul creează un fișier și îl furnizează robotului automat. Acest fișier are coordonatele X, Y pre-programate ale fiecărei componente utilizate în PCB și identifică locația tuturor componentelor. 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.

Înainte de apariția mașinilor robotice de preluare și plasare, tehnicienii ridicau componentele folosind o pensetă și le puneau pe PCB, privind cu atenție locația și evitând orice strângere de mâini. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Deci, potențialul de eroare este mare.

Pe măsură ce tehnologia se maturizează, roboții automatizați care ridică și plasează componente reduc sarcina de lucru a tehnicienilor, permițând plasarea rapidă și precisă a componentelor. Acești roboți pot funcționa 24/7 fără oboseală.

Pasul 3: Reflow de sudare

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. Temperatura este suficientă pentru a topi lipirea. Lipirea topită ține apoi componenta de PCB și formează îmbinarea. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Aceasta va stabili o conexiune permanentă între componenta SMT și PCB. În cazul unui PCB cu două fețe, așa cum s-a descris mai sus, partea PCB cu componente mai puține sau mai mici va fi tratată mai întâi de la pașii 1 la 3, apoi la cealaltă parte.

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

Pasul 4: Inspecția și inspecția calității

După lipirea prin reflux, este posibil ca componentele să fie aliniate greșit din cauza unor mișcări incorecte în tava PCB, ceea ce poate duce la conexiuni de scurtcircuit sau deschise. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Inspecțiile pot fi manuale și automate.

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. Prin urmare, această metodă nu este fezabilă pentru plăcile SMT avansate din cauza rezultatelor inexacte. Cu toate acestea, această metodă este fezabilă pentru plăcile cu componente THT și densități mai mici ale componentelor.

B. Detecție optică:

Această metodă este fezabilă pentru cantități mari de PCBS. Metoda folosește mașini automate cu camere de înaltă putere și rezoluție ridicată montate în diferite unghiuri pentru a vizualiza îmbinările de lipit din toate direcțiile. În funcție de calitatea îmbinării de lipit, lumina se va reflecta de pe îmbinarea de lipit în unghiuri diferite. 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. Inspecțiile trebuie efectuate în mod regulat pentru a evita întârzierile, forța de muncă și costurile materiale.

Pasul 5: fixarea și sudarea componentelor THT

Componentele orificiului traversant sunt comune pe multe plăci PCB. These components are also called plated through holes (PTH). Conductoarele acestor componente vor trece prin găurile din PCB. Aceste găuri sunt conectate la alte găuri și prin găuri prin urme de cupru. Când aceste elemente THT sunt introduse și sudate în aceste găuri, acestea sunt conectate electric la alte găuri de pe același PCB ca circuitul proiectat. 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. Manual welding:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Un tehnician este de obicei desemnat să introducă o componentă la un moment dat și să treacă placa către alți tehnicieni care introduc o altă componentă pe aceeași placă. Prin urmare, placa de circuit va fi deplasată în jurul liniei de asamblare pentru a face ca componenta PTH să se umple pe ea. Acest lucru face procesul lung, iar multe companii de proiectare și fabricare a PCB-urilor evită să utilizeze componente PTH în proiectele lor de circuite. Dar componenta PTH rămâne componenta preferată și cea mai frecvent utilizată de majoritatea proiectanților de circuite.

B. Sudare val:

Versiunea automatizată a sudării manuale este sudarea în undă. În această metodă, odată ce elementul PTH este plasat pe PCB, PCB este plasat pe o bandă transportoare și mutat într-un cuptor dedicat. Aici, valurile de lipire topită se stropesc în substratul PCB unde sunt prezente cablurile componente. Acest lucru va suda imediat toate știfturile. 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. După aceasta, mutați PCB-ul pentru inspecția finală.

Pasul 6: Inspecția finală și testarea funcțională

PCB este acum gata pentru testare și inspecție. 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

Acest test este utilizat pentru a verifica caracteristicile funcționale și electrice ale PCB-ului și pentru a valida proiectele de curent, tensiune, semnal analog și digital și circuite descrise în cerințele PCB-ului.

Dacă oricare dintre parametrii PCB arată rezultate inacceptabile, PCB-ul va fi aruncat sau aruncat în conformitate cu procedurile standard ale companiei. Faza de testare este importantă, deoarece determină succesul sau eșecul întregului proces PCBA.

Pasul 7: Curățare finală, finisare și expediere:

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. Instrumentele de curățare la înaltă presiune pe bază de oțel inoxidabil care utilizează apă deionizată sunt suficiente pentru a curăța toate tipurile de murdărie. Apa deionizată nu deteriorează circuitul PCB. După spălare, uscați PCB-ul cu aer comprimat. PCB-ul final este acum gata să fie ambalat și expediat.