site logo

Понять процесс сборки печатной платы и ощутить зеленое очарование печатной платы

С точки зрения современных технологий, мир растет очень быстрыми темпами, и его влияние может легко сыграть роль в нашей повседневной жизни. 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. Ядро этих устройств – электротехника, а ядро ​​- печатная плата (КСП).

Печатная плата обычно зеленого цвета и представляет собой твердое тело с различными электронными компонентами на нем. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. Печатная плата состоит из подложки из стекловолокна, слоев меди, образующих дорожку, отверстий, из которых состоит компонент, и слоев, которые могут быть внутренними и внешними. В RayPCB мы можем предоставить до 1-36 слоев для многослойных ПРОТОТИПОВ и 1-10 слоев для нескольких партий печатных плат для массового производства. For single-sided and double-sided PCBS, an outer layer exists but no inner layer.

ipcb

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. Сварочная маска позволит компоненту избежать короткого замыкания на дорожку или другие компоненты.

Медные дорожки используются для передачи электронных сигналов из одной точки в другую на печатной плате. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Эти провода могут быть толстыми, чтобы обеспечивать питание компонентов.

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”.

Компоненты собраны на печатной плате, чтобы печатная плата могла работать должным образом. The most important thing is PCB function. Даже если крошечные резисторы SMT установлены неправильно или даже если небольшие дорожки вырезаны на печатной плате, печатная плата может не работать. Therefore, it is important to assemble components in a proper way. Печатная плата при сборке компонентов называется печатной платой или монтажной платой.

В зависимости от спецификаций, описанных заказчиком или пользователем, функция печатной платы может быть сложной или простой. PCB size also varies according to requirements.

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

Слой печатной платы и дизайн

Как упоминалось выше, между внешними слоями имеется несколько сигнальных уровней. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1 – Подложка: это жесткая пластина из материала FR-4, на которую «засыпаны» или приварены компоненты. Это обеспечивает жесткость печатной платы.

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- Сварочная маска: наносится на верхний и нижний слои печатной платы. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Сварочная маска также предотвращает сварку нежелательных деталей и обеспечивает попадание припоя в зону сварки, например в отверстия и контактные площадки. 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. Слой экрана предоставляет важную информацию о печатной плате.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

Печатные платы – это большинство устройств на печатных платах, которые мы видим в различных типах печатных плат. Это твердые, жесткие и прочные PCBS разной толщины. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 расшифровывается как «антипирен-4». Характеристики самозатухания FR-4 делают его полезным для использования во многих промышленных электронных устройствах. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Покрытые медью ламинаты Fr-4 в основном используются в усилителях мощности, импульсных источниках питания, драйверах серводвигателей и т. Д. С другой стороны, еще одна жесткая подложка для печатных плат, обычно используемая в бытовой технике и ИТ-продуктах, называется бумажной фенольной печатной платой. Они легкие, малоплотные, дешевые и легко поддаются штамповке. Калькуляторы, клавиатуры и мыши – вот некоторые из его приложений.

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.Эти типы печатных плат могут использоваться для приложений, требующих тепловых компонентов, таких как светодиоды высокой мощности, лазерные диоды и т. Д.

Installation technology type:

SMT: SMT stands for “surface mount technology”. Компоненты SMT очень маленькие по размеру и поставляются в различных корпусах, например, 0402,0603 1608 для резисторов и конденсаторов. Точно так же для интегральных схем у нас есть SOIC, TSSOP, QFP и BGA.

Сборка SMT очень сложна для человеческих рук и может потребовать времени, поэтому она в основном выполняется автоматизированными роботами для захвата и размещения.

THT: THT означает технологию сквозных отверстий. Components with leads and wires, such as resistors, capacitors, inductors, PDIP ics, transformers, transistors, IGBT, MOSFET, etc.

Компоненты должны быть вставлены с одной стороны печатной платы на одном компоненте и вытянуты за ножку с другой стороны, отрезаны ножки и приварены. THT assembly is usually done by hand welding and is relatively easy.

Предварительные требования к процессу сборки:

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. Производители должны выполнять эти основные шаги DFM, чтобы гарантировать безупречную печатную плату.

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. Необходимо проверить направление паза / головки IC.

Элемент, требующий радиатора, должен иметь достаточно места для размещения других элементов, чтобы радиатор не касался.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Прокладка и сквозное отверстие не должны перекрываться.

3- Пайка, толщина, ширина линии должны быть приняты во внимание.

By performing DFM inspections, manufacturers can easily reduce manufacturing costs by reducing the number of scrap panels. Это поможет в быстром рулевом управлении, избежав сбоев на уровне DFM. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. В RayPCB мы используем современное OEM-оборудование для предоставления OEM-услуг для печатных плат, пайки волной припоя, тестирования печатных плат и сборки SMT.

Пошаговый процесс сборки печатной платы (PCBA):

Шаг 1. Нанесите паяльную пасту с помощью шаблона.

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. Шаблон и печатная плата удерживаются вместе с помощью механического приспособления, а паяльная паста равномерно наносится на все отверстия в плате с помощью аппликатора. Apply solder paste evenly with applicator. Поэтому в аппликаторе необходимо использовать соответствующую паяльную пасту. Когда аппликатор будет удален, паста останется в желаемой области печатной платы. Серая паяльная паста на 96.5% состоит из олова, содержит 3% серебра и 0.5% меди, не содержит свинца. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

Второй шаг PCBA – это автоматическое размещение компонентов SMT на печатной плате. Это делается с помощью робота-подборщика. На уровне проектирования дизайнер создает файл и передает его автоматизированному роботу. Этот файл содержит предварительно запрограммированные координаты X, Y каждого компонента, используемого в печатной плате, и определяет расположение всех компонентов. 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.

До появления роботизированных машин для захвата и размещения, технические специалисты собирали компоненты с помощью пинцета и помещали их на печатную плату, внимательно глядя на место и избегая рукопожатий. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Так что вероятность ошибки высока.

По мере развития технологий автоматизированные роботы, которые собирают и размещают компоненты, снижают нагрузку на технических специалистов, обеспечивая быстрое и точное размещение компонентов. Эти роботы могут работать без усталости 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

Шаг 3: Сварка оплавлением

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. Температура достаточна для расплавления припоя. Расплавленный припой удерживает компонент на печатной плате и образует соединение. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Это установит постоянное соединение между компонентом SMT и печатной платой. В случае двусторонней печатной платы, как описано выше, сторона печатной платы с меньшим или меньшим количеством компонентов будет обрабатываться сначала с шагов 1 по 3, а затем с другой стороны.

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

Шаг 4: Проверка и проверка качества

После пайки оплавлением компоненты могут быть смещены из-за неправильного движения в лотке для печатной платы, что может привести к короткому замыканию или разрыву соединений. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Проверки могут быть ручными и автоматизированными.

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. Следовательно, этот метод не применим для современных плат SMT из-за неточных результатов. Однако этот метод применим для пластин с компонентами THT и более низкой плотностью компонентов.

B. Оптическое обнаружение:

Этот метод применим для больших количеств ПХБ. В этом методе используются автоматизированные машины с высокой мощностью и камерами высокого разрешения, установленными под разными углами, для наблюдения за паяными соединениями со всех сторон. В зависимости от качества паяного соединения свет будет отражаться от паяного соединения под разными углами. 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. Проверки необходимо проводить регулярно, чтобы избежать задержек, трудовых и материальных затрат.

Шаг 5: фиксация и сварка компонентов THT

Компоненты со сквозными отверстиями распространены на многих платах печатных плат. These components are also called plated through holes (PTH). Выводы этих компонентов будут проходить через отверстия в печатной плате. Эти отверстия соединены с другими отверстиями и сквозными отверстиями медными дорожками. Когда эти элементы THT вставляются и привариваются к этим отверстиям, они электрически соединяются с другими отверстиями на той же печатной плате, что и спроектированная схема. 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. Итак, два основных типа свариваемых или собираемых компонентов THT:

A. Ручная сварка:

Manual welding methods are common and often require more time than an automated setup for SMT. Техническому специалисту обычно назначают вставлять один компонент за раз и передавать плату другим техническим специалистам, вставляющим другой компонент на ту же плату. Поэтому печатная плата будет перемещаться по сборочной линии, чтобы компонент PTH залил ее. Это делает процесс длительным, и многие компании, занимающиеся разработкой и производством печатных плат, избегают использования компонентов PTH в своих схемах. Но компонент PTH остается любимым и наиболее часто используемым компонентом большинства разработчиков схем.

B. Волновая пайка:

Автоматизированный вариант ручной сварки – это волновая сварка. В этом методе, как только элемент PTH помещается на печатную плату, печатная плата помещается на конвейерную ленту и перемещается в специальную печь. Здесь волны расплавленного припоя попадают в подложку печатной платы, где присутствуют выводы компонентов. Это сразу же приваривает все штифты. 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. После этого переместите печатную плату для окончательной проверки.

Шаг 6: Заключительный осмотр и функциональные испытания

Печатная плата теперь готова к тестированию и проверке. 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

Этот тест используется для проверки функциональных и электрических характеристик печатной платы и подтверждения тока, напряжения, аналоговых и цифровых сигналов и схем, описанных в требованиях к печатной плате.

Если какой-либо из параметров печатной платы показывает неприемлемые результаты, печатная плата будет утилизирована или списана в соответствии со стандартными процедурами компании. Этап тестирования важен, потому что он определяет успех или неудачу всего процесса PCBA.

Шаг 7: Окончательная очистка, отделка и отгрузка:

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. Инструментов для очистки под высоким давлением на основе нержавеющей стали с использованием деионизированной воды достаточно для очистки всех типов загрязнений. Деионизированная вода не повреждает цепь печатной платы. После промывки просушите печатную плату сжатым воздухом. Окончательная печатная плата теперь готова к упаковке и отправке.