Modern teknoloji açısından dünya çok hızlı büyüyor ve etkisi günlük hayatımızda kolayca devreye girebilir. 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. Bu cihazların çekirdeği elektrik mühendisliğidir ve çekirdeği baskılı devre kartı (PCB).

Bir PCB genellikle yeşildir ve üzerinde çeşitli elektronik bileşenler bulunan sert bir gövdedir. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. PCB, fiberglastan yapılmış bir alt tabakadan, izi oluşturan bakır katmanlardan, bileşeni oluşturan deliklerden ve iç ve dış olabilen katmanlardan oluşur. RayPCB’de, çok katmanlı PROTOTİPLER için 1-36 katmana ve hacimli üretim için birden fazla PCB partisi için 1-10 katmana kadar sağlayabiliriz. 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. Kaynak maskesi, bileşenin rayda veya diğer bileşenlerde kısa devre oluşmasını önlemesini sağlayacaktır.

Bakır izleri, elektronik sinyalleri bir PCB üzerinde bir noktadan diğerine aktarmak için kullanılır. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Bu teller, bileşen güç kaynağı için güç/güç sağlamak amacıyla kalın yapılabilir.

Yüksek gerilim veya akım sağlayan çoğu PCB’de ayrı bir topraklama düzlemi vardır. Components on the top layer are connected to the internal GND plane or internal signal layer via “Vias”.

PCB’nin tasarlandığı gibi çalışmasını sağlamak için bileşenler PCB üzerine monte edilir. The most important thing is PCB function. Küçük SMT dirençleri doğru yerleştirilmese veya PCB’den küçük parçalar kesilse bile PCB çalışmayabilir. Bu nedenle, bileşenleri uygun bir şekilde monte etmek önemlidir. Bileşenleri monte ederken PCB’ye PCBA veya montaj PCB’si denir.

Müşteri veya kullanıcı tarafından açıklanan özelliklere bağlı olarak PCB’nin işlevi karmaşık veya basit olabilir. PCB size also varies according to requirements.

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

PCB katmanı ve tasarımı

Yukarıda bahsedildiği gibi, dış katmanlar arasında birden fazla sinyal katmanı bulunmaktadır. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1 – Yüzey: Bileşenlerin üzerine “doldurulduğu” veya kaynaklandığı FR-4 malzemeden yapılmış sert bir levhadır. Bu, PCB için sertlik sağlar.

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- Kaynak maskesi: PCB’nin üst ve alt katmanlarına uygulanır. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Kaynak maskesi ayrıca istenmeyen parçaların kaynaklanmasını önler ve lehimin delikler ve pedler gibi kaynak alanına girmesini sağlar. 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. Ekran katmanı, PCB hakkında önemli bilgiler sağlar.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

PCB’ler, çeşitli PCB türlerinde gördüğümüz PCB cihazlarının çoğudur. Bunlar farklı kalınlıklarda sert, sert ve sağlam PCB’lerdir. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4, “alev geciktirici-4” anlamına gelir. FR-4’ün kendi kendini söndürme özellikleri, onu birçok sert çekirdekli endüstriyel elektronik cihazın kullanımı için faydalı kılar. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Fr-4 bakır kaplı laminatlar esas olarak güç amplifikatörlerinde, anahtarlamalı güç kaynaklarında, servo motor sürücülerinde vb. Öte yandan, ev aletlerinde ve BT ürünlerinde yaygın olarak kullanılan bir başka sert PCB substratı, kağıt fenolik PCB olarak adlandırılır. Hafif, düşük yoğunluklu, ucuz ve delinmesi kolaydır. Hesap makineleri, klavyeler ve fareler, uygulamalarından bazılarıdır.

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.Bu tür PCB’ler, yüksek güçlü led’ler, lazer diyotlar vb. gibi termal bileşenler gerektiren uygulamalar için kullanılabilir.

Installation technology type:

SMT: SMT, “yüzeye montaj teknolojisi” anlamına gelir. SMT bileşenlerinin boyutu çok küçüktür ve dirençler ve kapasitörler için 0402,0603 1608 gibi çeşitli paketlerde gelir. Benzer şekilde, entegre devreler için SOIC, TSSOP, QFP ve BGA’mız var.

SMT montajı insan eli için çok zordur ve bir zaman işleme süreci olabilir, bu nedenle öncelikle otomatik toplama ve yerleştirme robotları tarafından yapılır.

THT: THT, açık delik teknolojisi anlamına gelir. 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.

Montaj işlemi ön koşulları:

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. Kusursuz bir PCB sağlamak için üreticiler bu temel DFM adımlarını gerçekleştirmelidir.

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. IC çentik/kafa yönü kontrol edilmelidir.

Isı alıcıyı gerektiren eleman, ısı alıcının temas etmemesi için diğer elemanları barındırmak için yeterli alana sahip olmalıdır.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Ped ve açık delik üst üste gelmemelidir.

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. RayPCB’de PCB OEM hizmetleri, dalga lehimleme, PCB kart testi ve SMT montajı sağlamak için son teknoloji OEM ekipmanlarını kullanıyoruz.

Adım adım PCB Montajı (PCBA) süreci:

Adım 1: Şablonu kullanarak lehim pastası uygulayın

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. Şablon ve PCB, mekanik bir fikstürle bir arada tutulur ve lehim pastası, bir aplikatör aracılığıyla panodaki tüm açıklıklara eşit olarak uygulanır. Apply solder paste evenly with applicator. Bu nedenle aplikatörde uygun lehim pastası kullanılmalıdır. Aplikatör çıkarıldığında macun PCB’nin istenilen bölgesinde kalacaktır. %96.5 kalaydan yapılmış, %3 gümüş ve %0.5 bakır içeren gri lehim pastası, kurşunsuz. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

PCBA’nın ikinci adımı, SMT bileşenlerini PCB’ye otomatik olarak yerleştirmektir. Bu, bir al ve yerleştir robotu kullanılarak yapılır. Tasarım düzeyinde, tasarımcı bir dosya oluşturur ve bunu otomatik robota sağlar. Bu dosya, PCB’de kullanılan her bir bileşenin önceden programlanmış X, Y koordinatlarına sahiptir ve tüm bileşenlerin konumunu tanımlar. 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.

Robotik toplama ve yerleştirme makinelerinin ortaya çıkmasından önce, teknisyenler cımbız kullanarak bileşenleri alır ve yere dikkatlice bakarak ve el sıkışmaktan kaçınarak bunları PCB’ye yerleştirirdi. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Dolayısıyla hata olasılığı yüksektir.

Teknoloji geliştikçe, bileşenleri toplayan ve yerleştiren otomatik robotlar, teknisyenlerin iş yükünü azaltarak hızlı ve doğru bileşen yerleşimi sağlar. Bu robotlar yorulmadan 24/7 çalışabilir.

Adım 3: Yeniden akış kaynağı

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. Sıcaklık, lehimi eritmek için yeterlidir. Erimiş lehim daha sonra bileşeni PCB’ye tutar ve eklemi oluşturur. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Bu, SMT bileşeni ve PCB arasında kalıcı bir bağlantı kuracaktır. Çift taraflı bir PCB durumunda, yukarıda açıklandığı gibi, daha az veya daha küçük bileşenlere sahip PCB tarafı, önce 1’den 3’e kadar olan adımlardan sonra diğer tarafa işlenecektir.

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

Adım 4: Kalite denetimi ve denetimi

Yeniden akış lehimlemeden sonra, PCB tepsisindeki bazı yanlış hareketler nedeniyle bileşenlerin yanlış hizalanması ve bu da kısa veya açık devre bağlantılarına neden olabilir. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Denetimler manuel ve otomatik olabilir.

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. Bu nedenle, bu yöntem, hatalı sonuçlar nedeniyle gelişmiş SMT panoları için uygun değildir. Ancak bu yöntem, THT bileşenlerine ve daha düşük bileşen yoğunluklarına sahip plakalar için uygundur.

B. Optik algılama:

Bu yöntem, büyük miktarlarda PCBS için uygundur. Yöntem, lehim bağlantılarını her yönden görüntülemek için çeşitli açılarda monte edilmiş yüksek güçlü ve yüksek çözünürlüklü kameralara sahip otomatik makineler kullanır. Lehim bağlantısının kalitesine bağlı olarak ışık, lehim bağlantısından farklı açılarda yansıyacaktır. 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. Gecikmeler, işçilik ve malzeme maliyetlerini önlemek için denetimlerin düzenli olarak yapılması gerekir.

Adım 5: THT bileşeninin sabitlenmesi ve kaynaklanması

Delikten geçen bileşenler birçok PCB kartında yaygındır. These components are also called plated through holes (PTH). Bu bileşenlerin uçları PCB’deki deliklerden geçecektir. Bu delikler diğer deliklere ve açık deliklere bakır izlerle bağlanır. Bu THT elemanları bu deliklere yerleştirilip kaynak yapıldığında, tasarlanan devre ile aynı PCB üzerindeki diğer deliklere elektriksel olarak bağlanırlar. 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. Bir teknisyene genellikle bir seferde bir bileşen yerleştirmek ve kartı aynı panoya başka bir bileşen yerleştirmek üzere diğer teknisyenlere iletmek üzere atanır. Bu nedenle devre kartı, PTH bileşeninin onu doldurmasını sağlamak için montaj hattının etrafında hareket ettirilecektir. Bu, süreci uzatır ve birçok PCB tasarım ve imalat şirketi, devre tasarımlarında PTH bileşenlerini kullanmaktan kaçınır. Ancak PTH bileşeni, çoğu devre tasarımcısı tarafından favori ve en yaygın olarak kullanılan bileşen olmaya devam ediyor.

B. Dalga lehimleme:

Manuel kaynağın otomatik versiyonu dalga kaynağıdır. Bu yöntemde, PTH elemanı PCB üzerine yerleştirildiğinde, PCB bir konveyör bandına yerleştirilir ve özel bir fırına taşınır. Burada, erimiş lehim dalgaları, bileşen uçlarının bulunduğu PCB’nin alt tabakasına sıçrar. Bu, tüm pimleri hemen kaynaklayacaktır. 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. Bundan sonra, son inceleme için PCB’yi hareket ettirin.

Adım 6: Son muayene ve fonksiyonel test

PCB artık test ve inceleme için hazırdır. 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

Bu test, PCB’nin işlevsel ve elektriksel özelliklerini kontrol etmek ve PCB gereksinimlerinde açıklanan akım, voltaj, analog ve dijital sinyal ve devre tasarımlarını doğrulamak için kullanılır.

PCB parametrelerinden herhangi biri kabul edilemez sonuçlar gösteriyorsa, PCB standart şirket prosedürlerine göre atılacak veya hurdaya ayrılacaktır. Test aşaması önemlidir çünkü tüm PCBA sürecinin başarısını veya başarısızlığını belirler.

Adım 7: Son temizlik, bitirme ve nakliye:

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. Deiyonize su kullanan paslanmaz çelik esaslı yüksek basınçlı temizleme aletleri her türlü kiri temizlemek için yeterlidir. Deiyonize su PCB devresine zarar vermez. Yıkadıktan sonra PCB’yi basınçlı hava ile kurutun. Son PCB artık paketlenmeye ve gönderilmeye hazırdır.