З точки зору сучасних технологій, світ зростає дуже швидкими темпами, і його вплив може легко увійти в наше повсякденне життя. Спосіб нашого життя різко змінився, і цей технологічний прогрес призвів до появи багатьох передових пристроїв, про які ми навіть не думали 10 років тому. Ядро цих пристроїв – електротехніка, а ядро ​​- це друкована плата (ПХБ).

Друкована плата зазвичай зеленого кольору і являє собою жорсткий корпус з різними електронними компонентами. Ці компоненти приварюються до друкованої плати в процесі, званому «монтаж друкованої плати» або друкованої плати. Друкована плата складається з підкладки зі скловолокна, мідних шарів, що складають слід, отворів, що складають компонент, і шарів, які можуть бути внутрішніми та зовнішніми. У RayPCB ми можемо надати до 1-36 шарів для багатошарових ПРОТОТИПІВ та 1-10 шарів для кількох партій друкованої плати для масового виробництва. Для одностороннього та двостороннього PCBS існує зовнішній шар, але немає внутрішнього.

The substrate and components are insulated with solder film and held together with epoxy resin.Зварювальна маска може бути зеленою, синьою або червоною, як це часто зустрічається в кольорах друкованих плат. Зварювальна маска дозволить компоненту уникнути короткого замикання на колії або інших компонентах.

Мідні сліди використовуються для передачі електронних сигналів від однієї точки до іншої на друкованій платі. Ці сигнали можуть бути високошвидкісними цифровими сигналами або дискретними аналоговими сигналами. Ці дроти можна зробити товстими, щоб забезпечити живлення/живлення для компонентного живлення.

In most PCBS that provide high voltage or current, there is a separate grounding plane. Компоненти на верхньому шарі з’єднані з внутрішньою площиною GND або внутрішнім шаром сигналу за допомогою “Vias”.

Компоненти збираються на друкованій платі для того, щоб друкована плата могла працювати так, як передбачено. Найголовніше – це функція друкованої плати. Навіть якщо крихітні резистори SMT розміщені неправильно, або навіть якщо невеликі доріжки вирізані з друкованої плати, плата може не працювати. Therefore, it is important to assemble components in a proper way. Друкована плата при складанні компонентів називається друкованою платою або монтажною платою.

Залежно від специфікацій, описаних замовником або користувачем, функція друкованої плати може бути складною або простою. Розмір друкованої плати також змінюється відповідно до вимог.

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

Шар та дизайн друкованої плати

Як згадувалося вище, між зовнішніми шарами є декілька шарів сигналу. Тепер ми обговоримо види зовнішніх шарів та функції.

Ознайомтесь із процесом складання друкованої плати та відчуйте зелену чарівність друкованої плати

1-Основа: Це тверда пластина з матеріалу FR-4, на яку компоненти «заповнені» або зварені. Це забезпечує жорсткість друкованої плати.

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- Зварювальна маска: Наноситься на верхній і нижній шари друкованої плати. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Зварювальна маска також дозволяє уникнути зварювання небажаних деталей і гарантує, що припій потрапить у зону для зварювання, наприклад отвори та накладки. Ці отвори з’єднують компонент THT з друкованою платою, тоді як PAD використовується для утримання компонента SMT.

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. Екранний шар надає важливу інформацію про друковану плату.

За класифікацією субстратів існує 3 типи ПХБ

1- Rigid PCB:

Друковані плати – це більшість друкованих плат, які ми бачимо в різних типах друкованих плат. Це тверді, жорсткі та міцні PCBS, з різною товщиною. Основний матеріал – скловолокно або простий “FR4”. FR4 означає «вогнезахисник-4». Характеристики самозагасання FR-4 роблять його корисним для використання багатьох промислових електронних пристроїв із твердим ядром. FR-4 має тонкі шари мідної фольги з обох сторін, також відомі як ламінати, покриті міддю. Мідні ламінати Fr-4 в основному використовуються в підсилювачах потужності, блоках живлення в режимі перемикання, драйверах серводвигунів тощо. З іншого боку, інша жорстка підкладка з друкованої плати, яка зазвичай використовується у побутовій техніці та ІТ -продуктах, називається фенольною друкованою платою з паперу. Вони легкі, низької щільності, дешеві і легко пробиваються. Калькулятори, клавіатури та миші – деякі з його застосувань.

2- Flexible PCB:

Виготовлений з підкладкових матеріалів, таких як Kapton, гнучкий PCBS може витримувати дуже високі температури при товщині 0.005 дюйма. It can be easily bent and used in connectors for wearable electronics, LCD monitors or laptops, keyboards and cameras, etc.

3-металева друкована плата:

Крім того, можна використовувати ще одну підкладку з друкованої плати, таку як алюміній, яка дуже ефективна для охолодження.Ці типи друкованих плат можуть бути використані для додатків, які вимагають таких теплових компонентів, як світлодіоди великої потужності, лазерні діоди тощо.

Installation technology type:

SMT: SMT stands for “surface mount technology”. Компоненти SMT дуже малі за розміром і поставляються в різних упаковках, таких як 0402,0603 1608 для резисторів та конденсаторів. Так само для мікросхем інтегральної схеми ми маємо SOIC, TSSOP, QFP та BGA.

Збірка SMT дуже важка для рук людини і може бути процесом обробки часу, тому в основному це робиться за допомогою автоматизованих роботів збору та розміщення.

THT: THT означає технологію наскрізних отворів. Компоненти з проводами та проводами, такі як резистори, конденсатори, індуктори, PDIP -мікрофони, трансформатори, транзистори, IGBT, MOSFET тощо.

Компоненти повинні бути вставлені з одного боку друкованої плати на одному компоненті і потягнуті за ніжку з іншого боку, зрізати ніжку і зварені. Збірка THT зазвичай проводиться ручним зварюванням і є відносно легкою.

Вимоги до процесу складання:

Перед початком виготовлення та монтажу друкованої плати виробник перевіряє друковану плату на наявність дефектів або помилок у друкованій платі, які можуть спричинити збій. Цей процес називається процесом виробничого проектування (DFM). Виробники повинні виконати ці основні кроки DFM, щоб забезпечити бездоганну друковану 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. Необхідно перевірити напрямок виїмки/напрямок IC.

Елемент, що потребує радіатора, повинен мати достатньо місця для розміщення інших елементів, щоб радіатор не торкався.

2-Hole and through-hole spacing:

Необхідно перевірити відстань між отворами та між отворами та слідами. Прокладка і наскрізний отвір не повинні перекриватися.

3- Паяльна площадка, товщина, ширина лінії повинні враховуватися.

Виконуючи перевірки DFM, виробники можуть легко зменшити виробничі витрати, зменшивши кількість металобрухтних панелей. Це допоможе у швидкому управлінні, уникаючи збоїв на рівні DFM. At RayPCB, we provide DFM and DFT inspection in circuit assembly and prototyping. У RayPCB ми використовуємо найсучасніше обладнання OEM для надання послуг OEM друкованих плат, хвильової пайки, тестування плати на друкованій платі та складання SMT.

Поетапний процес складання друкованої плати (PCBA):

Крок 1: Нанесіть паяльну пасту за допомогою шаблону

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 і друкована плата утримуються разом за допомогою механічного кріплення, і паяльна паста рівномірно наноситься на всі отвори на дошці через аплікатор. Рівномірно нанесіть паяльну пасту за допомогою аплікатора. Тому в аплікаторі необхідно використовувати відповідну паяльну пасту. Після видалення аплікатора паста залишиться в потрібній зоні друкованої плати. Паяна сіра пая 96.5% з олова, що містить 3% срібла та 0.5% міді, без свинцю. Після нагрівання на кроці 3 паяна пая розплавиться і утворить міцний зв’язок.

Step 2: Automatic placement of components:

Другим кроком PCBA є автоматичне розміщення компонентів SMT на друкованій платі. Це робиться за допомогою робота -підбирача. На рівні проектування дизайнер створює файл і надає його автоматизованому роботу. Цей файл містить попередньо запрограмовані координати X, Y кожного компонента, що використовується на друкованій платі, і визначає розташування всіх компонентів. Використовуючи цю інформацію, роботу потрібно лише точно розмістити SMD -пристрій на дошці. Робот підбирає та збирає компоненти зі свого вакуумного пристосування та акуратно розміщує їх на паяльній пасті.

До появи роботизованих машин для збирання та розміщення технічні працівники збирали компоненти за допомогою пінцета і розміщували їх на друкованій платі, уважно дивлячись на місце розташування та уникаючи будь -яких потисків рук. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Тому ймовірність помилки велика.

По мірі дозрівання технології автоматизовані роботи, які збирають та розміщують компоненти, зменшують навантаження технічних працівників, забезпечуючи швидке та точне розміщення компонентів. Ці роботи можуть працювати цілодобово без стомлення.

Крок 3: Зварювання повторно

Третій крок після встановлення елементів і нанесення паяльної пасти – це зварювання зі зворотним холодильником. Зварювання повторним потоком – це процес розміщення друкованої плати на конвеєрній стрічці з компонентами. The conveyor then moves the PCB and components into a large oven, which produces a temperature of 250 o C. Температури достатньо, щоб розплавити припій. Розплавлений припій потім утримує компонент на друкованій платі і утворює з’єднання. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Це встановить постійний зв’язок між компонентом SMT та друкованою платою. У разі двосторонньої друкованої плати, як описано вище, сторона друкованої плати з меншою чи меншою кількістю компонентів буде оброблена спочатку від кроків 1 до 3, а потім до іншої сторони.

Ознайомтесь із процесом складання друкованої плати та відчуйте зелену чарівність друкованої плати

Крок 4: Перевірка якості та перевірка

Після пайки повторним пайком компоненти можуть бути зміщені через неправильне переміщення в лотку друкованої плати, що може призвести до короткого або розриву з’єднань. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Перевірки можуть бути ручними та автоматизованими.

A. Перевірка вручну:

Because the PCB has small SMT components, visual inspection of the board for any misalignment or malfunction can cause technician fatigue and eye strain. Таким чином, цей метод неможливий для попередніх плат SMT через неточні результати. Однак цей метод можливий для пластин з компонентами THT та меншою щільністю компонентів.

B. Оптичне виявлення:

Цей метод можливий для великих кількостей ПХБ. Метод використовує автоматичні машини з камерами високої потужності та високою роздільною здатністю, встановленими під різними кутами, для перегляду паяних з’єднань з усіх боків. Залежно від якості паяного з’єднання, світло буде відбиватися від паяного з’єднання під різними кутами. Ця машина автоматичної оптичної інспекції (AOI) дуже швидка і може обробляти велику кількість PCBS за дуже короткий час.

CX – променеве обстеження:

Рентгенівський апарат дозволяє фахівцям сканувати друковану плату, щоб побачити внутрішні дефекти. Це не поширений метод перевірки і використовується лише для складних і вдосконалених PCBS. При неправильному використанні ці методи перевірки можуть призвести до переробки або застарілої друкованої плати. Щоб уникнути затримок, трудових та матеріальних витрат, необхідно регулярно проводити перевірки.

Крок 5: Фіксація та зварювання компонентів THT

Компоненти наскрізних отворів поширені на багатьох друкованих платах. These components are also called plated through holes (PTH). Проводи цих компонентів пройдуть через отвори на друкованій платі. Ці отвори з’єднані з іншими отворами і наскрізними отворами мідними слідами. Коли ці елементи THT вставляються і приварюються до цих отворів, вони електрично з’єднуються з іншими отворами на тій самій друкованій платі, що і розроблена схема. Ці PCBS можуть містити деякі компоненти THT та багато компонентів SMD, тому описаний вище спосіб зварювання не підходить для компонентів THT у випадку компонентів SMT, таких як зварювання за допомогою повторного плавлення. Отже, два основних типи компонентів THT, які зварюються або збираються, є

A. Зварювання вручну:

Методи зварювання вручну поширені і часто вимагають більше часу, ніж автоматична установка для SMT. Технік зазвичай призначається вставляти по одному компоненту за раз і передавати плату іншим технікам, вставляючи інший компонент на ту саму дошку. Таким чином, плата буде переміщуватися по конвеєру, щоб компонент PTH заповнив її. Це робить процес тривалим, і багато компаній з проектування та виробництва друкованих плат уникають використання компонентів ПТГ у своїх схемах. Але компонент PTH залишається улюбленим і найчастіше використовуваним компонентом більшості конструкторів схем.

B. Хвильова пайка:

Автоматизована версія ручного зварювання – це хвильове зварювання. У цьому методі, як тільки елемент ПТГ розміщується на друкованій платі, друковану плату розміщують на конвеєрній стрічці та переміщують до спеціальної печі. Тут хвилі розплавленого припою бризкають на підкладку друкованої плати, де присутні компоненти. Це негайно зварить усі штифти. Однак цей метод працює тільки з односторонньою друкованою платою, а не з двосторонньою, оскільки розплавлений припій з одного боку друкованої плати може пошкодити компоненти з іншого. Після цього перемістіть друковану плату для остаточної перевірки.

Крок 6: Остаточний огляд та функціональне тестування

Тепер друкована плата готова до тестування та перевірки. 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

Цей тест використовується для перевірки функціональних та електричних характеристик друкованої плати та перевірки струму, напруги, аналогового та цифрового сигналів та схем, описаних у вимогах до друкованої плати

Якщо будь -який з параметрів друкованої плати показує неприйнятні результати, друковану плату буде викинуто або вилучено відповідно до стандартних процедур компанії. Фаза тестування є важливою, оскільки вона визначає успіх чи невдачу всього процесу PCBA.

Крок 7: Остаточне прибирання, обробка та доставка:

Тепер, коли друкована плата була випробувана у всіх аспектах і оголошена нормальною, настав час очистити від небажаного залишку флюсу, бруду від пальців та олії. Інструментів для очищення високого тиску на основі нержавіючої сталі з використанням деіонізованої води достатньо для очищення всіх видів бруду. Деіонізована вода не пошкоджує ланцюг друкованої плати. Після прання висушіть друковану плату стисненим повітрям. Остаточна друкована плата тепер готова до упаковки та транспортування.