Về công nghệ hiện đại, thế giới đang phát triển với tốc độ rất nhanh, và ảnh hưởng của nó có thể dễ dàng phát huy trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. 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. Cốt lõi của các thiết bị này là kỹ thuật điện và cốt lõi là bảng mạch in (PCB).

PCB thường có màu xanh lá cây và là một phần thân cứng với các thành phần điện tử khác nhau trên đó. These components are welded to the PCB in a process called “PCB assembly” or PCBA. PCB bao gồm một chất nền làm bằng sợi thủy tinh, các lớp đồng tạo nên dấu vết, các lỗ tạo nên thành phần và các lớp có thể ở bên trong và bên ngoài. Tại RayPCB, chúng tôi có thể cung cấp lên đến 1-36 lớp cho PROTOTYPES nhiều lớp và 1-10 lớp cho nhiều lô PCB để sản xuất số lượng lớn. 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. Mặt nạ hàn sẽ cho phép linh kiện tránh được hiện tượng đoản mạch đối với đường ray hoặc các thành phần khác.

Dấu vết đồng được sử dụng để chuyển tín hiệu điện tử từ điểm này sang điểm khác trên PCB. These signals can be high-speed digital signals or discrete analog signals. Các dây này có thể được làm dày để cung cấp nguồn điện / năng lượng cho bộ nguồn linh kiện.

Trong hầu hết các PCBS cung cấp điện áp hoặc dòng điện cao, có một mặt phẳng nối đất riêng biệt. Components on the top layer are connected to the internal GND plane or internal signal layer via “Vias”.

Các thành phần được lắp ráp trên PCB để cho phép PCB hoạt động như thiết kế. The most important thing is PCB function. Ngay cả khi các điện trở SMT nhỏ không được đặt đúng cách, hoặc ngay cả khi các rãnh nhỏ bị cắt khỏi PCB, PCB có thể không hoạt động. Vì vậy, điều quan trọng là phải lắp ráp các thành phần một cách phù hợp. PCB khi lắp ráp các thành phần được gọi là PCBA hoặc PCB lắp ráp.

Tùy thuộc vào các thông số kỹ thuật do khách hàng hoặc người sử dụng mô tả, chức năng của PCB có thể phức tạp hoặc đơn giản. PCB size also varies according to requirements.

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

Lớp PCB và thiết kế

Như đã đề cập ở trên, có nhiều lớp tín hiệu giữa các lớp bên ngoài. Now we will discuss the types of outer layers and functions.

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

1 – Lớp nền: Đây là một tấm cứng được làm bằng vật liệu FR-4, trên đó các thành phần được “lấp đầy” hoặc hàn. Điều này cung cấp độ cứng cho 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- Mặt nạ hàn: Nó được áp dụng cho các lớp trên cùng và dưới cùng của PCB. This is used to create non-conducting areas of the PCB and insulate the copper traces from each other to protect against short circuits. Mặt nạ hàn cũng tránh hàn các bộ phận không mong muốn và đảm bảo rằng chất hàn đi vào khu vực để hàn, chẳng hạn như lỗ và miếng đệm. 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. Lớp màn hình cung cấp thông tin quan trọng về PCB.

There are 3 types of PCBS according to the substrate classification

1- Rigid PCB:

PCB là hầu hết các thiết bị PCB mà chúng ta thấy trong các loại PCB khác nhau. Đây là những PCBS cứng, cứng và chắc chắn, có độ dày khác nhau. The main material is fiberglass or simple “FR4”. FR4 là viết tắt của “fire retarder-4”. Các đặc tính tự chữa cháy của FR-4 làm cho nó hữu ích cho việc sử dụng nhiều thiết bị điện tử công nghiệp lõi cứng. The FR-4 has thin layers of copper foil on both sides, also known as copper-clad laminates. Các lớp mạ đồng Fr-4 chủ yếu được sử dụng trong bộ khuếch đại công suất, bộ nguồn chế độ chuyển đổi, trình điều khiển động cơ servo, v.v. Mặt khác, một chất nền PCB cứng khác thường được sử dụng trong các thiết bị gia dụng và sản phẩm CNTT được gọi là PCB phenolic giấy. Chúng nhẹ, mật độ thấp, rẻ và dễ đục lỗ. Máy tính, bàn phím và chuột là một số ứng dụng của nó.

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.Các loại PCBS này có thể được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu các thành phần nhiệt như đèn led công suất cao, điốt laze, v.v.

Installation technology type:

SMT: SMT là viết tắt của “công nghệ gắn kết bề mặt”. Các thành phần SMT có kích thước rất nhỏ và có nhiều gói khác nhau như 0402,0603 1608 cho điện trở và tụ điện. Tương tự, đối với ics mạch tích hợp, chúng ta có SOIC, TSSOP, QFP và BGA.

Việc lắp ráp SMT rất khó đối với bàn tay con người và có thể là một quá trình xử lý thời gian, vì vậy nó chủ yếu được thực hiện bởi các robot thu nhận và xếp đặt tự động.

THT: THT là viết tắt của công nghệ xuyên lỗ. 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.

Điều kiện tiên quyết của quy trình lắp ráp:

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. Các nhà sản xuất phải thực hiện các bước DFM cơ bản này để đảm bảo một PCB hoàn hảo.

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 khía / hướng đầu phải được kiểm tra.

Phần tử yêu cầu tản nhiệt phải có đủ không gian để chứa các phần tử khác sao cho tản nhiệt không chạm vào.

2-Hole and through-hole spacing:

The spacing between holes and between holes and traces should be checked. Tấm đệm và lỗ thông không được chồng lên nhau.

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. Tại RayPCB, chúng tôi sử dụng thiết bị OEM hiện đại để cung cấp các dịch vụ OEM PCB, hàn sóng, kiểm tra thẻ PCB và lắp ráp SMT.

Quy trình từng bước lắp ráp PCB (PCBA):

Bước 1: Áp dụng hàn dán bằng cách sử dụng mẫu

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. Khuôn mẫu và PCB được giữ với nhau bằng một vật cố định cơ học, và keo hàn được áp dụng đồng đều cho tất cả các khe hở trên bo mạch thông qua một dụng cụ bôi. Apply solder paste evenly with applicator. Do đó, phải sử dụng keo hàn thích hợp trong đầu bôi. Khi đầu bôi thuốc được gỡ bỏ, chất dán sẽ vẫn ở trong khu vực mong muốn của PCB. Thuốc hàn màu xám 96.5% làm bằng thiếc, chứa 3% bạc và 0.5% đồng, không chứa chì. After heating in Step 3, the solder paste will melt and form a strong bond.

Step 2: Automatic placement of components:

Bước thứ hai của PCBA là tự động đặt các thành phần SMT trên PCB. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một robot chọn và đặt. Ở cấp độ thiết kế, nhà thiết kế tạo một tệp và cung cấp tệp đó cho rô bốt tự động. Tệp này có tọa độ X, Y được lập trình sẵn của từng thành phần được sử dụng trong PCB và xác định vị trí của tất cả các thành phần. 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.

Trước khi có sự ra đời của máy lấy và định vị bằng robot, các kỹ thuật viên sẽ dùng nhíp gắp các thành phần và đặt chúng lên PCB bằng cách xem xét kỹ vị trí và tránh bất kỳ sự rung tay nào. This results in high levels of fatigue and poor vision for technicians, and leads to a slow PCB assembly process for SMT parts. Vì vậy khả năng xảy ra sai sót cao.

Khi công nghệ phát triển, các robot tự động lấy và đặt các thành phần làm giảm khối lượng công việc của các kỹ thuật viên, cho phép đặt các thành phần nhanh chóng và chính xác. Những con robot này có thể làm việc 24/7 mà không mệt mỏi.

Bước 3: Hàn lại

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. Nhiệt độ đủ để làm chảy vật hàn. Sau đó, chất hàn nóng chảy giữ thành phần với PCB và tạo thành mối nối. After high temperature treatment, the PCB enters the cooler. These coolers then solidify the solder joints in a controlled manner. Điều này sẽ thiết lập một kết nối lâu dài giữa thành phần SMT và PCB. Trong trường hợp PCB hai mặt, như đã mô tả ở trên, phía PCB có ít thành phần hơn hoặc nhỏ hơn sẽ được xử lý đầu tiên từ bước 1 đến bước 3, sau đó đến mặt còn lại.

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

Bước 4: Kiểm tra chất lượng và kiểm tra

Sau khi hàn lại, có thể các thành phần bị lệch do một số chuyển động không chính xác trong khay PCB, điều này có thể dẫn đến kết nối ngắn hoặc hở mạch. These defects need to be identified, and this identification process is called inspection. Việc kiểm tra có thể là thủ công và tự động.

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. Do đó, phương pháp này không khả thi đối với các bảng SMT trước do kết quả không chính xác. Tuy nhiên, phương pháp này khả thi đối với các tấm có thành phần THT và mật độ thành phần thấp hơn.

B. Phát hiện quang học:

Phương pháp này khả thi đối với số lượng lớn PCBS. Phương pháp này sử dụng máy móc tự động với công suất cao và camera có độ phân giải cao được gắn ở nhiều góc độ khác nhau để xem các mối hàn từ mọi hướng. Tùy thuộc vào chất lượng của mối hàn, ánh sáng sẽ phản xạ khỏi mối hàn ở các góc độ khác nhau. 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. Việc kiểm tra cần được tiến hành thường xuyên để tránh chậm trễ, tốn nhân công và nguyên vật liệu.

Bước 5: Hàn và cố định linh kiện THT

Các thành phần lỗ thông thường phổ biến trên nhiều bảng mạch PCB. These components are also called plated through holes (PTH). Các dây dẫn của các thành phần này sẽ đi qua các lỗ trên PCB. Các lỗ này được kết nối với các lỗ khác và thông qua các lỗ bằng các vết đồng. Khi các phần tử THT này được lắp vào và hàn vào các lỗ này, chúng sẽ được kết nối điện với các lỗ khác trên cùng một PCB như mạch đã thiết kế. 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. Một kỹ thuật viên thường được chỉ định để chèn một thành phần tại một thời điểm và chuyển bảng cho các kỹ thuật viên khác chèn một thành phần khác trên cùng một bảng. Do đó, bảng mạch sẽ được di chuyển xung quanh dây chuyền lắp ráp để lấy thành phần PTH điền vào đó. Điều này làm cho quá trình kéo dài và nhiều công ty thiết kế và sản xuất PCB tránh sử dụng các thành phần PTH trong thiết kế mạch của họ. Nhưng thành phần PTH vẫn là thành phần yêu thích và được sử dụng phổ biến nhất bởi hầu hết các nhà thiết kế mạch.

B. Hàn sóng:

Phiên bản tự động của hàn thủ công là hàn sóng. Trong phương pháp này, khi phần tử PTH được đặt trên PCB, PCB được đặt trên băng chuyền và chuyển đến lò nướng chuyên dụng. Tại đây, các sóng chất hàn nóng chảy bắn vào chất nền của PCB, nơi có các dây dẫn thành phần. Điều này sẽ hàn tất cả các chân ngay lập tức. 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. Sau đó, chuyển PCB để kiểm tra lần cuối.

Bước 6: Kiểm tra lần cuối và kiểm tra chức năng

PCB hiện đã sẵn sàng để thử nghiệm và kiểm tra. 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

Thử nghiệm này được sử dụng để kiểm tra các đặc tính chức năng và điện của PCB và xác nhận dòng điện, điện áp, tín hiệu tương tự và kỹ thuật số và thiết kế mạch được mô tả trong các yêu cầu về PCB

Nếu bất kỳ thông số nào của PCB cho kết quả không thể chấp nhận được, PCB sẽ bị loại bỏ hoặc loại bỏ theo quy trình tiêu chuẩn của công ty. Giai đoạn kiểm tra rất quan trọng vì nó quyết định sự thành công hay thất bại của toàn bộ quy trình PCBA.

Bước 7: Vệ sinh, hoàn thiện và vận chuyển lần cuối:

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. Dụng cụ làm sạch áp lực cao làm bằng thép không gỉ sử dụng nước khử ion đủ để làm sạch tất cả các loại chất bẩn. Nước khử ion không làm hỏng mạch PCB. Sau khi rửa, làm khô PCB bằng khí nén. PCB cuối cùng hiện đã sẵn sàng để đóng gói và vận chuyển.