Co to jest montaż PCB?

Co to jest montaż PCB?

Montaż PCBodnosi się do procesu montażu wszystkich elementów elektronicznych, takich jak rezystory, tranzystory, diody itp. na płytce drukowanej, przy czym metoda montażu może być ręczna lub mechaniczna.   Ludzie często mylą montaż PCB z produkcją PCB, wiążą się one z zupełnie innymi procesami.   Jeśli chodzi o produkcję PCB, obejmuje ona bardzo szeroki zakres procesów, w tym projektowanie i prototypowanie, podczas gdy montaż płytek drukowanych rozpoczyna się po wyprodukowaniu PCB i polega wyłącznie na rozmieszczeniu komponentów.

3 rodzaje technologii montażu PCB

Postęp technologii elektronicznych przyniósł większe możliwości montażu płytek PCB.   Obecnie powszechnie stosowane są trzy technologie montażu, jedna to SMT (ang. Surface Mount Technology), druga to THT (Thru-Hole Technology), a trzecia to połączenie dwóch pierwszych.

Technologia montażu powierzchniowego

Montaż PCB SMT

Montaż SMT odbywa się głównie poprzez lutowanie urządzeń do montażu powierzchniowego (SMD) na płytce drukowanej.   Ponieważ standardowy pakiet elementów SMD jest niewielki, cały proces musi być dokładnie kontrolowany, aby zapewnić wysoką dokładność i odpowiednią temperaturę złączy lutowanych.   Na szczęście SMT to w pełni zautomatyzowana technologia montażu, która automatycznie podnosi poszczególne komponenty i umieszcza je na płytce drukowanej z niezwykłą precyzją.

Technologia Thru-Hole

THT to bardziej tradycyjna technologia montażu PCB, w której instalator wkłada elementy elektroniczne, takie jak kondensatory, cewki oraz duże rezystory i cewki indukcyjne, do płytki drukowanej przez otwory.   W porównaniu z SMT, montaż przewlekany umożliwia montaż komponentów o dużych rozmiarach i zapewnia mocniejsze połączenie mechaniczne, co jest również bardziej odpowiednie do testowania i prototypowania.   więcej Montaż PCB THT >>

Mieszana technologia montażu PCB

Produkty elektroniczne są zwykle projektowane tak, aby były mniejsze i miały więcej funkcji, co stawia przed nimi wyższe wymaganiazespół płytki drukowanej.  Ludzie muszą składać bardzo złożone obwody na ograniczonej przestrzeni, trudno jest uzyskać pożądany efekt stosując wyłącznie SMD lub PTH, konieczne jest połączenie technologii SMT i THT.   W przypadku stosowania technologii mieszanego montażu płytek PCB należy dokonać odpowiednich regulacji, aby uprościć lutowanie i montaż.

Proces montażu PCB

Krok 1: Szablonowanie pasty lutowniczej

W pierwszym kroku na płytkę zostanie nałożona pasta lutownicza.  Pasta lutownicza jest szara i składa się z maleńkich metalowych kulek składających się z 96,5% cyny, 3% srebra i 0,5% miedzi. Pamiętaj, aby używać jej w kontrolowanej ilości i upewnić się, że została nałożona dokładnie w odpowiednim miejscu.  wMontaż PCBLinia, płytki obwodów drukowanych i szablony lutownicze są mocowane za pomocą mechanicznych zacisków, a na wybrane obszary nakładana jest dokładna ilość pasty lutowniczej.  Maszyna nałoży zawiesinę na szablon, aż równomiernie pokryje każdy otwarty obszar.   Wreszcie, kiedy zdejmiemy szablon, możemy zobaczyć, że pasta lutownicza pozostaje na właściwym miejscu.

Krok 2: Wybierz i umieść

W drugim kroku musimy skorzystać z maszyny pick and place, która automatycznie umieszcza elementy do montażu powierzchniowego na płytkach drukowanych.   Obecnie komponenty SMD są szeroko stosowane na rodzajach płytek PCB, które można montować z dużą wydajnością.  W przeszłości wybieranie i umieszczanie odbywało się ręcznie, a monter musiał zwracać dużą uwagę podczas tego procesu, aby upewnić się, że wszystkie komponenty są umieszczone we właściwej pozycji.  Chociaż automatyczne pick and place są obsługiwane przez roboty, które mogą pracować 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu bez zmęczenia, poprawiło to produktywność i w dużym stopniu zmniejszyło liczbę błędów.   Maszyna podnosi płytki drukowane za pomocą uchwytu podciśnieniowego, a następnie przenosi je do stacji pick and place.  Następnie robot umieszcza płytkę drukowaną na stacji, a elementy SMD zostaną umieszczone na pasty lutowniczej w odpowiednich miejscach.

Krok 3: Lutowanie rozpływowe

Po wybraniu i umieszczeniu zespół PCB przejdzie do procesu lutowania rozpływowego.  Płytki drukowane byłyby przenoszone do dużego pieca rozpływowego za pośrednictwem przenośnika taśmowego.  Piec nagrzewał knury w wysokich temperaturach, zwykle około 250 stopni Celsjusza, w celu stopienia lutu w paście lutowniczej.   Po zakończeniu procesu nagrzewania płytki drukowane zostaną przeniesione przez piec składający się z szeregu chłodnic, które pomogą schłodzić i zestalić stopiony lut.  Podczas lutowania rozpływowego warto zwrócić uwagę na specjalne płytki, jak np. dwustronne płytki PCB.   Każdą stronę dwustronnych płytek PCB należy oddzielnie wytłoczyć przy użyciu szablonu i lutować rozpływowo. Zwykle najpierw lutowana jest strona z mniejszą liczbą elementów, a następnie druga strona.

Krok 4: Kontrola

Zmontowane płytki drukowane muszą zostać przetestowane pod kątem funkcjonalności. Proces ponownego rozpływu może skutkować słabym połączeniem lub nawet jego brakiem.  Ruch podczas lutowania rozpływowego może również powodować zwarcia. Zatem kontrola jest kluczowym etapem procesu montażu. Istnieje wiele metod sprawdzania błędów, a powszechnie stosowane to kontrole ręczne, inspekcja rentgenowska i automatyczna inspekcja optyczna.  Po lutowaniu rozpływowym można przeprowadzać okresowe kontrole, dzięki czemu możliwe jest zidentyfikowanie wszelkich potencjalnych problemów do czasu przejścia montażu płytki drukowanej do następnego procesu.  Taka inspekcja może pomóc producentom zaoszczędzić dużo pieniędzy, ponieważ im szybciej wykryją problem, tym szybciej będzie można go rozwiązać bez marnowania czasu, zasobów ludzkich i materiałów.

Krok 5: Wstawianie komponentu z otworem przelotowym

Oprócz komponentów SMD, niektóre płytki drukowane mogą wymagać montażu z innymi rodzajami komponentów, takimi jak komponenty z otworami przelotowymi lub komponenty PTH.  Jak zatem złożyć te elementy?  Cóż, w płytkach drukowanych znajdują się platerowane otwory, które zapewniają dostęp do elementów PCB w celu przesyłania sygnałów z jednej strony płytki na drugą.  Zatem pasta lutownicza jest w tym przypadku skuteczna, dlatego do wstawiania elementów PTH musimy zastosować inne metody lutowania, takie jak lutowanie ręczne i lutowanie na fali.

Krok 6: Test funkcjonalny

W ostatnim kroku przeprowadzona zostanie końcowa inspekcja w celu przetestowania funkcjonalności PCBA, proces ten nazywamy „testem funkcjonalnym”.  Ten test będzie symulował normalne działanie płytki PCB i monitorował charakterystykę elektryczną płytki PCB, gdy zasilanie i sygnał analogowy przejdą przez płytkę PCB, aby ocenić, czy PCBA spełnia kryteria.

Sugestie dotyczące lepszego montażu PCB

Po wyjaśnieniu szczegółowego procesu montażu obwodów drukowanych, chcielibyśmy teraz przedstawić kilka sugestii, które mogą poprawić jakość PCBA.

Rozmiar komponentu

Bardzo ważne jest, aby podczas projektowania PCB wybrać odpowiedni rozmiar opakowania dla każdego komponentu na płytce. Ogólnie rzecz biorąc, sugerujemy wybór większych opakowań. Wybór mniejszych pakietów może skutkować potencjalnymi problemami na etapie montażu płytki drukowanej, co wymagałoby dużej ilości czasu na modyfikację obwodu. O ile w przypadku niektórych skomplikowanych modyfikacji, takich jak demontaż i lutowanie elementów, ponowny montaż całej płytki drukowanej jest znacznie łatwiejszy.

Ślad komponentu

Wymiary komponentu to kolejny kluczowy aspekt montażu PCB.  Każdy ślad musi zostać utworzony dokładnie według wzoru terenu określonego w arkuszu danych każdego zintegrowanego komponentu. Wiele problemów może wynikać z nieprawidłowego obrysu, na przykład nierównomiernego nagrzewania zintegrowanego komponentu podczas procesu lutowania, co powoduje jego przyklejanie się tylko do jednej strony płytki drukowanej zamiast do obu.  Ponadto na pasywne komponenty SMD, takie jak rezystory, kondensatory i cewki indukcyjne, wpływa to głównie z powodu nieprawidłowych wymiarów układu uziemienia powiązanego z komponentem oraz różnej wielkości ścieżek podłączonych do dwóch płytek elementu lub toru. szerokość jest za szeroka.

Odstępy pomiędzy elementami

Przegrzanie spowodowane niewystarczającą przestrzenią między elementami jest jedną z głównych przyczyn awarii PCB, a problem ten jest bardziej wyraźny w niektórych bardzo złożonych obwodach. Umieszczenie jednego komponentu zbyt blisko drugiego może powodować szereg problemów, z których najpoważniejszy może prowadzić do przeprojektowania i ponownej produkcji płytki drukowanej, co jest procesem czasochłonnym i generującym niepotrzebne koszty.  Kiedy stosujemy zautomatyzowane maszyny do montażu i testowania, ważne jest, aby każdy element znajdował się w dużej odległości od części mechanicznych, krawędzi płyty i wszystkich innych elementów.  Zbyt małe odstępy między elementami lub elementy, które są nieprawidłowo obrócone, mogą powodować problemy podczas procesu lutowania na fali.  Na przykład, jeśli wyższy element poprzedza element o niższej wysokości na drodze pokonywanej przez falę, spoina ulegnie osłabieniu.

Zaktualizowano zestawienie komponentów

Zarówno w przypadku projektowania PCB, jak i procesów montażu ważne jest, aby upewnić się, że zestawienie materiałów (BOM) jest zawsze aktualizowane. Wszelkie błędy lub niedokładności w BOM-ie mogą powodować duże problemy, które mogą opóźnić całą fazę montażu, ponieważ producenci muszą poświęcić dużo czasu na znalezienie i rozwiązanie problemu.  Aby mieć pewność, że BOM jest dokładny i ważny, za każdym razem, gdy aktualizujesz projekt PCB, powinieneś dokładnie i dokładnie przejrzeć BOM.  Na przykład, jeśli do istniejącego projektu dodawany jest nowy komponent, należy upewnić się, że zestawienie komponentów zostało odpowiednio zaktualizowane.

Użycie fiducialów

Fiduciale to zaokrąglone miedziane kształty, które pełniłyby rolę punktów orientacyjnych dla maszyn montażowych typu pick and place. Korzystając z punktów odniesienia, zautomatyzowany sprzęt może określić orientację płytki i zmontować elementy do montażu powierzchniowego o drobnym rozstawie. Fiducials można podzielić na dwie klasy: globalne fiducials i lokalne fiducials. Globalne punkty odniesienia służą do umieszczania na krawędzi płytek drukowanych, tak aby orientacja płytki w płaszczyźnie X-Y mogła zostać wykryta przez maszyny typu pick and place. Jeśli chodzi o lokalne punkty odniesienia, są one umieszczane blisko rogów kwadratowych komponentów SMD, co pozwala maszynom typu pick and place dokładnie zlokalizować ślad komponentu, co może pomóc zredukować błędy pozycjonowania podczas montażu PCB. Jednym słowem, punkty odniesienia są bardzo ważne przy montażu PCB, zwłaszcza gdy na płytce znajduje się wiele komponentów, które znajdują się niedaleko siebie.