Spring naar: PCBA-terminologie | Doorlopende montage | Surface Mount-technologie | Gemengde technologie | PCB-productie bij Millennium Circuits Limited

Het assemblageproces van de printplaat (PCB) bestaat uit verschillende stappen en richtlijnen die in de juiste volgorde moeten worden uitgevoerd om het eindproduct te laten functioneren zoals ontworpen. Om ervoor te zorgen dat dit gebeurt, gebruiken PCB-fabrikanten schermsjablonen en gecontroleerde verwarmings- en koelmechanismen om te regelen hoe componenten worden aangebracht en op hun plaats worden bevestigd.

Wanneer u een printplaat assembleert, moet u de juiste technologie kiezen voor het type componenten dat voorhanden is. Alle onderdelen en onderdelen moeten correct worden uitgelijnd op hun aangewezen plek, zoals gespecificeerd in het PCB-ontwerp. Elke afwijking, hoe klein ook, kan enorme gevolgen hebben voor de functies van het voltooide bord.

PCBA-terminologie

Om het PCB-assemblageproces te begrijpen, moet u de betekenis van verschillende termen kennen:

• Substraat: Het basismateriaal van de printplaat, het substraat, maakt elk bord stevig en stijf.
• Koper: Elke werkende kant van een PCB bevat een dunne laag koper, voor geleidende doeleinden. Op enkellaagse platen wordt koper aan de actieve zijde geplaatst. Op dubbelzijdige PCB's komt koper aan beide kanten voor.
• Soldeermasker: Dit is de laag aan de oppervlakte (meestal groen) van elke printplaat. Soldeermasker zorgt voor isolatie tussen koper en andere materialen, waardoor kortsluiting wordt voorkomen die anders zou kunnen ontstaan ​​als verschillende geleidende materialen met elkaar in contact komen. Soldeermasker geeft structuur aan de lay-out van de print door alles op zijn plaats te houden. Elk bord bevat gaten die door het soldeermasker gaan. Soldeer wordt in elk gat geplaatst, dat een basis biedt voor elk onderdeel dat aan het bord wordt toegevoegd.
• Zeefdruk: De finishing touch op elke printplaat is de zeefdruk, een transparante laag die cijfers en letters weergeeft naast de verschillende delen van een bepaald bord. Hierdoor kunnen fabrikanten de specifieke componenten van elk bord identificeren.
• Handmatig solderen: Dit is een proces waarbij een technicus handmatig een enkel onderdeel op de aangewezen plek op een reeks printplaten plaatst. Eenmaal voltooid, wordt elk bord naar de volgende technicus gestuurd, die een ander onderdeel toevoegt en het bord verder doorgeeft.
• Golfsolderen: Bij golfsolderen wordt correct gesoldeerd waarbij het bord op een transportband wordt geplaatst en door een verwarmingskamer wordt geleid. Hier wordt een golf soldeer op de bodem aangebracht, waardoor alle onderpennen van het bord in één enkel proces op hun plaats worden vastgezet.

Het is ook belangrijk om de verschillen te begrijpen tussen assemblages met doorlopende gaten, opbouwmontage en gemengde technologie.

Through-Hole PCB-assemblage

Through-hole-technologie is de ideale keuze voor printplaten met draden of draden die door gaten in het bord zijn gestoken en vervolgens aan de andere kant worden vastgezet met soldeer. PCB's met grote componenten zijn bijzonder geschikt voor through-hole-technologie, met name condensatoren.

De basisstappen van through-hole PCB-technologie kunnen als volgt worden samengevat:

1. De technicus assembleert handmatig onderdelen op specifieke gebieden op een printplaat, volgens de ontwerpspecificaties van de PCB. Elk onderdeel moet in een exacte positie worden geplaatst, zoals gespecificeerd, om de PCB goed te laten functioneren.
2. Het bord wordt onderzocht om er zeker van te zijn dat alle onderdelen correct zijn gemonteerd en dat elk onderdeel precies op zijn plaats zit. Als een van de PCB-onderdelen misplaatst is, is dit het moment om die onvolkomenheden te corrigeren.
3. De componenten zijn nu op hun plaats op de printplaat gesoldeerd. Dit wordt meestal gedaan met golfsolderen, waarbij het bord boven een golf hete soldeervloeistof beweegt die de PCB-assemblage stolt. Dit kan ook met de hand of met selectief soldeer. Selectief soldeer is vergelijkbaar met golfsolderen, maar de operator kan gebieden selectief solderen en dit helpt wanneer u op bepaalde gebieden niet wilt solderen.

Borden met doorlopende gaten bevatten doorgaans componenten met draadgeleiders, axiaal of radiaal. Vergeleken met de technologie voor oppervlaktemontage, hebben through-hole boards over het algemeen sterkere verbindingen. Er is echter meer werk nodig om een ​​doorlopende assemblage te produceren vanwege het extra boren.

Als een bord met doorgaande gaten uit meerdere lagen bestaat, hebben signaalsporen een beperkte routering op de interne lagen omdat de gaten doorsnijden tussen de boven- en onderkant. Daarom is through-hole-technologie vaak beperkt tot enkele van de omvangrijkere PCB-componenten zoals elektrolytische condensatoren en halfgeleiders. Borden die extra stevigheid en ondersteuning nodig hebben, zoals elektromechanische relais en connectoren, worden ook gemaakt met through-hole technologie.

Tijdens de prototypingfase geven technici vaak de voorkeur aan het grotere doorgaande gat naar de oppervlaktemontage, omdat de eerste gemakkelijker werkt met breadboard-aansluitingen. Als een bord echter bedoeld is voor hoge-snelheids- of hoogfrequente doeleinden, kan het ontwerp oppervlaktemontagetechnologie vereisen om verdwaalde terughoudendheid te verminderen. Anders zou de functie van de circuits verslechteren als gevolg van inductantie of capaciteit in de leads.

Tijdens het aanbrengen van soldeerpasta wordt een soldeersjabloon bovenop de printplaat geplaatst om ervoor te zorgen dat het soldeer binnen de in het ontwerp aangegeven limieten blijft. Het sjabloon is een dunne replica van het originele ontwerp met uitsparingen voor de gebieden waar de componenten worden geplaatst.

Nadat de componenten op hun plaats zijn gezet en het bord zijn eerste inspectie heeft ondergaan, wordt de soldeerpasta verwarmd boven een hete vloeistof totdat de kleine metalen balletjes in de pasta stollen met de bindende chemische stof, flux. Dit verbindt de componenten permanent met het bord. Nadat de verwarming en verlijming zijn voltooid, wordt de plaat gecontroleerd gekoeld. Dit brengt het bord terug naar een normale toestand en voorkomt schokken.

Nu de printplaat klaar is, moeten de componenten worden onderzocht op mogelijke uitlijnfouten. Als de componenten relatief groot zijn, kan dit vaak met een visuele inspectie. Tegenwoordig kunnen optische en röntgeninspecteurs PCB's echter veel nauwkeuriger onderzoeken. Als er ontwerpfouten worden ontdekt, moet het probleem worden verholpen voordat meer boards het proces doorlopen.

Surface Mount-technologie

Surface Mount-technologie is de praktische optie voor printplaten die kleine en gevoelige componenten bevatten die anders moeilijk zonder schade op hun plaats zouden kunnen worden geplaatst. Voorbeelden van het soort componenten dat dit proces ondergaat, zijn diodes en weerstanden.

De basisstappen van technologie voor oppervlaktemontage kunnen als volgt worden samengevat:

1. De eerste stap betreft een printer die is ontworpen voor het aanbrengen van soldeerpasta. Een soldeerzeefsjabloon wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat de kleine componenten op hun juiste plaats worden geplaatst. Voordat de onderdelen daadwerkelijk worden geplaatst, wordt het sjabloon gecontroleerd om er zeker van te zijn dat het sjabloon correct is uitgelijnd.
2. Het bord wordt nu naar een machine gebracht waar de componenten op hun plaats worden gezet volgens het ontwerp van de soldeerzeefsjabloon. Haspels in de machine zorgen ervoor dat de onderdelen zijn uitgelijnd en bevestigd aan hun corresponderende pads.
3. Met de componenten correct op het bord geplaatst, wordt een verwarmingsproces gebruikt om alles op zijn plaats te laten stollen. In dit stadium wordt de PCB door een verwarmingskamer gestuurd die het soldeer vloeibaar maakt, waardoor de onderdelen in het proces worden vastgemaakt.

Voordat de componenten op een PCB worden geplaatst, moeten bepaalde delen van het bord zelf eerst worden gecoat met soldeerpasta, die fungeert als lijm voor de unieke onderdelen van het bord. De gebieden die moeten worden gesoldeerd, zijn voornamelijk de plekken waar pads voor de overeenkomstige componenten zullen zijn.

Soldeerpasta is gemaakt van kleine korrels en flux. Het proces van het plaatsen van de soldeerpasta op een printplaat lijkt veel op dat van een printtoepassing. Een soldeerscherm wordt op een exacte, gespecificeerde uitlijning over het bord geplaatst. Vervolgens wordt er een roller over het scherm gehaald om de soldeerpasta op het bord te drukken.

Het soldeerscherm wordt vooraf bedrukt volgens het ontwerp van de printplaat. Daarom zijn de opening in het scherm uitgelijnd met de componentpads op het bord. Dit zorgt ervoor dat het soldeermasker zich uitsluitend op die gebieden verdeelt. De hoeveelheid soldeer die tijdens dit proces wordt verdeeld, moet worden geregeld om ervoor te zorgen dat elke verbinding niet te veel of te weinig bedekt is.

Nadat de pasta is aangebracht, wordt het bord door een pick-and-place-machine gestuurd waar gespecificeerde componenten op de gesoldeerde gebieden worden aangebracht. Zolang externe krachten het bord niet schokken tijdens dit proces, moet de spanning van het soldeer voldoende zijn om de componenten op hun plaats te houden.

Op sommige pick-and-place-machines worden kleine hoeveelheden lijm toegevoegd aan de aangewezen gebieden om de componenten vast te zetten. Dit is vooral bedoeld voor printplaten die het proces van golfsolderen ondergaan. Het nadeel van deze toegevoegde lijm is dat het correcties kan bemoeilijken op boards waarvan de componenten niet goed zijn uitgelijnd met de specificaties van het oorspronkelijke ontwerp.

Met de componenten op hun juiste plek vastgezet, wordt de PCB door de soldeermachine gestuurd. Op oudere borden pasten fabrikanten vaak golfsolderen toe, hoewel dit grotendeels uit de praktijk is gehaald. In producties waar de methode wordt toegepast, wordt geen soldeerpasta gebruikt omdat soldeer wordt aangebracht door de golfsoldeermachine. Tegenwoordig is reflow-solderen echter de meest gebruikte methode onder PCB-fabrikanten.

Zodra de printplaat uit de soldeermachine is gekomen, inspecteren technici de samenstelling van de printplaat op eventuele onvolkomenheden. Als het bord meer dan 100 verschillende componenten bevat, wordt het bord door een automatische optische inspecteur (AOI) gestuurd, die zelfs de kleinste gebreken kan detecteren, zoals verkeerd uitgelijnde verbindingen, componenten die niet op hun plaats zitten en onjuiste plaatsingen.

Elke printplaat moet een reeks tests ondergaan voordat deze de assemblage verlaat. Het bord doorstaat verschillende tests om te verifiëren dat het kan functioneren zoals bedoeld in het oorspronkelijke ontwerp.

Terwijl de operatie aan de gang is, moet de apparatuur worden geïnspecteerd om ervoor te zorgen dat alles werkt zoals bedoeld. De eerste plaatsen om te controleren zijn de outputs, omdat deze het succes van een bepaalde productie helpen verifiëren. De output van de soldeermachine moet aan het begin van elke productie worden geïnspecteerd, samen met de eerste boards die door de output komen. Op deze manier kunnen eventuele onvolkomenheden vroeg worden opgemerkt, voordat een drukfout groot en kostbaar wordt.

Gemengde technologie

Door de snelle evolutie van de geautomatiseerde technologie worden er steeds meer printplaten gemaakt met steeds kleinere onderdelen. Dit betekent dat veel PCB's tegenwoordig worden gemaakt met een combinatie van methoden, gewoonlijk gemengde technologie genoemd. Een assemblage met gemengde technologie omvat een van de volgende benaderingen:

• Een enkelzijdige gemengde assemblage, waarbij een printplaat zowel oppervlaktemontagetechnologie als through-hole-technologie ondergaat, beide aan dezelfde kant van het bord.
• Een gesplitste assemblage, waarbij de ene kant van de printplaat wordt geassembleerd met Surface Mount-technologie en de andere kant van de print wordt geassembleerd met through-hole-technologie. PCB's zoals deze hebben componenten van normale grootte aan de ene kant en kleinere componenten aan de andere kant.
• Een dubbelzijdige gemengde assemblage, waarbij beide zijden van de printplaat worden geassembleerd met een combinatie van through-hole-technologie en oppervlaktemontage-technologie. Een bord van dit type heeft zowel normale componenten als kleine en delicate aan beide kanten.

Voordat een PCB-ontwerp in productie gaat, moeten de voor gebruik bestemde boards worden gecontroleerd op kwaliteitsdoeleinden. Op de componenten kan voetoxidatie of olieachtige resten als rode vlaggen dienen. Indien bewaard in een koele omgeving, kan de soldeerpasta pas worden aangebracht nadat deze is ontdooid en geroerd. De printplaat moet droog zijn voordat er pasta op het oppervlak wordt aangebracht.

Op printplaten met gemengde technologie is een complexere reeks processen vereist binnen de pick-and-place-machine. Hier moet rekening worden gehouden met een mix van verschillende componentgroottes, aan één of beide zijden van het bord.

Als de printplaat uit een dubbelzijdige montage bestaat, moet het soldeerproces aan beide zijden worden toegepast. Kortom, alles wat aan de ene kant gebeurt, gebeurt ook aan de andere kant. Het enige verschil zijn de specifieke componenten en hun plaatsing, aangezien de ene kant kleinere componenten kan bevatten dan de andere. Golfsolderen is niet mogelijk voor dubbelzijdige PCB's, omdat het opnieuw indienen van het bord voor de tweede kant de delicate delen aan de eerste kant zou verpesten.

Elke printplaat met gemengde technologie moet worden voorgelegd aan een automatische optische inspecteur. Op deze manier kunnen technici worden verzekerd van een waterdichte inspectie die zelfs de kleinste onvolkomenheden zal detecteren, zoals kleine misplaatsingen van microscopisch kleine onderdelen.

Om rekening te houden met de complexiteit van een dubbelzijdig bord met gemengde technologie, is een grondigere reeks tests vereist voor de eerste PCB's die in dergelijke lijnen worden geproduceerd. Omdat er meer componenten zijn om rekening mee te houden, zijn er meer potentiële problemen als zelfs maar één onderdeel niet goed is uitgelijnd.

PCB-productie bij Millennium Circuits Limited

In de hightechwereld van vandaag worden printplaten steeds complexer naarmate technici manieren vinden om meer gegevens en energie op steeds kleinere chips te laden. Naarmate computerapparatuur en elektronica kleiner worden, zullen ook de PCB's die deze apparaten van stroom voorzien en verbinden met het draadloze netwerk, kleiner worden. Voor PCB-fabrikanten betekent dit dat de productie van printplaten geavanceerde niveaus van engineering vereist.

Om PCB's efficiënt te maken volgens de huidige normen, moet u de juiste gespecificeerde kale PCB hebben om elke stap in het assemblageproces efficiënter uit te voeren. Bij Millennium Circuits gebruiken we de nieuwste technologie in onze faciliteiten om elke kale PCB-bestelling uit te voeren volgens de specificaties van de klant. Neem contact op met Millennium Circuits voor meer informatie over PCB-productie.

Heeft u vragen over onze diensten of uw project? Neem vandaag nog contact met ons op om met het bekroonde ondersteuningsteam van MCL te spreken!