Essentiële Gids voor PCB-Assemblage: Van Ontwerp tot Productie

Spring naar: PCBA Terminologie | Doorsteek Assemblage | Surface Mount Technology | Gemengde Technologie | PCB Fabricage bij Millennium Circuits Limited

Het PCB-assemblageproces bestaat uit verschillende stappen en richtlijnen die in de juiste volgorde moeten worden uitgevoerd om het eindproduct te laten functioneren zoals ontworpen. Om dit te garanderen, gebruiken PCB-fabrikanten schablonen en gecontroleerde verwarmings- en afkoelmechanismen om te regelen hoe componenten worden toegepast en bevestigd.

Bij het assembleren van een printplaat moet je de juiste technologie kiezen voor het type componenten. Alle onderdelen moeten correct uitgelijnd zijn op hun aangewezen plek, zoals gespecificeerd in het PCB-ontwerp. Elke afwijking, hoe klein ook, kan enorme gevolgen hebben voor de functionaliteit van de printplaat.

PCBA Terminologie

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

• Substraat: Het fundamentele materiaal van de printplaat, het substraat zorgt ervoor dat elke printplaat stevig en rigide is.
• Koper: Elke werkzijde van een PCB bevat een dunne laag koper voor geleiding. Op enkelzijdige printplaten ligt koper aan de actieve zijde. Op dubbelzijdige PCB's zit koper aan beide kanten.
• Soldeermasker: Dit is de laag aan de oppervlakte (meestal groen) van elke printplaat. Soldeermasker biedt isolatie tussen koper en andere materialen, voorkomt kortsluitingen die anders zouden ontstaan als verschillende geleidende materialen in contact komen. Soldeermasker geeft structuur aan de layout van de PCB door alles op zijn plaats te houden. Elke printplaat bevat gaten die door het soldeermasker heen gaan. Soldeer wordt in elk gat geplaatst, wat een fundament biedt voor elk component dat aan de printplaat wordt toegevoegd.
• Silkscreen: De laatste afwerking op elke printplaat is de silkscreen, een transparante laag die nummers en letters naast de verschillende onderdelen van een printplaat weergeeft. Hierdoor kunnen fabrikanten de specifieke componenten van elke printplaat identificeren.
• Handmatig solderen: Dit is een proces waarbij een technicus handmatig een enkel component op de aangewezen plek op een serie printplaten plaatst. Eenmaal voltooid, wordt elke printplaat naar de volgende technicus gestuurd, die een ander onderdeel toevoegt en de printplaat doorgeeft.
• Golfsolderen: Bij golfsolderen wordt de printplaat op een band geplaatst en door een verwarmingskamer geleid. Hier wordt een golf van soldeer aan de onderkant toegepast, waarmee alle onderpinnen van de printplaat in één proces worden bevestigd.

Het is ook belangrijk om de verschillen tussen doorsteek-, surface mount- en gemengde technologie-assemblages te begrijpen.

Doorsteek PCB-Assemblage

Doorsteektechnologie is de ideale keuze voor printplaten die leads of draden hebben die door gaten in de printplaat worden gevoerd en aan de andere kant met soldeer worden bevestigd. PCB's met grote componenten zijn met name geschikt voor doorsteektechnologie, zoals condensators.

De basisstappen van doorsteek PCB-technologie samengevat:

1. De technicus monteert handmatig onderdelen op specifieke gebieden op een printplaat, volgens de ontwerpspecificaties van de PCB. Elk component moet in een exacte positie worden geplaatst, zoals gespecificeerd, voor de PCB om correct te functioneren.
2. De printplaat wordt gecontroleerd om te verzekeren dat alle onderdelen correct gemonteerd zijn en dat elk component op zijn exacte plek zit. Als enige van de PCB-onderdelen verkeerd zit, is nu de tijd om die imperfecties te corrigeren.
3. De componenten worden nu op de printplaat gesoldeerd. Dit wordt typisch gedaan met golfsolderen, waarbij de printplaat boven een golf van heet vloeibaar soldeer beweegt waardoor de PCB-assemblage solidifieert. Dit kan ook handmatig of met selectief solderen. Selectief solderen is vergelijkbaar met golfsolderen, maar de operator kan selectief gebieden solderen, wat helpt als je geen soldeer op bepaalde gebieden wilt.

Doorsteekprintplaten bevatten meestal componenten met draadleads, ofwel axiaal of radiaal. Vergeleken met surface mount technologie, hebben doorsteekprintplaten over het algemeen sterkere bindingen. Er is echter meer werk vereist om een doorsteekassemblage te produceren vanwege de extra boringen.

Als een doorsteekprintplaat uit meerdere lagen bestaat, hebben signaalbanen beperkte routing op de interne lagen omdat de gaten door tussen de boven- en onderkant snijden. Daarom is doorsteektechnologie vaak beperkt tot bulkachtige PCB-componenten zoals elektrolytische condensators en halfgeleiders. Printplaten die extra stevigheid en ondersteuning vereisen, zoals elektromechanische relais en stekkerconnectoren, worden ook met doorsteektechnologie gemaakt.

Tijdens de prototyping-fase kiezen technici vaak voor de grotere doorsteek boven surface mount omdat de eerstgenoemde beter werkt met breadboard-sockets. Als een printplaat echter bedoeld is voor high-speed of high-frequentie doeleinden, kan het ontwerp surface mount technologie vereisen om afvlegende reactantie te reduceren. Anders zou de werking van de circuits worden gedegradeerd door inductie of capaciteit in de leads.

Tijdens de toepassing van soldeerpasta wordt een soldeerschabloon op de printplaat geplaatst om ervoor te zorgen dat het soldeer binnen de in het ontwerp gespecifieerde grenzen blijft. De schabloon is een dunne replica van het oorspronkelijke ontwerp met uitsparingen voor de gebieden waar de componenten geplaatst worden.

Zodra de componenten gezet zijn en de printplaat de eerste inspectie heeft ondergaan, wordt de soldeerpasta verhit boven een hete vloeistof tot de kleine metalen balletjes in de pasta solidifieren met het binderende chemische middel, flux. Dit verbindt de componenten permanent met de printplaat. Na verwarmen en binden wordt de printplaat in een gecontroleerde omgeving afgekoeld. Dit brengt de printplaat terug naar een normale toestand en voorkomt schok.

Nu voltooid, moeten de componenten van de printplaat worden onderzocht op eventuele uitlijningsfouten. Als de componenten relatief groot zijn, kan dit vaak met een visuele inspectie. Tegenwoordig kunnen optische en röntgeninspecties PCB's met veel hogere nauwkeurigheid controleren. Als ontwerpfouten worden gedetecteerd, moet het probleem worden opgelost voordat meer printplaten het proces doorlopen.

Surface Mount Technology

Surface mount technology is de praktische optie voor printplaten die kleine en gevoelige componenten bevatten die anders moeilijk zonder schade te plaatsen zouden zijn. Voorbeelden van componenten die dit proces ondergaan zijn diodes en weerstanden.

De basisstappen van surface-mount technologie samengevat:

1. De eerste stap betreft een printer voor de toepassing van soldeerpasta. Een soldeerschermsjabloon zorgt ervoor dat de kleine componenten op hun juiste plek komen. Voordat de componenten daadwerkelijk geplaatst worden, wordt de schabloon geïnspecteerd om te controleren of de sjabloon correct uitgelijnd is.
2. De printplaat wordt nu naar een machine gebracht waar de componenten volgens het ontwerp van de soldeerschermsjabloon worden geplaatst. Rollen in de machine zorgen ervoor dat de onderdelen uitgelijnd en bevestigd worden aan hun bijbehorende pads.
3. Met de componenten correct op de printplaat gezet, wordt een verwarmingsproces toegepast om alles vast te zetten. In deze fase wordt de PCB door een verwarmingskamer gestuurd die het soldeer verfluisd, waarbij de onderdelen worden bevestigd.

Voordat componenten op een PCB geplaatst worden, moeten geselecteerde gebieden van de printplaat zelf eerst met soldeerpasta worden bedekt, wat fungeert als lijm voor de unieke onderdelen van de printplaat. De gebieden die soldeer vereisen, zijn voornamelijk de plekken waar pads zullen bestaan voor de corresponderende componenten.

Soldeerpasta bestaat uit kleine korrels en flux. Het proces van het plaatsen van soldeerpasta op een printplaat lijkt op een printtoepassing. Een soldeerscherm wordt over de printplaat gezet tot een exacte, gespecificeerde uitlijning. Een roller wordt dan over het scherm gerold om de soldeerpasta op de printplaat te drukken.

Het soldeerscherm wordt van tevoren geprint volgens het ontwerp van de PCB. Daarom zijn de openingen in het scherm uitgelijnd met de componentpads op de printplaat. Dit zorgt ervoor dat het soldeermasker uitsluitend op die gebieden wordt verdeeld. De hoeveelheid soldeer die tijdens dit proces wordt verdeeld, moet worden gereguleerd om te zorgen dat elk soldeerpunt noch overbedekt noch onderbedekt is.

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

Op sommige pick-and-place machines worden kleine hoeveelheden lijm aan de aangewezen gebieden toegevoegd om de componenten te bevestigen. Dit is voornamelijk bedoeld voor printplaten die het golfsolderproces ondergaan. Het nadeel van deze toegevoegde lijm is dat het correcties bemoeilijkt op printplaten waar de componenten verkeerd uitgelijnd zijn ten opzichte van de specificaties van het oorspronkelijke ontwerp.

Met de componenten bevestigd op hun juiste plekken, wordt de PCB door de soldeermachine gestuurd. Op oudere printplaten gebruikten fabrikanten vaak golfsolderen, hoewel dit grotendeels uit praktijk is verdwenen. In producties waar de methode wordt toegepast, wordt geen soldeerpasta gebruikt omdat soldeer wordt toegepast door de golfsolderingmachine. Tegenwoordig is reflow solderen de meest gebruikte methode onder PCB-fabrikanten.

Zodra de printplaat uit de soldeermachine komt, inspecteren technici de samenstelling van de printplaat op eventuele imperfecties. Als de printplaat meer dan 100 verschillende componenten bevat, wordt de printplaat door een automatische optische inspector (AOI) gestuurd, die zelfs de kleinste fouten kan detecteren, zoals verkeerd uitgelijnde verbindingen, verplaatste componenten en verkeerde plaatsen.

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

Terwijl de operatie in uitvoering is, moet de apparatuur worden geïnspecteerd om te zorgen dat alles werkt zoals bedoeld. De eerste plekken om te controleren zijn de outputs, aangezien deze helpen de succes van een gegeven productie te verifiëren. De output van de soldeermachine moet bij het begin van elke productie worden geïnspecteerd, samen met de initiële printplaten die door de output komen. Op deze manier kunnen imperfecties vroegtijdig worden opgespoord, voordat een printfout groot en duur wordt.

Gemengde Technologie

Door de snelle evolutie van computertechnologie worden een toenemend aantal printplaten gemaakt met steeds kleinere onderdelen. Dit betekent dat veel PCB's vandaag gemaakt worden met een combinatie van methoden, algemeen aangeduid als gemengde technologie. Een assemblage met gemengde technologie omvat een van de volgende benaderingen:

• Een eenzijdige gemengde assemblage, waarbij een printplaat zowel surface mount technology als doorsteektechnologie ondergaat, beide aan dezelfde kant van de printplaat.
• Een gesplitste assemblage, waarbij één kant van de printplaat gemonteerd wordt met surface mount technology en de andere kant met doorsteektechnologie. Dergelijke PCB's hebben normale componenten aan de ene kant en kleinere componenten aan de andere kant.
• Een dubbelzijdige gemengde assemblage, waarbij beide kanten van de printplaat gemonteerd worden met een combinatie van doorsteektechnologie en surface mount technology. Een printplaat van dit type heeft zowel reguliere componenten als kleine en gevoelige op beide kanten.

Voordat een PCB-ontwerp in productie gaat, moeten de printplaten die voor gebruik bedoeld zijn, worden geïnspecteerd voor kwaliteitsdoeleinden. Op de componenten kunnen voetaanslagoxidatie of olieachtige residu als rode vlaggen dienen. Als opgeslagen in een koele omgeving, kan de soldeerpasta pas worden toegepast nadat het ontdooid en geroerd is. De PCB moet droog zijn voordat er pasta op het oppervlak wordt aangebracht.

Op printplaten met gemengde technologie is een complexere set processen vereist binnen de pick-and-place machine. Hier moet rekening worden gehouden met een mengsel van verschillende componentformaten, op één of beide kanten van de printplaat.

Als de printplaat uit een dubbelzijdige assemblage bestaat, moet het solderproces aan beide kanten worden toegepast. In wezen gebeurt er op beide kanten hetzelfde. Het enige verschil is de specifieke componenten en hun plaatsen, aangezien de ene kant kleinere componenten kan bevatten dan de andere. Golfsolderen is niet mogelijk voor tweezijdige PCB's omdat het opnieuw indienen van de printplaat voor de tweede kant de gevoelige onderdelen op de eerste kant zou vernielen.

Elke printplaat die uit gemengde technologie bestaat, moet worden voorgelegd aan een automatische optische inspector. Op die manier kunnen technici verzekerd zijn van een foutloze inspectie die zelfs de kleinste imperfecties detecteert, zoals kleine verplaatsingen van microscopische onderdelen.

Om rekening te houden met de complexiteit van een tweezijdige gemengde technologie printplaat, is een grondigere set tests vereist voor de initiële PCB's die in dergelijke lijnen geproduceerd worden. Omdat er meer componenten te verwerken zijn, zijn er meer potentiële problemen als zelfs maar één onderdeel uit lijning is.

PCB Fabricage bij Millennium Circuits Limited

In de huidige high-tech wereld worden printplaten steeds complexer naarmate technici manieren vinden om meer data en energie op steeds kleinere chips te laden. Naarmate computervoorstellen en elektronica kleiner worden, zullen ook de PCB's die deze apparaten aandrijven en ze verbinden met het draadloze netwerk, kleiner worden. Voor PCB-fabrikanten betekent dit dat de productie van printplaten geavanceerde ingenieursniveaus zal vereisen.

Om PCB's efficiënt te maken volgens huidige standaarden, moet je over de juiste gespecificeerde onbestukte PCB beschikken om elke stap efficiënter in het assemblageproces uit te voeren. Bij Millennium Circuits gebruiken we de nieuwste technologie in onze faciliteiten om elke bare PCB-order volgens klantspecificaties te vervullen. Neem contact op met Millennium Circuits voor meer informatie over PCB-fabricage.

Heeft u vragen over onze diensten of uw project? Neem vandaag nog contact met ons op om te spreken met MCL's bekroonde supportteam!