Τι είναι η συναρμολόγηση PCB;

Τι είναι η συναρμολόγηση PCB;

Συναρμολόγηση PCBαναφέρεται στη διαδικασία συναρμολόγησης όλων των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων όπως αντιστάσεις, τρανζίστορ, διόδους κ.λπ. σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος και η μέθοδος συναρμολόγησης μπορεί να είναι χειροκίνητη ή μηχανική.   Οι άνθρωποι συχνά συγχέουν τη συναρμολόγηση PCB με την κατασκευή PCB, περιλαμβάνουν εντελώς διαφορετικές διαδικασίες.   Όσον αφορά την κατασκευή PCB, περιλαμβάνει ένα πολύ ευρύ φάσμα διαδικασιών, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού και της δημιουργίας πρωτοτύπων, ενώ η συναρμολόγηση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος ξεκινά μετά την κατασκευή PCB και έχει να κάνει με την τοποθέτηση εξαρτημάτων.

3 Τύποι τεχνολογιών συναρμολόγησης PCB

Η πρόοδος των ηλεκτρονικών τεχνολογιών έχει φέρει περισσότερες δυνατότητες για τη συναρμολόγηση PCB.   Τώρα υπάρχουν τρεις κοινώς χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες συναρμολόγησης, η μία είναι η SMT (Τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης), η δεύτερη είναι η THT (Τεχνολογία Thru-Hole) και η τρίτη είναι ένας συνδυασμός των δύο προηγούμενων.

Τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης

Συναρμολόγηση PCB SMT

Το SMT Assembly συναρμολογείται κυρίως με συγκόλληση συσκευών επιφανειακής τοποθέτησης (SMD) στο PCB.   Δεδομένου ότι η τυπική συσκευασία των εξαρτημάτων SMD είναι μικρή, η όλη διαδικασία πρέπει να ελέγχεται προσεκτικά για να διασφαλιστεί η υψηλή ακρίβεια και η σωστή θερμοκρασία των αρμών συγκόλλησης.   Ευτυχώς, το SMT είναι μια πλήρως αυτοματοποιημένη τεχνολογία συναρμολόγησης που παραλαμβάνει αυτόματα μεμονωμένα εξαρτήματα και τα τοποθετεί στο PCB με εξαιρετική ακρίβεια.

Τεχνολογία Thru-Hole

Η THT είναι μια πιο παραδοσιακή τεχνολογία συναρμολόγησης PCB στην οποία ο εγκαταστάτης εισάγει ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως πυκνωτές, πηνία και μεγάλες αντιστάσεις και επαγωγείς στην πλακέτα κυκλώματος μέσω οπών.   Σε σύγκριση με το SMT, η τοποθέτηση μέσω οπής επιτρέπει τη συναρμολόγηση εξαρτημάτων μεγάλου μεγέθους και παρέχει ισχυρότερο μηχανικό δεσμό, ο οποίος είναι επίσης πιο κατάλληλος για δοκιμή και δημιουργία πρωτοτύπων.   περισσότερα Συναρμολόγηση PCB THT>>

Μικτή τεχνολογία συναρμολόγησης PCB

Τα ηλεκτρονικά προϊόντα τείνουν να σχεδιάζονται ώστε να είναι μικρότερα σε μέγεθος και να έχουν περισσότερες λειτουργίες, δημιουργώντας έτσι υψηλότερες απαιτήσειςσυγκρότημα πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος.  Οι άνθρωποι πρέπει να συναρμολογούν πολύ περίπλοκα κυκλώματα σε περιορισμένο χώρο, είναι δύσκολο να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας μόνο SMD ή PTH, πρέπει να συνδυάσουμε την τεχνολογία SMT και THT.   Όταν χρησιμοποιείτε τεχνολογία συναρμολόγησης μικτών pcb, πρέπει να γίνονται κατάλληλες ρυθμίσεις για να απλοποιηθεί η συγκόλληση και η συναρμολόγηση.

Διαδικασία συναρμολόγησης PCB

Βήμα 1: Στένσιλ με πάστα συγκόλλησης

Στο πρώτο βήμα, θα εφαρμοστεί πάστα συγκόλλησης στην σανίδα.  Η πάστα συγκόλλησης είναι γκρι και αποτελείται από μικροσκοπικές μεταλλικές μπάλες που αποτελούνται από 96,5% κασσίτερο, 3% ασήμι και 0,5% χαλκό, φροντίστε να τη χρησιμοποιήσετε σε ελεγχόμενη ποσότητα και βεβαιωθείτε ότι εφαρμόζεται στην ακριβή θέση.  Σε έναΣυναρμολόγηση PCBγραμμή, οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων και τα στένσιλ συγκόλλησης συγκρατούνται με μηχανικούς σφιγκτήρες και η ακριβής ποσότητα πάστας συγκόλλησης εφαρμόζεται στις επιθυμητές περιοχές.  Το μηχάνημα θα εφαρμόσει τον πολτό στο στένσιλ μέχρι να καλύψει ομοιόμορφα κάθε ανοιχτή περιοχή.   Τέλος, όταν αφαιρέσουμε το στένσιλ μπορούμε να δούμε ότι η πάστα συγκόλλησης παραμένει στη σωστή θέση.

Βήμα 2: Διαλέξτε και τοποθετήστε

Στο δεύτερο βήμα, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε το μηχάνημα pick and place που μπορεί να τοποθετήσει αυτόματα εξαρτήματα επιφανειακής στήριξης σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων.   Επί του παρόντος, τα εξαρτήματα SMD χρησιμοποιούνται ευρέως σε είδη PCB, τα οποία μπορούν να συναρμολογηθούν με υψηλή απόδοση.  Στο παρελθόν, η επιλογή και η τοποθέτηση εφαρμόζονταν χειροκίνητα και ο συναρμολογητής πρέπει να δώσει μεγάλη προσοχή κατά τη διαδικασία για να βεβαιωθεί ότι όλα τα εξαρτήματα έχουν τοποθετηθεί στη σωστή θέση.  Ενώ η αυτόματη επιλογή και τοποθέτηση ελέγχεται από ρομπότ που μπορούν να λειτουργήσουν 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα χωρίς κόπωση, βελτίωσε την παραγωγικότητα και μείωσε τα σφάλματα σε μεγάλο βαθμό.   Το μηχάνημα συλλέγει τις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων με τη λαβή κενού του και στη συνέχεια τις μετακινεί στο σταθμό συλλογής και τοποθέτησης.  Στη συνέχεια, το ρομπότ τοποθετεί το PCB στο σταθμό και τα εξαρτήματα SMD θα τοποθετηθούν πάνω από την πάστα συγκόλλησης σε θέσεις πρόθεσης.

Βήμα 3: Reflow Soldering

Μετά την επιλογή και την τοποθέτηση, το συγκρότημα PCB θα μετακινηθεί στη διαδικασία συγκόλλησης με επαναροή.  Οι πλακέτες κυκλωμάτων θα μεταφερθούν σε ένα μεγάλο φούρνο επαναροής μέσω του μεταφορικού ιμάντα.  Ο φούρνος θα ζέστανε τους κάπρους σε υψηλές θερμοκρασίες, συνήθως περίπου 250 βαθμούς Κελσίου, για να λιώσει τη συγκόλληση στην πάστα συγκόλλησης.   Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία θερμότητας, οι κάπροι του κυκλώματος θα μετακινηθούν μέσω του φούρνου που αποτελείται από μια σειρά ψυχρότερων θερμαντήρων, οι οποίοι θα βοηθούσαν στην ψύξη και τη στερεοποίηση της λιωμένης κόλλησης.  Κατά τη συγκόλληση με επαναροή, θα πρέπει να δώσουμε προσοχή σε ορισμένες ειδικές πλακέτες, λαμβάνοντας, για παράδειγμα, PCB διπλής όψης.   Κάθε πλευρά των PCB διπλής όψης πρέπει να κολληθεί με μεμβράνη και να συγκολληθεί με επαναροή ξεχωριστά, κανονικά, η πλευρά με λιγότερα εξαρτήματα θα συγκολληθεί πρώτα και μετά η άλλη πλευρά.

Βήμα 4: Επιθεώρηση

Οι συναρμολογημένες πλακέτες κυκλωμάτων πρέπει να ελέγχονται για λειτουργικότητα, καθώς η διαδικασία επαναροής μπορεί να οδηγήσει σε κακή σύνδεση ή ακόμη και σε έλλειψη σύνδεσης.  Η κίνηση κατά την επαναροή συγκόλλησης μπορεί επίσης να προκαλέσει το σορτς. Έτσι, η επιθεώρηση είναι ένα βασικό βήμα κατά τη διαδικασία συναρμολόγησης. Υπάρχει μια ποικιλία μεθόδων για την επιθεώρηση σφαλμάτων και οι κοινώς χρησιμοποιούμενες είναι οι χειροκίνητοι έλεγχοι, η επιθεώρηση με ακτίνες Χ και η αυτόματη οπτική επιθεώρηση.  Μπορούν να πραγματοποιηθούν περιοδικοί έλεγχοι μετά τη συγκόλληση με επαναροή, έτσι ώστε να μπορούν να εντοπιστούν τυχόν προβλήματα έως ότου η διάταξη της κάρτας κυκλώματος προχωρήσει στην επόμενη διαδικασία.  Μια τέτοια επιθεώρηση μπορεί να βοηθήσει τους κατασκευαστές να εξοικονομήσουν πολλά χρήματα, επειδή όσο πιο γρήγορα εντοπίσουν ένα πρόβλημα, τόσο πιο γρήγορα μπορεί να επιλυθεί χωρίς χάσιμο χρόνου, ανθρώπινου δυναμικού και υλικών.

Βήμα 5: Εισαγωγή εξαρτήματος μέσω οπής

Εκτός από εξαρτήματα SMD, ορισμένες πλακέτες κυκλωμάτων μπορεί να χρειαστεί να συναρμολογηθούν με άλλα είδη εξαρτημάτων όπως εξαρτήματα διαμπερούς οπής ή PTH.  Πώς λοιπόν να συναρμολογήσετε αυτά τα εξαρτήματα;  Λοιπόν, υπάρχουν επιμεταλλωμένες τρύπες στις πλακέτες κυκλωμάτων, οι οποίες παρέχουν πρόσβαση στα εξαρτήματα PCB για τη μεταφορά σημάτων από τη μία πλευρά στην άλλη πλευρά της πλακέτας.  Έτσι, η πάστα συγκόλλησης είναι εφαρμόσιμη σε αυτήν την περίπτωση, επομένως πρέπει να χρησιμοποιήσουμε άλλες μεθόδους συγκόλλησης για την εισαγωγή εξαρτημάτων PTH, όπως η χειροκίνητη συγκόλληση και η συγκόλληση κυμάτων.

Βήμα 6: Λειτουργική δοκιμή

Στο τελευταίο βήμα, θα πραγματοποιηθεί η τελική επιθεώρηση για να ελεγχθεί η λειτουργικότητα του PCBA, ονομάζουμε αυτή τη διαδικασία "λειτουργική δοκιμή".  Αυτή η δοκιμή θα προσομοιώσει την κανονική λειτουργία του PCB και θα παρακολουθήσει τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του PCB όταν το τροφοδοτικό και το αναλογικό σήμα περνούν από το PCB για να κρίνει εάν το PCBA είναι κατάλληλο.

Προτάσεις για την καλύτερη εκτέλεση της συναρμολόγησης PCB

Αφού εξηγήσαμε τη λεπτομερή διαδικασία συναρμολόγησης τυπωμένου κυκλώματος, τώρα θα θέλαμε να προσφέρουμε μερικές προτάσεις που μπορούν να βελτιώσουν την ποιότητα του PCBA.

Μέγεθος εξαρτήματος

Είναι πολύ σημαντικό να επιλέξετε το σωστό μέγεθος συσκευασίας για κάθε εξάρτημα στις πλακέτες κατά την περίοδο σχεδιασμού των PCB, γενικά, προτείνουμε να επιλέξετε μεγαλύτερες συσκευασίες. Η επιλογή μικρότερων συσκευασιών μπορεί να οδηγήσει σε πιθανά προβλήματα κατά τη φάση συναρμολόγησης της κάρτας κυκλώματος, η οποία θα χρειαζόταν πολύ χρόνο για την τροποποίηση του κυκλώματος. Ενώ για ορισμένες περίπλοκες τροποποιήσεις, όπως η αποσυναρμολόγηση και η συγκόλληση εξαρτημάτων, η συναρμολόγηση ολόκληρης της πλακέτας κυκλώματος ξανά είναι πολύ πιο εύκολη.

Αποτύπωμα εξαρτήματος

Το αποτύπωμα εξαρτημάτων είναι ένα άλλο βασικό στοιχείο που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη για τη συναρμολόγηση PCB.  Κάθε αποτύπωμα πρέπει να δημιουργείται ακριβώς σύμφωνα με το πρότυπο γης που καθορίζεται στο φύλλο δεδομένων κάθε ενσωματωμένου στοιχείου. Πολλά προβλήματα μπορεί να προκύψουν από ένα λανθασμένο αποτύπωμα, όπως η πρόκληση άνισης θερμότητας που εφαρμόζεται στο ενσωματωμένο εξάρτημα κατά τη διαδικασία συγκόλλησης, με αποτέλεσμα να κολλάει μόνο στη μία πλευρά του PCB αντί και στις δύο πλευρές.  Επιπλέον, παθητικά εξαρτήματα SMD όπως αντιστάσεις, πυκνωτές και επαγωγείς θα επηρεαστούν επίσης κυρίως λόγω λανθασμένων διαστάσεων του σχεδίου γης που σχετίζονται με το εξάρτημα και διαφορετικού μεγέθους των τροχιών που συνδέονται με τα δύο μαξιλαράκια του εξαρτήματος ή την τροχιά το πλάτος είναι πολύ μεγάλο.

Διάστημα μεταξύ των εξαρτημάτων

Η υπερθέρμανση που προκαλείται από τον ανεπαρκή χώρο μεταξύ των εξαρτημάτων είναι μία από τις κύριες αιτίες αστοχίας PCB και αυτό το πρόβλημα είναι πιο έντονο σε ορισμένα εξαιρετικά πολύπλοκα κυκλώματα. Η τοποθέτηση ενός εξαρτήματος πολύ κοντά σε ένα άλλο μπορεί να προκαλέσει ποικίλα προβλήματα, το πιο σοβαρό από τα οποία μπορεί να οδηγήσει σε επανασχεδιασμό και εκ νέου κατασκευή του PCB, η οποία είναι μια χρονοβόρα διαδικασία που προσθέτει περιττό κόστος.  Όταν εφαρμόζουμε αυτοματοποιημένες μηχανές συναρμολόγησης και δοκιμής, είναι σημαντικό να διασφαλίζουμε ότι κάθε εξάρτημα διατηρείται σε μεγάλη απόσταση από τα μηχανικά μέρη, την άκρη της πλακέτας και όλα τα άλλα εξαρτήματα.  Πολύ μικρή απόσταση μεταξύ εξαρτημάτων ή εξαρτημάτων που έχουν περιστραφεί λανθασμένα μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατά τη διαδικασία συγκόλλησης κυμάτων.  Για παράδειγμα, εάν ένα υψηλότερο εξάρτημα προηγείται ενός στοιχείου με χαμηλότερο ύψος κατά μήκος της διαδρομής που διανύει το κύμα, η συγκόλληση θα εξασθενήσει.

Ενημερώθηκε BOM

Και για τις διαδικασίες σχεδιασμού και συναρμολόγησης PCB, είναι ζωτικής σημασίας να βεβαιωθείτε ότι ο λογαριασμός υλικών (BOM) ενημερώνεται πάντα. Οποιαδήποτε λάθη ή ανακρίβειες του BOM μπορεί να φέρουν μεγάλα προβλήματα, τα οποία μπορεί να αναβάλουν ολόκληρη τη φάση συναρμολόγησης, καθώς οι κατασκευαστές πρέπει να αφιερώσουν πολύ χρόνο για να καταλάβουν και να λύσουν το πρόβλημα.  Για να βεβαιωθείτε για την ακρίβεια και την εγκυρότητα του BOM, κάθε φορά που ενημερώνετε το σχέδιο PCB σας, θα πρέπει να ελέγχετε το BOM διεξοδικά και προσεκτικά.  Για παράδειγμα, εάν προστεθεί ένα νέο στοιχείο σε ένα υπάρχον έργο, τότε είναι απαραίτητο να βεβαιωθείτε ότι το BOM ενημερώνεται ανάλογα.

Χρήση εμπιστευτικών

Τα fiducials είναι στρογγυλεμένα σχήματα χαλκού, θα έπαιζαν το ρόλο ορόσημων για μηχανές συναρμολόγησης pick and place. Με τη χρήση εμπιστευτικών, ο αυτοματοποιημένος εξοπλισμός μπορεί να αναγνωρίσει τον προσανατολισμό της πλακέτας και να συναρμολογήσει εξαρτήματα στερέωσης επιφάνειας με λεπτό βήμα. Οι πιστευτές μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες που είναι οι παγκόσμιοι πιστωτές και οι τοπικοί πιστωτές. Τα καθολικά πιστοληπτικά χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση στην άκρη των πλακών τυπωμένου κυκλώματος, έτσι ώστε ο προσανατολισμός της πλακέτας στο επίπεδο X-Y να μπορεί να ανιχνευθεί από μηχανές επιλογής και τοποθέτησης. Όσον αφορά τα τοπικά πιστοληπτικά, τοποθετούνται κοντά στις γωνίες των τετράγωνων εξαρτημάτων SMD, γεγονός που επιτρέπει στις μηχανές επιλογής και τοποθέτησης να εντοπίσουν το αποτύπωμα ενός εξαρτήματος με ακρίβεια που μπορεί να βοηθήσει στη μείωση των σφαλμάτων τοποθέτησης κατά τη συναρμολόγηση PCB. Με μια λέξη, τα πιστοποιητικά είναι πολύ σημαντικά για τη συναρμολόγηση PCB, ειδικά όταν υπάρχουν πολλά εξαρτήματα που εμπλέκονται στην πλακέτα που δεν απέχουν πολύ το ένα από το άλλο.