Что нужно знать о сборке печатных плат

Перейти к: Терминология печатных плат | Сборка через отверстие | Технология поверхностного монтажа | Смешанная технология | Производство печатных плат в Millennium Circuits Limited

Процесс сборки печатной платы (PCB) состоит из различных шагов и рекомендаций, которые необходимо выполнять в правильной последовательности, чтобы готовое изделие функционировало так, как задумано. Чтобы этого не произошло, производители печатных плат используют шаблоны экранов и механизмы контролируемого нагрева и охлаждения для регулирования того, как компоненты устанавливаются и закрепляются на месте.

При сборке печатной платы необходимо правильно подобрать технологию для типа имеющихся под рукой компонентов. Все части и детали должны быть правильно выровнены в предназначенных для них местах, как указано в проекте печатной платы. Любое отклонение, даже самое незначительное, может иметь огромные последствия для функций готовой платы.

Терминология PCBA

Чтобы понять процесс сборки печатной платы, вам необходимо знать значение нескольких терминов:

• Основа: Основной материал печатной платы, подложка делает каждую плату прочной и жесткой.
• Медь: Каждая рабочая сторона печатной платы содержит тонкий слой меди для проводящих целей. На однослойных платах медь размещена на активной стороне. На двусторонних печатных платах медь присутствует с обеих сторон.
• Паяльная маска: Это слой на поверхности (обычно зеленый) каждой печатной платы. Паяльная маска обеспечивает изоляцию между медью и другими материалами, предотвращая короткие замыкания, которые могли бы возникнуть при контакте различных проводящих материалов. Паяльная маска обеспечивает структуру разводки печатной платы, удерживая все на своих местах. Каждая плата имеет отверстия, которые проходят через паяльную маску. В каждое отверстие помещается припой, который обеспечивает основу для каждого компонента, добавляемого на плату.
• Шелкография: Последним штрихом на каждой печатной плате является шелкография, прозрачный слой, на котором цифры и буквы отображаются рядом с различными частями данной платы. Это позволяет производителям идентифицировать конкретные компоненты каждой платы.
• Ручная пайка: Это процесс, при котором технический специалист вручную вставляет один компонент в предназначенное для него место на серии печатных плат. После завершения каждая плата отправляется следующему специалисту, который добавляет еще одну деталь и передает плату дальше.
• Пайка волной припоя: Пайка волной припоя предполагает правильную пайку, при которой плата помещается на конвейер и проходит через нагревательную камеру. Здесь на дно наносится волна припоя, прикрепляющая все опорные штифты платы на место за один процесс.

Также важно понимать различия между сборками для сквозного монтажа, поверхностного монтажа и сборками со смешанной технологией.

Сборка печатной платы со сквозными отверстиями

Технология сквозных отверстий является идеальным выбором для печатных плат с выводами или проводами, которые продеваются через отверстия в плате, а затем закрепляются с другой стороны припоем. Печатные платы с крупными компонентами особенно подходят для сквозных отверстий, особенно конденсаторы.

Основные этапы технологии сквозных печатных плат можно резюмировать следующим образом:

1. Технический специалист вручную собирает детали в определенные области на печатной плате в соответствии с проектными спецификациями печатной платы. Каждый компонент должен быть установлен точно в указанное положение, чтобы печатная плата функционировала должным образом.
2. Плата проверяется, чтобы убедиться, что все части правильно собраны и каждый компонент установлен на свое место. Если какая-либо часть печатной платы находится не на своем месте, сейчас самое время исправить эти дефекты.
3. Компоненты теперь припаяны к печатной плате. Обычно это делается с помощью пайки волной припоя, когда плата перемещается над волной горячего жидкого припоя, который затвердевает в сборе печатной платы. Это также можно сделать вручную или с помощью селективного припоя. Селективная пайка похожа на пайку волной, однако оператор может выборочно припаивать области, что помогает, когда вы не хотите припой в определенных областях.

Платы со сквозными отверстиями обычно содержат компоненты с проводными выводами, осевыми или радиальными. По сравнению с технологией поверхностного монтажа платы со сквозными отверстиями обычно имеют более прочные соединения. Однако для изготовления сборки со сквозным отверстием требуется больше работы из-за дополнительного сверления.

Если плата со сквозными отверстиями состоит из нескольких слоев, сигнальные дорожки имеют ограниченную разводку на внутренних слоях, поскольку отверстия проходят между верхней и нижней поверхностями. Поэтому сквозная технология часто ограничивается некоторыми более объемными компонентами печатных плат, такими как электролитические конденсаторы и полупроводники. Платы, требующие дополнительной прочности и поддержки, такие как электромеханические реле и штекерные разъемы, также изготавливаются по технологии сквозных отверстий.

На этапе прототипирования технические специалисты часто отдают предпочтение большему сквозному отверстию для поверхностного монтажа, потому что первое легче работает с разъемами для макетной платы. Однако, если плата предназначена для высокоскоростных или высокочастотных целей, в конструкции может потребоваться технология поверхностного монтажа для уменьшения паразитного сопротивления. В противном случае функция цепей будет нарушена из-за индуктивности или емкости проводов.

Во время нанесения паяльной пасты трафарет припоя помещается поверх печатной платы, чтобы гарантировать, что припой остается в пределах, указанных в конструкции. Трафарет представляет собой тонкую копию оригинального дизайна с вырезами для мест размещения компонентов.

После того, как компоненты установлены на место и плата прошла первый осмотр, паяльная паста нагревается над горячей жидкостью до тех пор, пока крошечные металлические шарики внутри пасты не затвердеют под действием связующего вещества, флюса. Это обеспечивает постоянное прикрепление компонентов к плате. После завершения нагрева и склеивания плата охлаждается в контролируемых условиях. Это возвращает доску в нормальное состояние и предотвращает удары.

Теперь все компоненты печатной платы должны быть проверены на наличие возможных несоосностей. Если компоненты относительно большие, это часто можно сделать с помощью визуального осмотра. Однако в наши дни оптические и рентгеновские инспекторы могут исследовать печатные платы с гораздо большей точностью. Если обнаружены недостатки конструкции, проблема должна быть устранена до того, как в процесс будет запущено больше плат.

Технология поверхностного монтажа

Технология поверхностного монтажа является практичным вариантом для печатных плат, содержащих крошечные и чувствительные компоненты, которые в противном случае было бы трудно установить на место без повреждения. Примеры компонентов, которые подвергаются этому процессу, включают диоды и резисторы.

Основные этапы технологии поверхностного монтажа можно резюмировать следующим образом:

1. На первом этапе используется принтер, предназначенный для нанесения паяльной пасты. Шаблон экрана для пайки используется для того, чтобы крошечные компоненты были помещены на свои места. Перед фактическим размещением компонентов трафарет проверяется, чтобы убедиться, что шаблон выровнен правильно.
2. Теперь плата переносится на машину, где компоненты размещаются на своих местах в соответствии с дизайном шаблона экрана для пайки. Катушки в машине гарантируют, что детали выровнены и прикреплены к соответствующим площадкам.
3. Когда компоненты правильно установлены на плате, используется процесс нагрева, чтобы закрепить все на своих местах. На этом этапе печатная плата пропускается через нагревательную камеру, которая разжижает припой, скрепляя при этом детали.

Прежде чем компоненты будут размещены на печатной плате, отдельные области самой платы должны быть сначала покрыты паяльной пастой, которая действует как клей для уникальных частей платы. Области, требующие пайки, — это, прежде всего, места, где будут существовать контактные площадки для соответствующих компонентов.

Паяльная паста состоит из мельчайших зерен и флюса. Процесс нанесения паяльной пасты на печатную плату очень похож на процесс печати. Экран припоя устанавливается над платой точно по заданному совмещению. Затем по экрану проводят валиком, чтобы нанести паяльную пасту на плату.

Экран припоя печатается заранее в соответствии с дизайном печатной платы. Поэтому отверстия в экране совмещены с контактными площадками компонентов на плате. Это гарантирует, что паяльная маска будет распределяться исключительно по этим областям. Количество припоя, распределяемого во время этого процесса, должно регулироваться, чтобы гарантировать, что каждое соединение не покрыто ни сверху, ни снизу.

После того, как паста нанесена, плата проходит через машину для захвата и установки, где указанные компоненты наносятся на места пайки. Пока внешние силы не сотрясают плату во время этого процесса, натяжение припоя должно быть достаточным, чтобы удерживать компоненты на месте.

На некоторых машинах для захвата и установки небольшое количество клея добавляется в специально отведенные места для фиксации компонентов. Это в основном предназначено для печатных плат, которые подвергаются процессу пайки волной припоя. Недостаток этого добавленного клея заключается в том, что он может затруднить исправление на платах, где компоненты не соответствуют спецификациям исходного дизайна.

Когда компоненты закреплены на своих местах, печатная плата проходит через паяльную машину. На старых платах производители часто использовали пайку волной припоя, хотя это в значительной степени ушло из практики. В производствах, где применяется этот метод, паяльная паста не используется, поскольку припой наносится с помощью машины для пайки волной припоя. Однако сегодня производители печатных плат чаще используют пайку оплавлением.

После того, как печатная плата вышла из паяльной машины, технические специалисты проверяют состав платы на наличие дефектов. Если плата содержит более 100 различных компонентов, плата проходит через автоматический оптический инспектор (AOI), который может обнаружить даже малейшие дефекты, такие как несоосные соединения, неуместные компоненты и неправильное размещение.

Каждая печатная плата должна пройти ряд испытаний, прежде чем она покинет сборку. Плата проходит несколько тестов, чтобы убедиться, что она может функционировать так, как предполагалось в исходной конструкции.

В ходе операции оборудование должно быть проверено, чтобы убедиться, что все работает, как задумано. Первое, что нужно проверить, — это результаты, поскольку они помогут убедиться в успехе данного производства. Продукция паяльной машины должна проверяться в начале каждого производства вместе с исходными платами, поступающими на выходе. Таким образом, любые дефекты могут быть обнаружены на ранней стадии, прежде чем опечатка станет серьезной и дорогостоящей.

Смешанная технология

Из-за быстрого развития компьютеризированных технологий все большее количество печатных плат изготавливается из деталей все меньшего и меньшего размера. Это означает, что сегодня многие печатные платы изготавливаются с использованием комбинации методов, обычно называемых смешанной технологией. Сборка, использующая смешанную технологию, будет включать один из следующих подходов:

• Односторонняя смешанная сборка, при которой печатная плата подвергается как поверхностному, так и сквозному монтажу на одной стороне платы.
• Раздельная сборка, при которой одна сторона печатной платы собирается с помощью технологии поверхностного монтажа, а другая сторона платы — с помощью технологии сквозного монтажа. Такие печатные платы имеют компоненты нормального размера с одной стороны и более мелкие компоненты с другой.
• Двусторонняя смешанная сборка, при которой обе стороны печатной платы собираются с использованием технологии сквозного монтажа и технологии поверхностного монтажа. Плата этого типа имеет как обычные компоненты, так и крошечные и тонкие с обеих сторон.

Прежде чем проект печатной платы будет запущен в производство, платы, предназначенные для использования, должны быть проверены на предмет качества. На компонентах окисление стопы или маслянистый остаток могут служить красными флажками. При хранении в прохладном месте паяльную пасту можно наносить только после того, как она будет разморожена и перемешана. Перед нанесением пасты на поверхность печатная плата должна быть сухой.

Для печатных плат со смешанной технологией требуется более сложный набор процессов внутри машины для захвата и размещения. Здесь необходимо учитывать сочетание компонентов разных размеров либо на одной, либо на обеих сторонах платы.

Если печатная плата состоит из двустороннего узла, процесс пайки необходимо будет применить к обеим сторонам. По сути, все, что происходит с одной стороны, происходит и с другой. Единственная разница заключается в конкретных компонентах и ​​их размещении, так как одна сторона может содержать компоненты меньшего размера, чем другая. Пайка волной припоя невозможна для двусторонних печатных плат, потому что повторная отправка платы на вторую сторону разрушит хрупкие детали на первой стороне.

Любая печатная плата, выполненная по смешанной технологии, должна быть подвергнута автоматическому оптическому контролю. Таким образом, технический персонал может быть уверен в надежной проверке, которая выявит даже мельчайшие дефекты, такие как незначительное смещение микроскопических деталей.

Чтобы учесть сложность двусторонней платы смешанной технологии, требуется более тщательный набор тестов для исходных печатных плат, произведенных на таких линиях. Поскольку требуется учитывать больше компонентов, существует больше потенциальных проблем, если хотя бы одна часть не выровнена.

Производство печатных плат в Millennium Circuits Limited

В современном мире высоких технологий печатные платы становятся все более сложными, поскольку технические специалисты находят способы загружать все больше данных и энергии во все более и более крошечные микросхемы. По мере того, как компьютерные устройства и электроника становятся меньше, уменьшаются и печатные платы, питающие эти устройства и соединяющие их с беспроводной сетью. Для производителей печатных плат это означает, что производство печатных плат потребует передовых инженерных разработок.

Чтобы сделать печатные платы эффективными в соответствии с текущими стандартами, вы должны иметь правильно указанную голую печатную плату, чтобы более эффективно выполнять каждый шаг в процессе сборки. В Millennium Circuits мы используем новейшие технологии на наших предприятиях для выполнения каждого заказа на чистую печатную плату в соответствии со спецификациями заказчика. Свяжитесь с Millennium Circuits для получения дополнительной информации о производстве печатных плат.

У вас есть вопросы о наших услугах или вашем проекте? Свяжитесь с нами сегодня, чтобы поговорить с отмеченной наградами службой поддержки MCL!