Oletko koskaan miettinyt, kuinka älypuhelin tai tietokone todella toimii? Kaikki alkaa jotain nimeltään piirilevykokoonpanoa - prosessi, joka herättää elektroniset piirit elämään. Ilman sitä moderneja laitteita ei olisi olemassa.
PCB -kokoonpano yhdistää kaikki olennaiset komponentit piirilevylle. Tämän prosessin ymmärtäminen auttaa sinua suunnittelemaan parempia, korjaamaan ongelmat nopeammin ja välttämään kalliita virheitä.
Tässä viestissä opit, mikä on piirilevykokoonpano, miksi se on tärkeää ja miten kukin vaihe toimii - alusta loppuun.
Mikä on piirilevykokoonpano?
Painettuja piirilevyjä tai piirilevyjä on kaikkialla. Puhelimista jääkaappeihin ne ovat ohuita, usein vihreitä levyjä, joissa on kuparilinjoja, jotka yhdistävät erilaisia elektronisia osia. Mutta itse PCB: t eivät tee mitään. Ne ovat vain tyhjät tiet. Se, mikä saa heidät toimimaan, on piirilevykokoonpanon tai PCBA: n prosessi.
Tässä on mielenkiintoista. Piirilevy on vain pohja - kuten tyhjä kangas. PCBA tarkoittaa, että lisäämme komponentit, kuten vastukset, sirut ja liittimet, levylle, jotta se voi toimia. Tämä tehdään käyttämällä erilaisia tekniikoita, usein SMT: tä ja THT: tä, ja se sisältää juottamisen, tarkastuksen ja testauksen.
Piirilevyjen valmistus on helppo sekoittaa kokoonpanoon, mutta ne eivät ole samoja. Valmistus keskittyy paljaan taulun valmistukseen kuparikerroksilla, lasikuitu-, juotosmaskilla ja silkkinäytöllä. Kokoonpano tapahtuu sen jälkeen - kyseessä on kyse osien sijoittamisesta ja turvaamisesta, jotka saavat hallituksen toimimaan.
Löydät koottuja piirilevyjä kaikenlaisista elektroniikasta. Ajattele älypuhelimia, televisioita, sähköpyöriä, pesukoneet, reitittimet tai jopa koneet tehtaissa. Jotkut ovat pieniä, täynnä pieniä siruja. Toiset ovat suuria ja täynnä virrankäsittelyosia. Kokosta riippumatta PCBA muuttaa hiljaisen levyn jotain, joka käsittelee, yhdistää tai antaa laitteen.
Yleiskatsaus piirilevyn kokoonpanoprosessista
Ennen kuin piirilevy tekee mitään hyödyllistä, se käy läpi useita avainvaiheita. Piirilevykokoonpanoprosessi on sekoitus automatisoituja vaiheita ja käytännön työtä. Kaikki alkaa esiasennuksella, liikkuu SMT- ja THT-vaiheiden läpi ja päättyy jälkikäsittelyyn.
Ennakkokokoonpanon aikana painopiste on suunnittelun tarkistamisessa. Tämä tarkoittaa Gerber -tiedostojen ja BOM: n tai materiaalien tarkistamista. Nämä tiedostot kertovat kokoonpanolle, mitä rakentaa, mitä osia tarvitaan ja miten ne sopivat yhteen. Kiinteä pommi välttää myöhemmin viivästyksiä, puuttuvia osia tai virheitä. Insinöörit suorittavat myös DFM -tarkistukset varmistaaksesi, että levy on todella rakennettavissa. Jos etäisyys on pois päältä tai tyynyt ovat liian pieniä, ongelmat ilmestyvät nopeasti.
Seuraavaksi tulee SMT -vaihe. Täällä pienet komponentit asetetaan levyn pintaan. Koneet levittävät juotospasta tiettyihin paikkoihin, valitse sitten ja aseta komponentit robottisella tarkkuudella. Sen jälkeen lauta menee reflöriseen uuniin, joten tahna sulaa ja kovettuu kiinteiksi niveliksi.
Jos on suurempia osia, joita ei voida asentaa pinnalle, siirrymme THT: hen. Täällä osat, joissa on pitkät johdot, käyvät taulun reikien läpi. Ne juotetaan joko käsin tai aaltojuotolla, missä sulat juotos virtaa pöydän pohjan yli.
Kokoonpanon jälkeen on aika jälkikäsittelyyn. Tähän sisältyy levyn puhdistaminen, minkä tahansa sirujen ohjelmointi, toiminnallisten testien suorittaminen ja joskus suojaavan pinnoitteen lisääminen. Nämä vaiheet varmistavat, että lauta ei vain toimi, vaan se pysyy luotettavana, kun sitä käytetään todellisessa maailmassa.
Piirilevykokoonpanon tärkeimmät vaiheet
Vaihe 1: Ennakkokokoonpano
Ennen kuin mahdolliset komponentit koskettavat levyä, ennakkomaksuvaihe asettaa sävyn kaikelle seuraavalle. Tässä vaiheessa suunnittelutiedostot tarkistetaan kaksinkertaisesti, osat hankitaan ja pohjatyöt on asetettu välttämään ongelmia rivillä.
Mikä on DFM/DFA -analyysi?
DFM tarkoittaa valmistettavuuden suunnittelua. Se on prosessi, jossa insinöörit tarkistavat piirin asettelun ja komponenttien sijoittelut havaitaksesi kaiken hankalaa tai riskialtista rakentaa. Ehkä kaksi tyynyä ovat liian lähellä. Ehkä jäljet eivät pysty käsittelemään virtaa. DFM auttaa saamaan nämä asiat varhain.
DFA tai Assembly -suunnittelu tarkastelee kuinka helppoa on koota kaikki yhteen. Vaikka suunnittelu toimisi paperilla, toimiiko se nopean kokoonpanon aikana? Voisiko jotain siirtyä palautusten aikana tai estää tarkastuksen aikana? Se mitä DFA auttaa vastaamaan.
Sekä DFM että DFA estävät kalliita muokkauksia, viivästyksiä ja virheitä. Ne säästävät aikaa ja materiaaleja varmistamalla, että hallituksen suunnittelu ei aiheuta ongelmia tuotannon aikana.
Komponenttien hankinta ja laadunvalvonta
Kun muotoilu läpäisee tarkastuksen, on aika kerätä osia. Materiaalilasku tai pommi luettelee jokaisen vastuksen, kondensaattorin, sirun ja liittimen, jota kokoonpano tarvitsee. Mutta niiden tilaaminen ei vain napsauta painiketta.
Valmistajien on löydettävä luotettavia toimittajia, jotka tarjoavat alkuperäisiä, testattuja komponentteja. Ei lyöntejä. Kun osat saapuvat, saapuva laadunvalvonta alkaa. Tämä vaihe tarkistaa jokaisen erän koon, pakkauksen ja kuntoon. Osat, joissa on taivutetut liidit tai rikkoutuneet kelat, eivät mene pöydälle.
Vahvistavat komponentit kädessä tarkoittaa, että SMT- ja THT -vaiheet voivat alkaa sujuvasti - vaarassa luotettavuutta tai noudattamista.
Vaihe 2: Surface Mount Technology (SMT) -kokoonpano
Pinta -asennustekniikka tai SMT käsittelee pieniä komponentteja, jotka istuvat taululla. Näitä ovat useimmat vastukset, diodit ja integroidut piirit. Se on tehokkain ja laajalti käytetty menetelmä nykyaikaiseen elektroniseen kokoonpanoon.
Mikä on SMT piirilevykokoonpanossa?
SMT antaa koneiden sijoittaa osia nopeasti uskomattomalla tarkkuudella. Toisin kuin vanhempi reiän läpi, joka tarvitsee johtoja, jotka on työnnetty reikien läpi, SMT asettaa osat suoraan levyn pinnalle. Se on nopea, kompakti ja erinomainen tiheälle asettelulle.
Vaihe 1: Juotos liitähakemus
Jokainen komponentti tarvitsee tahmean laskupaikan. Siellä juotospasta tulee sisään. Tämä tahna on sekoitus jauhettua metallia - lähinnä tinaa - vähän hopeaa ja kuparia. Flux lisätään auttamaan sitä sulamaan ja virtaamaan myöhemmin.
Metalli stensiili asetetaan paljaan piirilevyn päälle, ja tahna tulostetaan varovasti tyynyille. Koneet levittävät tahna tasaisesti terän avulla. Kun kaavain on poistettu, levyllä on pienet tahnat vain tarvittaessa.
Liian paljon tahnaa? Se voisi lyhentää kaksi tyynyä. Liian vähän? Heikko yhteinen tai ei yhteyttä. Siksi tämä vaihe on kriittinen.
Vaihe 2: SMD-komponenttien poiminta- ja paikka
Nyt kun hallitus on valmistettu, robottivarret menevät töihin. Tyhjiösuuttimien avulla poiminta- ja paikkalaite tarttuu jokaiseen osaan kelasta ja asettaa sen pöydälle. Jokainen liike on esiohjelmoitu suunnittelutiedoston perusteella. Kone tietää tarkalleen, mihin kukin osa kuuluu.
Pienet osat, kuten 01005 vastukset, jotka ovat tuskin suurempia kuin pölyjyvä, eivät ole ongelma. Suuremmat sirut tai liittimet on myös sijoitettu, vain erilaisilla suuttimilla.
Tämä prosessi voi tapahtua salamanopeudella - tuhansia komponentteja tunnissa - virheitä tai väsymystä.
Vaihe 3: Palautusjuotoprosessi
Nyt osat on kiinnitettävä. Se on palautusuunin tehtävä. Koko levy kulkee kuljetinhihnalla pitkän kammion läpi, joka kuumenee vaiheissa.
Aluksi lämpötila nousee vähitellen lämmittää levyä. Sitten se on huipulla yli 217 ° C: n sulattamiseksi. Lopuksi se jäähtyy hitaasti, joten juotos jähmettyy murtumatta.
Tulos? Jokainen komponentti lukitaan paikalleen puhtaalla, kiiltävällä juotosliitoksella. Kaksipuolisilla levyillä toinen puoli suoritetaan ensin, sitten prosessi toistuu toiselle puolelle. Huolellinen suunnittelu estää osia putoamasta toisen passin aikana.
Vaihe 4: Optinen tarkastus (AOI)
Palautuksen jälkeen on aika tarkistaa ongelmat. Komponentit saattavat siirtyä hiukan tai epäonnistuminen juotettaessa. Siellä tarkastus tulee sisään.
Pienet erät saattavat saada manuaalisen ilmeen suurennuslaitteiden alla. Korkeammille tilavuuksille automaattinen optinen tarkastus - tai AOI - vie yli. Nämä koneet skannaavat levyn nopealla kameralla. He tunnistavat juotosten heijastukset kylmien nivelten havaitsemiseksi tai väärin osoitetuista osista.
Piilotettujen nivelten sirujen, kuten BGA: n alla, käytetään röntgentarkastuksia. Sen avulla teknikot näkevät taulun läpi saadakseen puutteita, joita et voi havaita pinnalta.
Vaihe 3: Reiän tekniikan (THT) kokoonpano
Kaikki komponentit eivät ole pintaan. Joidenkin on vielä mentävä hallituksen läpi. Täältä tapahtuu reikäteknologia. Voimakomponentit, liittimet tai muuntajat käyttävät usein tätä menetelmää.
Mikä on THT piirilevykokoonpanossa?
THT sisältää komponentit, joilla on pitkät johdot, jotka kulkevat piirilevyn reikien läpi. Nämä johdot juotetaan toiselle puolelle vahvan mekaanisen ja sähköisen liitännäisen luomiseksi. Se on hieno korkean stressien osille, jotka saattavat kohdata tärinän tai lämmön.
Reiän komponenttien manuaalinen lisäys
Suurin osa THT: stä alkaa teknikko, joka asettaa osia käsin. Se ei ole niin nopea kuin SMT, mutta tarjoaa joustavuutta. Kokoonpano seuraa sijoitusopasta, tarkkailemalla suuntausta, napaisuutta ja etäisyyttä.
Antisistaattiset varotoimenpiteet ovat välttämättömiä, etenkin herkille siruille. Yksi väärä Zap voi pilata kalliiden komponentin.
Sijoitettuaan hallitus siirretään juotosalueelle.
Aaltojuotos selitetty
Suurempien erien aaltojuoto on menemenetelmä. Laudat kulkevat sulan juotoskylvyn yli. Aalto nousee ylös ja koskettaa alaosaa, juottaen kaikki paljaat johdot sekunneissa.
Tämä menetelmä on nopea ja luotettava-mutta se on tarkoitettu vain yksipuolisille tai selektiivisille kokoonpanoille. Kaksipuoliset levyt tarvitsevat erityistä käsittelyä tai manuaalista juottamista, jotta vältetään jo paikallaan olevat osien.
Vaihe 4: Kokoonpanon jälkeiset menettelyt
Kun kaikki osat ovat päällä ja juotetut, on vielä enemmän. Jälkikäsittely varmistaa, että lauta on puhdas, toimiva ja suojattu.
Puhdistus ja vuonpoisto
Juotos jättää fluxin taakse. Se näyttää vaarattomalta, mutta voi syövyttää niveliä ajan myötä. Se myös vangitsee kosteuden ja pölyn. Siksi puhdistus on välttämätöntä.
Teknikot käyttävät deionisoitua vettä ja korkeapainepesureita. Ei ioneja ei tarkoita oikosulkuja. Myöhemmin paineilma poistaa kosteuden jättääkseen lauta kuivaksi ja valmiiksi.
Viimeinen tarkastus ja kosketukset
Ennen mitään toimittamista on vielä yksi tarkastus. Teknikot etsivät juotossiltoja, puuttuvia osia tai kosmeettisia virheitä. Röntgenkuvausta käytetään uudelleen tarvittaessa.
Jos löytyy ongelmia, ne ovat kiinteitä manuaalisesti. Juotosrauta ja jonkin verran vuotoa voivat korjata kylmät nivelet tai täyttää heikkoja alueita.
IC -ohjelmointi
Jotkut levyt tarvitsevat aivoja. Siellä laiteohjelmisto tulee sisään. USB -käyttöliittymän avulla ohjelmisto ladataan taulun IC: lle.
Tämä vaihe voi sisältää kalibrointi- tai versiotarkistukset projektista riippuen. Ilman ohjelmointia lauta voi näyttää täydelliseltä, mutta ei tee mitään.
Funktionaalinen testaus (FCT)
Viimeinen iso testi simuloi reaalimaailman käyttöä. Virtaa käytetään. Signaalit lähetetään. Teknikot seuraavat, kuinka hallitus reagoi. Onko jännite vakaa? Valaisiko näyttö? Toimivatko painikkeet?
Jos jokin on pois päältä, se on merkitty ja kiinnitetty. Tämä on viimeinen vaihe, ennen kuin laudat menevät tuotteisiin - tai epäonnistuvat ja romutetaan.
Piirilevykokoonpano voi aluksi kuulostaa yksinkertaiselta, mutta jokainen vaihe on täynnä yksityiskohtia ja tarkkuutta. Jokaisella osalla, yhteisella ja jäljellä on rooli elektroniikan toimimisessa samalla tavalla kuin odotamme niitä.
SMT vs THT vs sekoitettu tekniikka piirilevykokoonpanossa
Piirilevyjen kokoamisen yhteydessä ei ole yhdenmukaista menetelmää. Surface Mount Technology (SMT), reikäteknologia (THT) ja sekoitetut tekniikat ovat kumpikin omat vahvuutensa ja rajansa projektista riippuen.
SMT on nopea, kompakti ja erittäin automatisoitu. Se on täydellinen pienille osille, kuten vastusille tai IC: lle, varsinkin kun tuotat suuria eroja. Koneet käsittelevät melkein kaiken, mikä pitää työvoimakustannukset alhaisina. Mutta se ei toimi hyvin suurille, raskaille komponenteille, jotka tarvitsevat mekaanista lujuutta.
Siellä THT tulee sisään. Se on hieno liittimille, kelalle tai sähköosille, joiden on pysyttävä tiukasti kiinnitettynä. Komponentit kulkevat pöydän läpi ja juoksevat toiselle puolelle. Se vie kauemmin ja maksaa enemmän, varsinkin kun se tehdään manuaalisesti, mutta tarjoaa vahvemman fyysisen tuen.
Sekoitetekniikka käyttää molempia. Se on yleistä moderneissa malleissa, joissa laudat kuljettavat pieniä logiikka -siruja ja suuria sähköosia. Jos suunnitellaan oikein, molemmat menetelmät toimivat yhdessä. Aseta SMT -osat ensin reflow -käyttämällä, lisää sitten THT -osat ja suorita aaltojuotota - tai käytä käsin juottamista, jos määrä on pieni.
Ongelmien välttämiseksi suunnittelijoiden tulee erottaa osat vierekkäin, vältettävä tiukka etäisyys reikien lähellä ja noudatettava oikeaa kokoonpanosekvenssiä. Tämän tekeminen pitää rakenteen sujuvasti ja vähentää kallista uusinta.
Yleiset piirilevykokoonpanot ja niiden välttäminen
Jopa edistyneimmät kokoonpanolinjat voivat joutua vaikeuksiin. Yleisimpien piirilevykokoonpanovirheiden tunteminen auttaa kiinnittämään ongelmia varhain ja välttämään hukkaantuneita levyjä. Tässä on muutama, jotka näkyvät usein.
Kylmän juotosliitokset
Tämä tapahtuu, kun juotos ei sulaa tai sidota kokonaan. Se näyttää tylsältä tai rakeiselta ja aiheuttaa heikkoja tai epäluotettavia sähköliitäntöjä. Se tulee yleensä huonosta lämmityksestä reflörin tai aallon juottamisen aikana. Sen välttämiseksi tarkista lämpötilaprofiilit ja varmista, että uuni on kalibroitu oikein.
Hauta
Tombstoning saa nimensä siitä, kuinka pienet osat, kuten vastukset, nousevat toisessa päässä, kuten hautakivi. Komponentin toinen puoli nostetaan tyynyltä epätasaisen lämmityksen tai liian suuren pintajännityksen vuoksi juotos. Pienillä siruilla on yleistä, kun tahna levitetään epätasaisesti. Hyvä stensiilisuunnittelu ja reflow -hallinta auttavat estämään sitä.
Juote
Kun juote yhdistää kaksi tyynyä, jotka eivät pitäisi koskettaa, se luo silta. Tämä voi aiheuttaa oikosulkuja. Liian paljon juotospasta tai huono linjaus sijoittamisen aikana ovat yleisiä syitä. AOI -koneiden käyttäminen ja kaavaimen paksuuden säätäminen voivat vähentää tätä riskiä.
Virheelliset komponentit
Jos komponentti muuttuu sijoittelun tai palauttamisen aikana, se ei välttämättä ole yhteydessä ollenkaan. Koneet on oltava hyvin kalibroituja, ja liitä on levitettävä tasaisesti osien pitämiseksi paikoillaan, kunnes juottaminen lukitsee ne alas.
Johtopäätös
Piirilevykokoonpanon prosessi sisältää useita vaiheita suunnittelutarkastuksista ja komponenttien sijoittamisesta juottamiseen ja lopulliseen testaukseen. Jokainen vaihe - olipa se smt, tht tai sekoitus - kiinnittää huomiota yksityiskohtiin ja tarkkuuteen. Oikean menetelmän valitseminen, usein tarkistaminen ja puhtaan kokoonpanon varmistaminen auttaa estämään kalliita ongelmia. Monimutkaisissa projekteissa on aina älykästä työskennellä ammattilaisten kanssa, jotka ymmärtävät sekä tekniikan että laatustandardit, jotka varmistavat, että jokainen piirilevy toimii odotetusti. Tervetuloa tarkistamaan yrityksemme tukituotteita, kuten Piirilevyn hiontaharjakone, UV -kuivauslaitteet.
Faqit
Mitä eroa PCB: n ja PCBA: n välillä on?
Piirilevyllä tarkoitetaan paljaista tulostettua piirilevyä ilman komponentteja. PCBA tarkoittaa, että levyn kaikki komponentit on koottu ja se on käyttövalmis.
Miksi sekä SMT: tä että THT: tä käytetään piirilevykokoonpanossa?
SMT on erinomainen pienille, kevyille komponenteille. THT on parempi osille, jotka tarvitsevat voimakasta mekaanista tukea. Monet laudat käyttävät molempia menetelmiä.
Mikä on reflw -juottamisen tarkoitus?
Palautusjuote sulaa juotospasta, joten se sitoutuu komponentteihin taululle. Se on avain pintaan kiinnitettyjen laitteiden kiinnittämiseen.
Kuinka estät juottamisvirheet, kuten silta?
Käytä oikeaa kaavaimen paksuutta, levitä tahna huolellisesti ja suorita säännöllisiä tarkastuksia, kuten AOI, ongelmien saamiseksi varhain.
Voiko yhdellä piirilevyllä olla komponentteja molemmilla puolilla?
Kyllä, kaksipuoliset levyt ovat yleisiä. Kumpikin osapuoli kootaan ja juotetaan erikseen, usein alkaen yksinkertaisemmasta puolesta.
