2. November 2023

Grundlegende Dinge, die Sie über den Leiterplattenbestückungsprozess wissen sollten

Grundlegende Dinge, die Sie über den Leiterplattenbestückungsprozess wissen sollten

Der Montageprozess von Leiterplatten oder Platinen umfasst verschiedene Schritte, Richtlinien und Regeln, die befolgt werden müssen, um am Ende ein präzises und voll funktionsfähiges Produkt zu erhalten. Um dieses Ziel jedoch erfolgreich zu erreichen, verwenden PCB-Monteure kontrollierte Kühl- und Heizphänomene und Bildschirmvorlagen, um die Platzierung von elektrische Bauteile

Monteure müssen die richtige Technologie wählen, um die Leiterplatte basierend auf dem Komponententyp zu montieren. Alle Teile und Teile müssen korrekt an der vorgesehenen Stelle ausgerichtet sein. Darüber hinaus kann jede leichte Verschiebung der Komponente zu Funktionsstörungen führen. Um die ersten Schritte zu verstehen, lesen Sie Was ist PCB-Fertigung?.

Wie funktioniert die Leiterplattenmontage?

PCB-Montage (Printed Circuit Board) ist der Prozess, bei dem wichtige PCB-Teile zusammengebracht werden. Er führte zur Entwicklung kommerzieller elektronischer Geräte und Haushaltsgeräte. Der erste Schritt der PCB-Montage ist die Fertigung. Dabei werden die Kupferspuren und die Pads auf der Oberfläche des Substrats geätzt. Danach beginnen die Techniker mit der eigentlichen PCB-Montage. Wenn Sie Ihre eigene PCB entwerfen, finden Sie möglicherweise So entwerfen Sie ein PCB-Layout hilfreich.

Lötpaste ist für diesen Prozess wichtig und verwendet eine Schablone. Ein Lot wird aus verschiedenen Lotkörnchen und Lotflussmitteln hergestellt. Es verleiht der Lotmischung Festigkeit und haftet an den Komponenten auf der Leiterplatte. Es ist auch wichtig, die Leiterplattenteile sorgfältig auf der Platine zu platzieren und sie beim Löten an den richtigen Stellen zu positionieren. Dies geschieht durch Pick-and-Place-Maschinen, die bei dieser Arbeit hochpräzise und schnell sind. 

Sobald die Maschinen alle PCB-Teile positioniert haben, ist es Zeit, die PCB durch einen Reflow-ProzessNormalerweise wird hierfür ein Reflow-Ofen verwendet. 

Der Zweck besteht darin, die Leiterplatte zusammen mit ihren Komponenten vollständig zu erhitzen. Die Lötpaste schmilzt durch die Hitze und verfestigt sich dann. Dadurch werden starke Verbindungen zwischen den Leiterplattenkomponenten und der Oberfläche der Leiterplatten hergestellt, was gleichzeitig die Qualität der Leiterplattenleistung verbessert. Der nächste Schritt besteht darin, die Leiterplatten zu prüfen und festzustellen, ob Mängel vorliegen oder nicht. In dieser Hinsicht stehen verschiedene Methoden zur Leiterplattenprüfung zur Verfügung. AOI ist eine gängige Technik. Erfahren Sie mehr über die in diesem Prozess verwendeten Maschinen, indem Sie lesen Leitfaden zur automatisierten optischen Inspektion (AOI).

Verschiedene Leiterplattenhersteller verwenden auch manuelle Inspektionen, um mögliche Fehler in den Leiterplatten vor der Auslieferung zu identifizieren. Nach der Inspektion werden diese Leiterplatten weiteren Verbesserungsverfahren wie Vergießen und Schutzlackierung unterzogen. Diese zusätzlichen Schritte sind wichtig, um die Leiterplatten gegen schädliche Umweltschäden und mögliche negative Einflüsse immun zu machen. Erfahren Sie mehr über So identifizieren Sie Komponenten auf Leiterplatten.

Auf diese Weise machen die Hersteller die Leiterplatten auf lange Sicht langlebiger und zuverlässiger. Der letzte Schritt besteht darin, die Leiterplatten zu testen, um zu sehen, ob diese unter ungünstigen Umständen ordnungsgemäß funktionieren oder nicht. Funktionstests, Scantests und In-Circuit-Tests sind einige gängige Beispiele. 

Arten der Leiterplattenbestückung und Bedingungen

Elektronikhersteller stehen bei der Entwicklung ihrer Prototypen vor vielen Herausforderungen. Da die Technologie immer weiter voranschreitet, steigt auch der Bedarf an der Entwicklung eines qualitativ hochwertigen Prototyps. 

Daher gibt es mehrere technische Ansätze, die den Prozess der Leiterplattenbestückung wesentlich einfacher und effizienter machen. Um das Phänomen der Leiterplattenbestückung zu verstehen, müssen Sie sich mit den folgenden Technologien befassen, die im Prozess der Leiterplattenbestückung eine entscheidende Rolle spielen.

Nahaufnahme des SMT-Montageprozesses auf Leiterplatten
  • SMT-Montage

Bei dieser Art der Montage werden die elektrischen Komponenten direkt mit Lötpaste auf der Platinenoberfläche angebracht. Einen detaillierten Einblick in die Surface-Mount-Technologie erhalten Sie unter SMT-Montage.

  • Mechanische Montage

Dieser Prozess hilft bei der Montage elektrischer Leiterplattenkomponenten in Produktions- oder Montagelinien. Darüber hinaus stellt es auch alle auf diese Weise hergestellten zusammengebauten Produkte und Komponenten dar. In einfachen Worten bezeichnet es das Phänomen, Teile zusammenzufügen, um eine bestimmte Funktion auszuführen.

Ball-Grid-Array-auf-einer-gedruckten-Leiterplatte
  • BGA-Montage

BGA-Montage bezieht sich auf ein oberflächenmontiertes Gehäuse. Dieser Prozess verwendet integrierte Schaltkreise und Pins. Darüber hinaus ermöglicht BGA die Verwendung von HDI-Leiterplatten zu einem erschwinglichen Preis, was es zur besten Option für die Montage elektrischer Komponenten auf Platinenoberflächen mit größter Sorgfalt und Präzision macht. Erfahren Sie mehr über BGA und seine Rolle in mehrschichtigen Leiterplatten in unserem Umfassender Leitfaden zu mehrschichtigen Leiterplatten.

  • Kabelkonfektion

Bei der Kabelkonfektion werden viele Kabel zu einer Gruppe zusammengefügt. Kabelkonfektionen können Strom übertragen. Diese exquisite Eigenschaft der Kabelkonfektion ermöglicht die flächendeckende Signal- und Stromübertragung. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung einer konfektionierten Kabelgruppe im Vergleich zu einem einzelnen Kabel eine einfachere Wartung und einen einfacheren Austausch. Um mehr über die Komponenten von Kabelkonfektionen zu erfahren, besuchen Sie Elektronische Leiterplattenkomponenten.

  • Axiale horizontale Montage

Aus jedem Ende kastenförmiger oder zylindrischer Komponenten ragen axiale Leitungen heraus. Die Gruppe der Axialkabel hat die gleiche Form wie Drahtbrücken. Diese Axialelemente werden hauptsächlich in Short-Space-Leiterplatten verwendet. Darüber hinaus gibt es bei der axialen horizontalen Baugruppe zwei unterschiedliche Arten von Einstellungen, nämlich rechtwinkliges SMT und PTH. In diesen Einstellungen kommen die Leitungen vom anderen Ende (gegenüber) der elektronischen Komponenten.

Fertige schlüsselfertige Leiterplattenbestückung mit Komponenten
  • Schlüsselfertige Montage

Turnkey steht für ein gebrauchsfertiges Produkt, das eine Person direkt nach dem Kauf verwenden kann. Hersteller und Monteure müssen jedem einzelnen Element der Leiterplattenmontage und -herstellung größte Aufmerksamkeit schenken. Dazu gehört auch die Platzierung elektrischer Komponenten und die Leiterplattenherstellung. Erfahren Sie mehr über schlüsselfertige Lösungen in Schlüsselfertige Leiterplattenbestückung.

  • Montage der radikalen Vertikalen

Monteure verwenden dieses Verfahren, wenn der Platz auf der Platine begrenzt ist, die Komponenten aber noch vorhanden sind, um die Platine fertigzustellen. Dieses Verfahren ermöglicht es ihnen, elektrische Komponenten in vertikaler Form über die Leiterplattenoberfläche zu integrieren. Die Komponenten werden in vertikaler Form platziert. Bei der radikalen vertikalen Montage kommen die Drähte jedoch nur von einer Seite des Komponentenendes.

Nahaufnahme des Montageprozesses für den Box-Build

Box-Build enthält eine Box, die aus einer geschlossenen, kleinräumigen Kabine besteht, die mit Tonnen von Drähten gefüllt ist, die vollständig in ein elektromechanisches System integriert sind. Bestücker nutzen diese Box zur Beurteilung bereits gefertigter Leiterplatten. 

  • Bleifreies Löten

Bei dieser Art des Lötens handelt es sich um Metalle wie Kupfer, Wismut, Antimon, Indium, Zinn, Zink, Silber, Zinn und einige andere. Beim bleifreien Löten wird, wie der Name schon sagt, beim Löten kein Blei verwendet. Darüber hinaus erfolgt das Löten mit einem Lötkolben. Wenn die Spitze des Lötkolbens erhitzt wird, können Staub und Dämpfe in die Luft gelangen, was sich als gesundheitsschädlich für den Monteur und die Menschen in der Umgebung erweisen kann.

  • Drucken 

Beim Drucken von Platinen handelt es sich um einen Prozess, bei dem der digitale Schaltplan und das Design einer Leiterplatte in ein glänzendes Blatt Papier umgewandelt werden. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, muss der Druck auf der glänzenden Seite des Papiers erfolgen. Der Druck spielt bei der Leiterplattenbestückung eine entscheidende Rolle. Allerdings kann jeder kleine Fehler beim Drucken letztendlich zu Fehlfunktionen oder Schäden an der Leiterplatte führen.

  • N2-System

N2 oder Stickstoffgasist ein chemisches Molekül. Es ist geruch- und farblos und spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Leiterplatten. Das N2-System steht für die Verwendung von Gas bei der Herstellung von Leiterplatten, einschließlich Reflow und selektivem Löten. N2 bietet einen einzigartigen Ansatz zum Schutz vor Konvektions-Reflow und Oxidationsproblemen.

  • Lackierung

Die Lackierung erfolgt auf der Leiterplattenoberfläche. Das Hauptziel des Lackierens besteht darin, eine Schutzschicht auf der Plattenoberfläche zu bilden, die diese vor Beschädigungen und Korrosion durch äußere Einflüsse schützt. Vereinfacht ausgedrückt hilft die Lackierung Leiterplatten dabei, rauen Umwelteinflüssen standzuhalten.

Techniker testen PCBs in einem Labor
  • Testen

PCB-Prüfung spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Leiterplatten. Durch Tests können Hersteller Fehler erkennen und im Vorfeld korrigieren. Durch diesen Prozess können Hersteller zusätzliche Kosten sparen, die bei Nacharbeiten entstehen können. Darüber hinaus können durch Tests auch Fehler erkannt werden, die zu Fehlfunktionen der Leiterplatten führen.

  • Verpackung

Leiterplatten benötigen eine Verpackung, die sie vor Feuchtigkeit und physischem Bruch schützt. Eine unzureichende Verpackung kann zu Schäden am Board führen und seine Funktionalität beeinträchtigen. Eine angemessene Verpackung gilt jedoch als entscheidend für die Integrität von PCB. Achten Sie daher immer darauf, einen Hersteller zu wählen, der Leiterplatten ordnungsgemäß verpackt liefert.

Prozessschritte bei der Leiterplattenbestückung

Der Prozess der Leiterplattenbestückung gilt trotz mehrerer manueller und automatischer Schritte nicht als abgeschlossen. Die PCBA beginnt immer mit der Grundeinheit einer Leiterplatte.

Schritt 1: Auftragen der Lotpaste auf die Leiterplatte

Maschinelles Auftragen von Lötpaste auf eine Leiterplattenschablone

Legen Sie zunächst mit einer mechanischen Einheit eine dünne Modellplatte aus Edelstahl auf die Plattenoberfläche. Achten Sie darauf, die Lotpaste gleichmäßig an der richtigen Stelle einer Leiterplatte zu verteilen. 

  • Inhaltsstoffe der Lotpaste

Lötpaste ist ein graues Material, das aus winzigen Metallkugeln besteht und als Lötmittel bezeichnet wird. Diese Mini-Metallkugeln enthalten 0,51 TP3T Kupfer, 31 TP3T Silber und 96,51 TP3T Zinn. Anschließend wird dem Lötmittel Flussmittel zugesetzt, um Lötpaste herzustellen. Flussmittel ist eine chemische Substanz, die das Schmelzen und die Bildung einer Verbindung mit dem Lötmittel unterstützt. Lötpaste muss in ausreichender Menge an der richtigen Stelle auf der Platinenoberfläche aufgetragen werden. Weitere Einzelheiten zu Lötpastenarten und -anwendungen finden Sie unter Lötpaste in der Elektronikfertigung.

In einer industriellen Leiterplattenmontagelinie halten mechanische Halter die Lötpaste und die Leiterplatte an Ort und Stelle. Dann trägt der Applikator die Paste auf die rechte Oberfläche des Bereichs auf. Anschließend verteilte die Maschine die Aufschlämmung gleichmäßig auf dem Modell. Nach dem Entfernen des Modells fixiert sich die Lötpaste an der gewünschten Stelle. 

Schritt 2: Pick-and-Place-Maschine

Automatisierte Pick-and-Place-Maschine für SMT-Komponenten

Nach Abschluss des Lötvorgangs folgt der Schritt des Aufnehmens und Platzierens elektrischer Komponenten auf der Platine. Ein Pick-and-Place-Roboter platziert die SMD- oder Oberflächenmontagebaugruppe über der fertigen Leiterplatte. SMDs helfen bei der Platzierung von elektrischen Bauteilen, die meist keine Anschlüsse haben, auf den Leiterplatten.

Früher wurde dieser Schritt manuell mit einer Zange durchgeführt. Der Monteur nahm jedes elektrische Bauteil manuell auf und platzierte es. Heute jedoch benötigen Hersteller nur noch einen Roboter, der diese Aufgabe automatisch erledigt. Darüber hinaus erfordert die Platzierung der Komponenten höchste Präzision. Daher ist diese Änderung sowohl für den Hersteller als auch für die Leiterplatte erforderlich.

  • Oberflächenmontagetechnologie

Das SMT-Gerät startet den Pick-and-Place-Prozess mithilfe von Vakuumklemmen. Die Klemme nimmt die Leiterplatte auf und legt sie in die Station ein. Dort beginnt der Roboter mit dem SMT-Aufbringen auf der Oberfläche der Leiterplatte. Diese elektrischen Komponenten werden in der vorher festgelegten Position über die Lotpaste gelegt.

Schritt 3: Verfestigen der Lotpaste

Lötpaste verfestigt sich auf der Leiterplatte während des Reflow-Lötens

Für eine stabile Integration von elektrischen Komponenten, Lötpaste müssen einen Reflow-Prozess durchlaufen, um die Komponenten länger an ihrem Platz zu halten. 

Nach dem Bestückungsprozess wird die Leiterplatte auf das Förderband übertragen. Dieses Band durchläuft einen langen Reflow-Ofen, der eine Reihe von Heizgeräten enthält. Während die Leiterplatte durch diese Heizgeräte läuft, wird sie langsam auf 250 Grad erhitzt, wodurch das Lot schmilzt. Detaillierte Techniken finden Sie in Löten von Leiterplatten.

  • Reflow-Löten

Nach dem Schmelzen des Lotes durchläuft die Leiterplatte einen großen Ofen. Während die Leiterplatte mehrere Kühlsysteme durchläuft, beginnt die Schmelze abzukühlen, wodurch sich das Lot verfestigt und eine Lötverbindung entsteht. Dadurch entsteht eine feste und dauerhafte Verbindung, die zur Verbindung von Leiterplatte und SMD genutzt wird. 

Viele PCBAs müssen während des Reflow-Lötens besonders berücksichtigt werden, insbesondere bei der zweiseitigen Leiterplattenbestückung. Diese Art der Montage erfordert insbesondere eine separate Modellierung und Reflow-Lötung beider Seiten. Allerdings wird zuerst die Seite der Platine mit weniger Bauteilen modelliert, platziert und dann umgeschmolzen; dann geht es weiter zur zweiten Seite.

Schritt 4: Überprüfen Sie die Leiterplattenbaugruppe

Techniker prüft Leiterplattenmontage unter dem Mikroskop

Nach Abschluss des dritten Schritts, dem Löten der bestückten elektronischen Bauteile, folgt der Schritt der Inspektion der Leiterplatte. Das Board muss mehrere Analysen und Tests durchlaufen, die seine Funktionalität belegen. Die Inspektion der Qualitätskontroll-PCBAs umfasst jedoch:

  • Manuelle Inspektion

Ein Designer führt eine visuelle Live-Analyse durch, um die Qualität der Leiterplatte zu bestätigen, was als manuelle Inspektion bezeichnet wird.

  • Automatische optische Inspektion

Diese Art der Inspektion wird als am besten geeignet für Massen-PCBAs angesehen. AOI steht für Automated Optical Inspection (Automatisierte optische Inspektion). Bei diesem Testverfahren werden Hochleistungskameradetektoren verwendet, die Lötstellen aus verschiedenen Winkeln betrachten. Erfahren Sie mehr über Inspektionsmethoden wie AOI in Was ist die automatische optische Inspektion (AOI) bei Leiterplatten?.

  • Röntgeninspektion

Diese Inspektion umfasst eine gründliche Analyse durch das Erkennen von Problemen in den Leiterplattenschichten.

Schritt 5: Setzen Sie die plattierte Durchgangslochkomponente ein

Einsetzen eines durchkontaktierten Bauteils in die Leiterplatte

Die Auswahl der Lötart richtet sich ausschließlich nach dem Platinentyp. Monteure nutzen beim Löten auch andere Ansätze. Neben SMT-Komponenten verwenden sie auch die PTS-Bestückung.

Ein PTH bezieht sich auf eine Art Loch, das über den gesamten Schaltkreis in der Leiterplatte plattiert ist. Diese Löcher werden verwendet, um Signale von einer Kante zur anderen Kante der Leiterplatte weiterzuleiten. In solchen Situationen ist die Lötpaste nicht geeignet, da die Paste durch die Zwischenräume dringen kann und keine Möglichkeit für eine Haftung bleibt. Darüber hinaus benötigt PTH eine professionellere Schweißmethode. 

  • Manuelles Löten

Dies beinhaltet das manuelle Einführen von Leitungen durch Löcher.

  • Wellenlöten

Das Wellenlöten unterscheidet sich vom Handlöten. Es handelt sich um einen automatisierten Ansatz, bei dem geschmolzenes Material zum Bohren von Löchern in die Leiterplatte verwendet wird.

Führen Sie eine abschließende Inspektion durch

Nach Abschluss des Lötvorgangs folgt als letzter Schritt die Funktionsanalyse und Prüfung der Leiterplatte. Hersteller nutzen analoge Signale und Strom, um die elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte zu testen. Zeigt eine Leiterplatte bei der Prüfung Schwankungen in der Signalübertragung, liegt ein Fehler vor. Wenn die Inspektion aus irgendeinem Grund fehlschlägt, muss der Hersteller den gesamten Prozess starten.

Tests spielen im gesamten Prozess der Leiterplattenbestückung eine entscheidende Rolle, da sie Aufschluss darüber geben, ob die Leiterplatte ordnungsgemäß funktioniert oder nicht. 

Leiterplattenbestückungsprozess – Inspektion und Prüfung

Wir können nicht leugnen, dass die Inspektion von Leiterplatten nicht nur effektiv, sondern auch sicher für die Benutzer ist. Vollständig geprüfte Leiterplatten bieten mehr Schutz und halten im Betrieb länger. 

Die Leiterplattenlieferanten verwenden unterschiedliche Prüfmethoden, um sicherzustellen, dass die Leiterplatten in gutem Zustand sind. Daher ist es für Einzelhändler von Leiterplattenmarken von entscheidender Bedeutung, die Leiterplatten vollständig zu analysieren und festzustellen, ob sie Mängel aufweisen oder nicht. 

Techniker untersucht eine Leiterplatte mit einem Röntgengerät

Die gängigen Methoden hierfür sind die Röntgeninspektion und die manuelle Inspektion zur intensiven Qualitätskontrolle von Leiterplatten. Bedenken Sie eines: Diese Methoden variieren je nach Budget; Daher ist es von entscheidender Bedeutung, ihr Budget im Voraus festzulegen. 

  1. Eine Röntgeninspektion ist weit verbreitet und wird von vielen Anbietern auch angeboten, wobei die Leiterplatten eingehend auf ihre Mängel untersucht werden. 
  2. Die manuelle Inspektion ist die kostengünstigste Methode und erfordert auch keine hochentwickelte Ausrüstung. 
  3. Eine weitere Option ist AOI, das die Leiterplatten präzise prüft und versteckte Fehler aufspürt, was letztlich deren Qualität für den Langzeiteinsatz steigert. 

Abschluss

Letztendlich müssen Sie sich für Ihren Betrieb auf Leiterplatten in Industriequalität verlassen können. Defekte PCBs sind nicht nur gefährlich, sondern erweisen sich auch als weniger haltbar für eine Langzeitabhängigkeit. 

Aus diesem Grund laden wir Sie ein, unsere Leiterplatten einmal selbst zu prüfen und dann zu entscheiden, ob eine Zusammenarbeit mit uns für Sie von Vorteil ist oder nicht. Wir wissen, dass Ihre Investition wichtig ist, und unsere Leiterplatten erfüllen Ihre Bedürfnisse und Anforderungen erfolgreich. 

Artikel geschrieben von Alice Lee