2 novembre 2023

Cose fondamentali che dovresti sapere sul processo di assemblaggio del PCB

Cose fondamentali che dovresti sapere sul processo di assemblaggio del PCB

Il processo di assemblaggio di PCB o circuiti stampati comprende vari passaggi, linee guida e regole che devono essere seguite per ottenere alla fine un prodotto preciso e perfettamente funzionante. Tuttavia, per raggiungere con successo questo obiettivo, gli assemblatori di PCB utilizzano fenomeni di raffreddamento e riscaldamento controllati e modelli di schermi per regolare il posizionamento componenti elettrici

Gli assemblatori devono scegliere la tecnologia giusta per assemblare il circuito in base al tipo di componente. Tutti i pezzi e le parti devono essere allineati correttamente nella posizione designata. Inoltre, qualsiasi leggero spostamento del componente può portare a disfunzioni. Per comprendere i passaggi iniziali, fare riferimento a Cos'è la fabbricazione di PCB?.

Come funziona l'assemblaggio PCB?

Assemblaggio PCB (circuito stampato). è il processo di unione delle parti cruciali del PCB. Ha portato allo sviluppo di dispositivi elettronici commerciali ed elettrodomestici. Il primo passo dell'assemblaggio del PCB è la fabbricazione. Prevede l'incisione delle tracce di rame e dei pad sulla superficie del substrato. Successivamente, i tecnici iniziano con l'assemblaggio vero e proprio del PCB. Se stai progettando il tuo PCB, potresti trovare Come progettare un layout PCB utile.

Pasta per saldature è importante per questo processo e utilizza uno stencil. Una saldatura è composta da diversi granuli e flussi di saldatura. Aumenta la forza della miscela di saldatura e aderisce ai componenti sul PCB. È inoltre fondamentale posizionare con attenzione le parti del PCB sulla scheda e posizionarle nei punti giusti durante la saldatura. Avviene attraverso macchine pick-and-place che sono altamente precise e veloci in questo lavoro. 

Una volta che le macchine hanno posizionato tutte le parti del PCB, è il momento di prendere il PCB attraverso un processo di rifusione. Normalmente a questo scopo viene utilizzato un forno a rifusione. 

Lo scopo è riscaldare completamente il PCB insieme ai suoi componenti. La pasta saldante si scioglierà per il suo calore e poi subirà la solidificazione. Creerà forti legami tra i componenti del PCB e la superficie dei PCB, il che aumenterà la qualità delle prestazioni del PCB nel frattempo. Il passo successivo è ispezionare i PCB e verificare se sono presenti difetti o meno. A questo proposito sono disponibili diversi metodi di ispezione PCB. L'AOI è una tecnica comune. Scopri di più sulle macchine utilizzate in questo processo leggendo Guida all'ispezione ottica automatizzata (AOI).

L'ispezione manuale viene utilizzata anche da diversi produttori di PCB, il che aiuta a identificare possibili errori all'interno dei PCB prima della loro spedizione. Dopo l'ispezione, questi PCB vengono sottoposti a ulteriori procedure di miglioramento come il potting e il rivestimento conforme. Questi passaggi aggiuntivi sono importanti per rendere i PCB immuni ai danni ambientali avversi e ai possibili impatti negativi. Impara di più riguardo come identificare i componenti sui circuiti stampati.

In questo modo i produttori rendono i PCB durevoli e più affidabili a lungo termine. L'ultimo passo è testare i PCB per vedere se questi possono funzionare correttamente in circostanze sfavorevoli oppure no. Test funzionali, test di scansione e test in-circuit sono alcuni esempi comuni. 

Tipi di assemblaggio PCB e termini

I produttori di elettronica sono inclini ad affrontare molte sfide nello sviluppo dei loro prototipi. Con il continuo progresso della tecnologia, aumenta anche la necessità di sviluppare un prototipo di alta qualità. 

Pertanto, esistono diversi approcci tecnici che rendono il processo di assemblaggio del PCB molto più semplice ed efficiente. Per comprendere il fenomeno dell'assemblaggio dei PCB, è necessario approfondire le seguenti tecnologie che svolgono un ruolo vitale nel processo di assemblaggio dei PCB.

Primo piano del processo di assemblaggio SMT su PCB
  • Assemblea SMT

Questo tipo di assemblaggio rappresenta un processo di assemblatore incorporando i componenti elettrici sulla superficie della scheda direttamente utilizzando pasta saldante. Per uno sguardo approfondito alla tecnologia a montaggio superficiale, dai un'occhiata Assemblea SMT.

  • Assemblaggio meccanico

Questo processo aiuta ad assemblare componenti elettrici di PCB su linee di produzione o di assemblaggio. Inoltre, rappresenta anche tutti i prodotti e i componenti assemblati che sono stati realizzati in questo modo. In parole semplici indica il fenomeno di mettere insieme parti per svolgere una determinata funzione.

Griglia di sfere su un circuito stampato
  • Assemblea BGA

L'assemblaggio BGA si riferisce a un pacchetto a montaggio superficiale. Questo processo utilizza circuiti e pin integrati. Inoltre, BGA consente l'utilizzo di PCB HDI ad un prezzo accessibile, che lo rende la soluzione migliore per assemblare componenti elettrici sulle superfici di bordo con la massima cura e precisione. Scopri di più sul BGA e sul suo ruolo nei PCB multistrato nel nostro Guida completa sul PCB multistrato.

  • Assemblaggio cavi

L'assemblaggio dei cavi prevede il processo di assemblaggio di tanti cavi in un unico gruppo. I cavi assemblati hanno la capacità di trasmettere energia. Questa squisita caratteristica del cavo assemblato gli consente di fornire segnali e alimentazione su tutta la linea. Inoltre, l'utilizzo di un gruppo di cavi assemblati consente anche una facile manutenzione e sostituzione rispetto ad un cavo singolo. Per comprendere i componenti coinvolti nei cavi assemblati, visitare Componenti del circuito elettronico.

  • Assemblaggio assiale orizzontale

I conduttori assiali fuoriescono da ciascuna estremità dei componenti a forma di scatola o cilindrici. Il gruppo di cavi assiali ha la stessa forma dei ponticelli a filo. Questi assiali sono utilizzati principalmente nei PCB a spazio ridotto. Inoltre, il gruppo assiale orizzontale ha due tipi distinti di impostazioni, che coinvolgono SMT e PTH ad angolo retto. In questi contesti, i cavi provengono dall'altra estremità (opposta) dei componenti elettronici.

Assemblaggio PCB chiavi in mano completo di componenti
  • Assemblaggio chiavi in mano

Chiavi in mano rappresenta un prodotto pronto all'uso che consente a una persona di utilizzarlo subito dopo averlo acquistato. Produttori e assemblatori devono prestare la massima attenzione a ogni singolo elemento dell'assemblaggio e della produzione del PCB. Ciò include anche il posizionamento di componenti elettrici e la produzione di PCB. Scopri le soluzioni chiavi in mano in Assemblaggio PCB chiavi in mano.

  • Assemblaggio del verticale radicale

Gli assemblatori utilizzano questo processo quando lo spazio a bordo è limitato, ma rimangono ancora i componenti per completare la scheda. Questo processo consente loro di incorporare componenti elettrici in forma verticale sulla superficie del PCB. I componenti sono posizionati in forma verticale. Tuttavia, nell'assemblaggio verticale radicale, i fili provengono solo da un lato dell'estremità del componente.

Primo piano del processo di assemblaggio della scatola

Box-build contiene una scatola che consiste in una cabina chiusa e poco ingombrante piena di tonnellate di cavi interamente incorporati in un sistema elettromeccanico. Gli assemblatori utilizzano questa casella per valutare i PCB già prodotti. 

  • Saldatura senza piombo

Questo tipo di saldatura coinvolge metalli come rame, bismuto, antimonio, indio, stagno, zinco, argento, stagno e alcuni altri. La saldatura senza piombo, come suggerisce il nome, non utilizza piombo nel processo di saldatura. Inoltre, la saldatura viene eseguita con il saldatore. Quando la punta del saldatore si surriscalda, può rilasciare nell'aria polveri e fumi che possono rivelarsi dannosi per la salute dell'assemblatore e delle persone presenti nell'area.

  • Stampa 

La stampa delle schede si riferisce al processo di trasformazione dello schema digitale e del design di un PCB in un foglio di carta lucida. Per ottenere i migliori risultati, la stampa deve trovarsi sul lato lucido della carta. La stampa gioca un ruolo fondamentale nell'assemblaggio del PCB. Tuttavia, qualsiasi piccolo errore nella stampa può portare a malfunzionamenti o danni al PCB.

  • Sistema N2

N2 o gas azoto, è una molecola chimica. Non ha alcun odore o colore e svolge un ruolo essenziale nella produzione di circuiti stampati. Il sistema N2 rappresenta l'uso del gas nella produzione di PCB, che include il riflusso e alcune saldature selettive. N2 ha un approccio unico per proteggere il riflusso di convezione e i problemi di ossidazione.

  • Verniciatura

La verniciatura si applica sulla superficie del PCB. L'obiettivo principale della verniciatura è creare uno strato protettivo sulla superficie del pannello, che lo protegga dai danni e dalla corrosione causati da fattori esterni. In parole semplici, la verniciatura aiuta i PCB a resistere a fattori ambientali difficili.

Tecnici che testano i PCB in un laboratorio
  • Test

Test PCB svolge un ruolo cruciale nella produzione di PCB. I test consentono ai produttori di identificare gli errori e correggerli in anticipo. Questo processo consente ai produttori di risparmiare denaro aggiuntivo che potrebbe derivare da rilavorazioni. Inoltre, i test consentono anche di individuare gli errori che causano il malfunzionamento dei PCB.

  • Confezione

I PCB necessitano di un imballaggio che li protegga dall'umidità e dalle rotture fisiche. Un imballaggio inadeguato può causare danni alla scheda e comprometterne la funzionalità. Tuttavia, un imballaggio adeguato è considerato vitale per l'integrità del PCB. Pertanto, assicurati sempre di scegliere un produttore che fornisca PCB con un imballaggio adeguato.

Fasi del processo di assemblaggio PCB

Il processo di assemblaggio del PCB non è considerato completo, nonostante diversi passaggi manuali e automatici. Il PCBA inizia sempre con l'unità base di un PCB.

Passaggio 1: applicazione della pasta saldante sul PCB

Stencil per applicazione automatica della pasta saldante sullo stencil

Innanzitutto, utilizzare un'unità meccanica per posizionare un sottile foglio di modello in acciaio inossidabile sulla superficie della piastra. Assicurati di distribuire uniformemente la pasta saldante nel punto giusto del PCB. 

  • Ingredienti della pasta saldante

La pasta saldante è un materiale grigio composto da minuscole sfere di metallo, chiamato saldatura. Queste mini sfere di metallo contengono rame 0,5%, argento 3% e stagno 96,5%. Quindi, il flusso viene aggiunto alla saldatura per creare la pasta saldante. Il flusso si riferisce a una sostanza chimica che aiuta la saldatura a sciogliersi e a creare un legame. La pasta saldante deve essere applicata in quantità adeguata nel punto giusto sulla superficie della scheda. Per ulteriori dettagli sui tipi e sulle applicazioni della pasta saldante, vedere Pasta saldante nella produzione elettronica.

In una linea di assemblaggio industriale di PCB, i supporti meccanici afferrano la pasta saldante e il PCB. Quindi, l'applicatore applica la pasta sulla superficie destra dell'area. Successivamente, la macchina distribuisce uniformemente l'impasto sul modello. Dopo la rimozione del modello, la pasta saldante si fissa nel punto desiderato. 

Passaggio 2: Scegli e posiziona la macchina

Macchina automatica pick-and-place per componenti SMT

Dopo il completamento della saldatura arriva la fase di prelievo e posizionamento dei componenti elettrici sulla scheda. Un robot pick-and-place posiziona il gruppo SMD o a montaggio superficiale sul PCB finito. Gli SMD aiutano a posizionare sui PCB principalmente componenti elettrici non connettori.

Prima, questo passaggio veniva eseguito manualmente utilizzando una pinza. L'assemblatore ha selezionato e posizionato manualmente ciascun componente elettrico. Tuttavia, oggi, i produttori hanno solo bisogno di un robot per svolgere questo compito automaticamente. Inoltre, il posizionamento dei componenti richiede la massima precisione. Pertanto, questa modifica è necessaria sia al produttore che al PCB.

  • Tecnologia a montaggio superficiale

Il dispositivo SMT avvia il processo di pick-and-place tramite pinze a vuoto. La pinza preleva il PCB e lo inserisce all'interno della stazione. Lì, il robot inizia ad applicare SMT sulla superficie del PCB. Questi componenti elettrici vengono posizionati sopra la pasta saldante nella posizione predefinita.

Passaggio 3: solidificazione della pasta saldante

La pasta saldante si solidifica sul PCB durante il riflusso

Per un'integrazione salda di componenti elettrici, pasta per saldature devono passare attraverso un processo di rifusione per mantenere i componenti al loro posto per un tempo più lungo. 

Dopo il processo di posizionamento, il PCB viene trasferito sul nastro trasportatore. Questo nastro passa attraverso un lungo forno di riflusso, che contiene una serie di riscaldatori. Mentre il PCB passa attraverso questi riscaldatori, lo riscaldano lentamente fino a 250 gradi, che scioglie la saldatura. Le tecniche dettagliate possono essere trovate in Saldatura PCB.

  • Saldatura a rifusione

Dopo aver fuso la saldatura, il PCB passa attraverso un grande forno. Quando il PCB attraversa diversi sistemi di raffreddamento, il fuso inizia a raffreddarsi, solidificando la saldatura e creando un giunto di saldatura. Ciò genera un giunto solido e permanente, che viene utilizzato per unire PCB e SMD. 

Molti PCBA necessitano di particolare attenzione durante la saldatura a riflusso, in particolare per l'assemblaggio di PCB a due lati. Questo tipo di assemblaggio richiede in particolare la modellazione e la saldatura a rifusione di entrambi i lati separatamente. Tuttavia, il lato della scheda con meno componenti viene prima modellato, posizionato e quindi ridisposto; poi si passa al secondo lato.

Passaggio 4: controllare il gruppo PCB

Tecnico che ispeziona l'assemblaggio PCB al microscopio

Dopo il completamento della terza fase, la saldatura dei componenti elettronici montati, arriva la fase di ispezione del PCB. La scheda deve essere sottoposta a diverse analisi e test che ne descrivono la funzionalità. Tuttavia, l'ispezione dei PCBA per il controllo di qualità include:

  • Ispezione manuale

Un progettista esegue un'analisi visiva dal vivo per confermare la qualità del PCB, chiamata ispezione manuale.

  • Ispezione ottica automatica

Questo tipo di ispezione è considerato il più adatto per i PCBA di massa. AOI sta per Ispezione Ottica Automatizzata. Questo approccio di test utilizza rilevatori di telecamere ad alta potenza che visualizzano i giunti di saldatura da angolazioni distinte. Scopri i metodi di ispezione come AOI in Cos'è l'ispezione ottica automatizzata (AOI) nel PCB.

  • Ispezione a raggi X

Questa ispezione prevede un'analisi approfondita individuando problemi negli strati del PCB.

Passaggio 5: inserire il componente con foro passante placcato

Inserimento del componente a foro passante placcato nel PCB

La scelta del tipo di saldatura si basa esclusivamente sul tipo di scheda. Gli assemblatori utilizzano anche altri approcci per la saldatura. Oltre ai componenti SMT, utilizzano l'assemblaggio PTS.

Un PTH si riferisce a un tipo di foro placcato nel PCB lungo tutto il circuito. Questi fori vengono utilizzati per far passare i segnali da un bordo all'altro del PCB. In tali scenari, la pasta saldante non è adatta perché la pasta può passare attraverso gli spazi e non lasciare vie di adesione. Inoltre, PTH necessita di un metodo di saldatura più professionale. 

  • Saldatura manuale

Ciò comporta l'inserimento manuale dei cavi attraverso i fori.

  • Saldatura ad onda

La saldatura ad onda differisce dalla saldatura manuale. È un approccio automatizzato che utilizza il materiale fuso per praticare fori nella scheda del PCB.

Completa un'ispezione finale

Dopo il completamento della saldatura rimane l'ultimo passaggio che prevede l'analisi funzionale e il test del PCB. I produttori utilizzano segnali analogici e potenza per testare le caratteristiche elettriche del PCB. Se un PCB mostra fluttuazioni nel trasferimento dei segnali durante l'ispezione, significa che presenta dei difetti. Per qualche motivo, se l'ispezione fallisce, il produttore deve avviare l'intero processo.

Il test gioca un ruolo cruciale nell'intero processo di assemblaggio del PCB perché dirà se il PCB funziona correttamente o meno. 

Processo di assemblaggio PCB: ispezione e test

Non possiamo negare il fatto che l'ispezione dei PCB si rivela non solo efficace ma anche sicura per gli utenti. I PCB completamente ispezionati forniscono maggiore protezione e durano più a lungo. 

I fornitori di PCB utilizzano diversi metodi di ispezione per garantire che i PCB siano in buone condizioni. Pertanto, è fondamentale che i marchi di PCB dei rivenditori analizzino completamente i PCB e vedano se presentano o meno dei difetti. 

Tecnico che esamina un PCB con una macchina a raggi X

I metodi comuni a questo riguardo sono l'ispezione a raggi X e l'ispezione manuale per un intenso controllo di qualità dei PCB. Tieni a mente una cosa: questi metodi variano in base al tuo budget; pertanto, determinare in anticipo il loro budget sarà cruciale. 

  1. L'ispezione a raggi X è comune e anche molti fornitori se la permettono, analizzando in modo approfondito i PCB alla ricerca di eventuali difetti. 
  2. L'ispezione manuale è il metodo più conveniente e non richiede attrezzature avanzate. 
  3. L'AOI è un'altra opzione da scegliere, che controlla con precisione i PCB e individua i difetti nascosti al loro interno, migliorandone in definitiva la qualità per un utilizzo a lungo termine. 

Conclusione

In fin dei conti, per le tue operazioni devi fare affidamento su PCB di livello industriale. I PCB difettosi non solo sono pericolosi ma si rivelano anche meno durevoli per la dipendenza a lungo termine. 

Per questo motivo ti invitiamo a controllare tu stesso una volta i nostri PCB e poi decidere se collaborare con noi sarà vantaggioso per te o meno. Sappiamo che il vostro investimento è importante e i nostri PCB aderiscono pienamente alle vostre esigenze e requisiti con successo. 

Articolo scritto da Alice Lee