2023 年 11 月 2 日

PCB アセンブリプロセスについて知っておくべき基本的な事項

PCB アセンブリプロセスについて知っておくべき基本的な事項

PCBまたは回路基板の組み立てプロセスには、最終的に正確で完全に機能する製品を得るために従う必要があるさまざまな手順、ガイドライン、ルールが含まれます。ただし、この目標をうまく達成するために、PCBアセンブラーは制御された冷却と加熱の現象とスクリーンテンプレートを使用して、部品の配置を調整します。 電気部品

組み立て工は、部品の種類に応じて適切な技術を選択して回路基板を組み立てる必要があります。すべての部品は、指定された場所に正しく配置する必要があります。さらに、部品が少しでもずれると、機能不全につながる可能性があります。最初の手順を理解するには、 PCB 製造とは何ですか?.

PCB アセンブリはどのように機能しますか?

PCB(プリント基板)アセンブリ 重要なPCB部品を組み立てるプロセスです。このプロセスは、商業用電子機器や家電製品の発展につながりました。PCBアセンブリの最初のステップは製造です。基板の表面の銅トレースとパッドのエッチングが含まれます。その後、技術者は実際のPCBアセンブリを開始します。独自のPCBを設計している場合は、 PCBレイアウトの設計方法 役立つ。

半田付け このプロセスでは、はんだ付けが重要であり、ステンシルを使用します。はんだは、さまざまなはんだ粒子とはんだフラックスから作られています。はんだ付けは、はんだ混合物の強度を高め、PCB 上のコンポーネントに付着します。また、はんだ付け中に PCB 部品をボード上に慎重に配置して、適切な位置に配置することも重要です。この作業は、非常に正確で高速なピックアンドプレース マシンを使用して行われます。 

機械がすべてのPCB部品を配置したら、 リフロープロセスによるPCB通常、この目的にはリフロー炉が使用されます。 

目的は、PCBとそのコンポーネントを完全に加熱することです。はんだペーストは熱で溶け、その後固まります。PCBコンポーネントとPCBの表面の間に強力な結合が形成され、同時にPCBのパフォーマンス品質が向上します。次のステップは、PCBを検査して欠陥があるかどうかを確認することです。この点で利用できるPCB検査にはさまざまな方法があります。AOIは一般的な手法です。このプロセスで使用される機械の詳細については、以下をお読みください。 自動光学検査 (AOI) ガイド.

手動検査はさまざまな PCB メーカーでも使用されており、出荷前に PCB 内のエラーの可能性を特定するのに役立ちます。検査後、これらの PCB はポッティングやコンフォーマルコーティングなどのさらなる強化手順を経ます。これらの追加手順は、PCB が環境による悪影響や悪影響から保護されるために重要です。 プリント基板上の部品を識別する方法.

このようにして、メーカーは PCB の耐久性と長期的な信頼性を高めます。最後のステップは、PCB が不利な状況でも適切に機能するかどうかをテストすることです。一般的な例としては、機能テスト、スキャン テスト、回路内テストなどがあります。 

PCBアセンブリの種類と用語

電子メーカーはプロトタイプの開発において多くの課題に直面する傾向があります。テクノロジーが進化するにつれて、高品質のプロトタイプを開発する必要性も高まっています。 

したがって、PCB アセンブリのプロセスをより簡単かつ効率的にするための技術的アプローチがいくつかあります。 PCB アセンブリの現象を理解するには、PCB アセンブリのプロセスで重要な役割を果たす以下のテクノロジを詳しく理解する必要があります。

PCB 上の SMT アセンブリ プロセスのクローズアップ
  • SMTアセンブリ

このタイプのアセンブリは、はんだペーストを使用して電子部品を基板表面に直接組み込むプロセスです。表面実装技術の詳細については、 SMTアセンブリ.

  • 機械組立て

このプロセスは、生産ラインまたは組立ラインで PCB の電気コンポーネントを組み立てるのに役立ちます。さらに、この方法で組み立てられたすべての製品とコンポーネントも表します。簡単に言うと、部品を組み合わせて特定の機能を実現する現象を指します。

プリント基板上のボールグリッドアレイ
  • BGA アセンブリ

BGAアセンブリは表面実装パッケージを指します。このプロセスでは集積回路とピンを使用します。さらに、BGAでは HDI PCB 手頃な価格で、基板表面に電子部品を細心の注意と精度で組み立てるのに最適なオプションです。BGAと多層PCBにおけるその役割についての詳細は、当社の 多層PCBの総合ガイド.

  • ケーブルアセンブリ

ケーブルアセンブリは、多数のケーブルを 1 つのグループにまとめるプロセスです。ケーブルアセンブリには電力を伝送する機能があります。ケーブルアセンブリのこの優れた機能により、信号と電力をボード全体に伝送できます。さらに、ケーブルをまとめてグループにすると、1 本のケーブルに比べてメンテナンスや交換が簡単になります。ケーブルアセンブリに含まれるコンポーネントを理解するには、次の Web サイトにアクセスしてください。 電子回路基板部品.

  • アキシャル水平アセンブリ

アキシャルリードは、箱形または円筒形のコンポーネントの両端から飛び出します。アキシャルケーブル群はワイヤージャンパーと同じ形状です。これらのアキシャルは主にスペースの短い PCB で使用されます。さらに、軸方向の水平アセンブリには、直角 SMT と PTH を含む 2 つの異なるタイプの設定があります。これらの設定では、リード線は電子部品のもう一方の端 (反対側) から来ます。

コンポーネント付きのターンキーPCBアセンブリが完成
  • ターンキーアセンブリ

ターンキーとは、購入後すぐに使用できる製品を指します。製造業者や組立業者は、PCBの組み立てと製造のあらゆる要素に細心の注意を払う必要があります。これには、電気部品の配置やPCBの製造も含まれます。ターンキーソリューションの詳細については、 ターンキー PCB アセンブリ.

  • ラジカル垂直の組み立て

基板上のスペースが限られているが、基板を完成させるためにコンポーネントがまだ残っている場合、アセンブラはこのプロセスを使用します。このプロセスにより、PCB 表面上に電気部品を垂直な形で組み込むことが可能になります。コンポーネントは縦型に配置されます。ただし、根本的な垂直アセンブリでは、ワイヤはコンポーネントの端の片側からのみ来ます。

ボックスビルドの組み立て工程のクローズアップ

ボックス ビルドには、電気機械システムに完全に組み込まれた大量のワイヤで満たされた密閉された狭いスペースのキャビンで構成されるボックスが含まれています。組み立て業者はこのボックスを使用して、すでに製造された PCB を評価します。 

  • 鉛フリーはんだ付け

このタイプのはんだ付けには、銅、ビスマス、アンチモン、インジウム、錫、亜鉛、銀、錫などの金属が使用されます。鉛フリーはんだ付けとは、その名の通り、はんだ付けの際に鉛を使用しないはんだ付けです。また、はんだ付けははんだごてを使用して行います。はんだごての先端が加熱されると、ほこりや煙が空気中に放出され、組立作業者やその地域の人々の健康に悪影響を与える可能性があります。

  • 印刷 

基板の印刷とは、PCB のデジタル回路図と設計を光沢のある紙に変換するプロセスを指します。最良の結果を得るには、紙の光沢のある面に印刷する必要があります。印刷は PCB アセンブリにおいて重要な役割を果たします。しかし、印刷上のわずかなエラーは、最終的には誤動作や PCB の損傷につながる可能性があります。

  • N2システム

N2、または窒素ガスは化学分子です。臭いも色もなく、プリント基板の製造に重要な役割を果たします。N2 システムは、リフローや一部の選択的はんだ付けを含む PCB 製造におけるガスの使用を表します。N2 は、対流リフローと酸化の問題を防ぐための独自のアプローチを持っています。

  • ニスをかける

ワニスは PCB 表面に塗布されます。ワニス塗装の主な目的は、ボードの表面に保護層を形成し、外部要因による損傷や腐食からボードを保護することです。簡単に言えば、ワニス処理は PCB が厳しい環境要因に対抗できるように支援します。

研究室で PCB をテストする技術者
  • テスト

PCBテスト PCB の製造において、テストは重要な役割を果たします。テストにより、メーカーはエラーを特定し、事前に修正することができます。このプロセスにより、メーカーはやり直しで発生する可能性のある追加費用を節約できます。さらに、テストにより、PCB の誤動作を引き起こすエラーを検出することもできます。

  • 包装

PCB には、湿気や物理的な破損から保護するパッケージが必要です。梱包が不十分だと、ボードが損傷し、機能に影響が出る可能性があります。ただし、適切なパッケージングは PCB の完全性にとって不可欠であると考えられています。したがって、必ず適切なパッケージで PCB を提供するメーカーを選択してください。

PCB アセンブリのプロセス手順

PCBアセンブリのプロセス いくつかの手動および自動のステップに関係なく、PCBA は完了とは見なされません。PCBA は常に PCB の基本ユニットから始まります。

ステップ 1: PCB へのはんだペーストの塗布

はんだペーストを PCB ステンシルに塗布する機械

まず、機械装置を使用して、プレートの表面にステンレス製のモデルの薄いシートを置きます。はんだペーストは基板の正しい位置に均一に塗布してください。 

  • はんだペーストの成分

はんだペーストは、はんだと呼ばれる小さな金属のボールでできた灰色の材料です。これらの小さな金属ボールには、0.5% の銅、3% の銀、96.5% の錫が含まれています。次に、はんだにフラックスを加えてはんだペーストを作ります。フラックスとは、はんだを溶かして結合させるのに役立つ化学物質のことです。はんだペーストは、基板表面の適切な場所に適切な量を塗布する必要があります。はんだペーストの種類と用途の詳細については、 電子機器製造におけるはんだペースト.

産業用 PCB 組立ラインでは、機械的ホルダーがはんだペーストと PCB を所定の位置に固定します。次に、アプリケーターがその領域の右側の表面にペーストを塗布します。その後、機械がモデル上にスラリーを均一に塗布します。モデルを取り外した後、はんだペーストが目的の場所に固定されます。 

ステップ 2: ピックアンドプレイスマシン

SMT 部品の自動ピックアンドプレース マシン

はんだ付けが完了したら、電気部品をピックして基板上に配置するステップが始まります。ピック アンド プレース ロボットは、完成した PCB 上に SMD または表面実装アセンブリを配置します。 SMD は、主にコネクタ以外の電気部品を PCB に配置するのに役立ちます。

以前は、このステップはピンセットを使用して手作業で行われていました。組み立て担当者が各電気部品を手作業で選んで配置していました。しかし、今日では、メーカーはロボットだけでこの作業を自動的に実行できます。さらに、部品の配置には最大限の精度が求められます。したがって、この変更はメーカーと PCB の両方で必要です。

  • 表面実装技術

SMT デバイスは、真空クランプを使用してピック アンド プレースのプロセスを開始します。クランプが PCB を持ち上げてステーション内に置きます。そこでロボットは PCB の表面に SMT を適用し始めます。これらの電気部品は、はんだペーストの上にあらかじめ設計された位置に置かれます。

ステップ 3: はんだペーストを固める

リフロー中に PCB 上で固まるはんだペースト

電気部品をしっかりと組み込むために、 半田付け コンポーネントを長期間所定の位置に維持するには、リフロー プロセスを経る必要があります。 

配置プロセスの後、PCBはコンベアベルトに移されます。このベルトは、多数のヒーターを備えた長いリフロー炉を通過します。PCBがこれらのヒーターを通過すると、ゆっくりと250度まで加熱され、はんだが溶けます。詳細なテクニックについては、 PCBはんだ付け.

  • リフローはんだ付け

はんだを溶かした後、PCB は大きなオーブンを通過します。 PCB がいくつかの冷却システムを通過すると、溶融物が冷却し始め、はんだが固化し、はんだ接合が形成されます。これにより、PCB と SMD の接合に利用される強固で永久的な接合が生成されます。 

多くの PCBA、特に両面 PCB アセンブリの場合、はんだ付けリフロー中に特別な考慮が必要です。このタイプのアセンブリでは特に、両側を個別にモデリングし、はんだ付けリフローする必要があります。ただし、コンポーネントが少ない基板の側面が最初にモデル化され、配置され、リフローされます。次に、2 番目の面に進みます。

ステップ 4: PCB アセンブリを確認する

技術者が顕微鏡下で PCB アセンブリを検査している

第三の工程である実装電子部品のはんだ付けが完了すると、次は基板の検査工程となります。ボードは、その機能を示すためにいくつかの分析とテストを行う必要があります。ただし、品質管理 PCBA 検査には次のものが含まれます。

  • 手動検査

設計者は、手動検査と呼ばれるライブ視覚分析を実行して PCB の品質を確認します。

  • 自動光学検査

このタイプの検査は、大量生産のPCBAに最も適していると考えられています。AOIは自動光学検査の略です。このテスト手法では、はんだ接合部をさまざまな角度から観察する高出力カメラ検出器を使用します。AOIのような検査方法については、 PCBの自動光学検査(AOI)とは.

  • X線検査

この検査には、PCB 層の問題を特定することによる詳細な分析が含まれます。

ステップ 5: メッキされたスルーホールコンポーネントを挿入する

メッキスルーホール部品をPCBに挿入する

はんだ付けタイプの選択は、基板のタイプのみに基づいて行われます。組み立て業者は、はんだ付けに他のアプローチも使用します。 SMT コンポーネントに加えて、PTS アセンブリも使用されます。

PTH は、回路全体にわたって PCB にメッキされているタイプの穴を指します。これらの穴は、PCB の一方の端からもう一方の端に信号を渡すために使用されます。このようなシナリオでは、はんだペーストが隙間を通過して接着の余地がなくなる可能性があるため、はんだペーストは適していません。さらに、PTH にはより専門的な溶接方法が必要です。 

  • 手はんだ付け

これには、リード線を穴に手動で挿入する必要があります。

  • ウェーブはんだ付け

ウェーブはんだ付けは手はんだ付けとは異なります。これは、溶融物を使用して PCB 基板に穴を開ける自動化されたアプローチです。

最終検査を完了する

はんだ付けが完了すると、PCB の機能分析とテストが行われる最後のステップが残ります。メーカーはアナログ信号と電力を実行して、PCB の電気特性をテストします。検査中に PCB の信号転送に変動が見られる場合は、PCB に欠陥があることを意味します。何らかの理由で検査に合格しなかった場合、メーカーはすべてのプロセスを開始しなければなりません。

テストは、PCB が適切に機能するかどうかを判断するため、PCB アセンブリのプロセス全体において重要な役割を果たします。 

PCB 組み立てプロセス - 検査とテスト

PCB の検査が効果的であるだけでなく、ユーザーにとって安全であることが判明したという事実は否定できません。完全に検査された PCB は保護を強化し、稼働期間が長くなります。 

PCB プロバイダーは、PCB が適切な場所に配置されていることを確認するために、さまざまな検査方法を使用しています。したがって、小売業者の PCB ブランドにとって、PCB を完全に分析し、欠陥があるかどうかを確認することが重要です。 

X線装置でPCBを検査する技術者

この点に関する一般的な方法は、PCB の徹底した品質管理のための X 線検査と手動検査です。 1 つ留意してください。これらの方法は予算によって異なります。したがって、事前に予算を決定することが重要になります。 

  1. X 線検査は一般的であり、多くのプロバイダーも X 線検査を利用して、PCB の欠陥を詳細に分析します。 
  2. 手動検査は最も手頃な方法であり、高度な機器も必要ありません。 
  3. AOI は、PCB を正確にチェックして隠れた欠陥を特定し、最終的に長期使用に対する品質を向上させるもう 1 つのオプションです。 

結論

結局のところ、業務には産業グレードの PCB に依存する必要があります。欠陥のある PCB は危険であるだけでなく、長期依存に対する耐久性が低いことが判明しています。 

このため、当社の PCB を一度ご自身でご確認いただき、当社との提携が有益かどうかをご判断いただくようお勧めいたします。当社はお客様の投資が重要であることを認識しており、当社の PCB はお客様のニーズと要件に完全に準拠しています。 

によって書かれた記事 アリス・リー