< img src="https://mc.yandex.ru/watch/96881261" style="position:absolute; left:-9999px;" альт="" />
Логотип globalwellpcba

Сборка печатной платы

Почти во всех отраслях промышленности используются печатные платы или печатные платы. Эти небольшие электронные устройства используют несколько компонентов и отвечают за различные приложения в этих секторах. Но для этого важно, чтобы все компоненты печатной платы были собраны и прикреплены к плате таким образом, чтобы они были полезными и функциональными.

Итак, какова процедура сборки печатной платы и как это сделать правильно? В этой статье мы подробно обсудим сборку печатной платы.

Что такое сборка печатной платы?

Печатная плата, краткая форма сборки печатной платы — это процесс, который включает в себя встраивание электронных компонентов на поверхность печатной платы. Это создает функциональную электронную схему или продукт.

Чтобы лучше понять, чем отличаются печатные платы и печатные платы, ознакомьтесь с нашим подробным сравнением печатных плат и печатных плат.

Типы сборки печатной платы

Технология сквозного монтажа

Все компоненты, такие как конденсаторы, катушки индуктивности, катушки и резисторы, были вставлены через отверстия. Это дало ей название — технология сквозных отверстий.

Технология работает для односторонней, двусторонней и многосторонней печати, но не соответствует новому веку электроники. Хотя SMT доминирует на рынке сборки печатных плат, некоторые приложения, такие как конденсаторы и мощные трансформаторы, требуют технологии сквозных отверстий.

Технология поверхностного монтажа

Проще говоря, технология поверхностного монтажа, или SMT, приваривает компоненты к печатным платам. Результаты намного лучше, чем у традиционных методов сборки, и, следовательно, сейчас они используются все чаще. Все телефоны, компьютеры, бытовая техника и т. д. созданы с использованием этой технологии.

Технология сборки смешанных печатных плат

Невозможно собрать разные компоненты, используя только технологии SMT и THT. Это связано с тем, что по мере развития технологий ожидается, что электронные устройства будут изящными и многофункциональными. Дуэт не может быть достигнут с использованием одной технологии.

Поэтому используется ряд различных методов сборки печатной платы, в которых паяльная паста не играет никакой роли. Хотя некоторые компоненты можно соединить с помощью SMT, многие другие — нет, поэтому используется комбинация методов.

Погрузитесь глубже в сборку технологии поверхностного монтажа (SMT) и ее преимущества в нашем специализированном руководстве.

Базовый дизайн печатной платы

Обычно печатная плата состоит из следующих слоев. Каждый слой имеет различную конструкцию и различную функцию внутри схемы.

однослойная печатная плата

Слой подложки: Для придания доске жесткости этот слой изготавливается с использованием стекловолокна. В большинстве плат используется этот материал, но в гибких печатных платах используется гибкий пластик, например каптон. Кроме того, в слоях подложки печатной платы используются такие материалы, как эпоксидные смолы, но они не так долговечны, как FR4.

Медный слой: На плату ламинируется тонкая медная фольга; это формирует следующий слой печатной платы. Он может иметь один или несколько слоев медной фольги, и их толщина зависит от того, какую мощность должна выдерживать печатная плата.

В односторонней печатной плате одна сторона печатной платы имеет слой медной фольги. Другая сторона предназначена для встраивания электрических компонентов. С другой стороны, двусторонняя печатная плата имеет проводящий медный слой с обеих сторон платы.

Слой паяльной маски: После ламинирования медью пришло время для следующего слоя — слоя паяльной маски. Этот слой обеспечивает изоляцию медных слоев и отделяет их от других компонентов во избежание короткого замыкания. Он также отвечает за придание печатной плате зеленого цвета.

Кроме того, следует отметить, что слой паяльной маски, безусловно, является наиболее важным слоем, особенно в производственном процессе. Таким образом, когда необходимо паять некоторые электрические компоненты, этот слой помогает правильно разместить компоненты.

Слой шелкографии: Слой шелкографии является последним и завершающим слоем. В основном пользователи помогают им различать множество контактов и узнавать о функциях каждого. На этом белом слое написаны символы, буквы или цифры.

Узнайте больше о решающей роли и тонкостях слоя паяльной маски в печатных платах в нашей специальной статье.

Компоненты сборки печатной платы

По сути, существует два типа компонентов: пассивные компоненты и активные компоненты. Дуэт различается в зависимости от их цели.

Пассивные компоненты

Это электронные компоненты, которые не оказывают никакого влияния на сигнал и позволяют ему течь, не изменяя его. Более того, для их работы не требуется никакого электронного питания.

Конденсаторы: Диэлектрический слой разделяет два проводящих слоя и создает конденсатор. Как мы знаем, эти электронные устройства сохраняют электрический заряд в течение короткого периода времени, прежде чем поступить в другое место цепи.

Вы можете измерить их емкость, определив их емкость. Конденсаторы существуют разных типов в зависимости от их диэлектрической способности. Плотность диэлектрического материала определяет интенсивность электрического заряда.

Резисторы: Наиболее широко используемые компоненты печатных плат. Они доступны в различных формах и размерах. Основная их функция в цепи — препятствовать протеканию тока.

Среди различных типов резисторов наиболее распространенным является осевой тип резисторов с выводами на обоих концах и цветными полосами на корпусе. Они означают значение сопротивления, допуск и, иногда, температурный коэффициент.

Индукторы: В печатной плате катушки индуктивности являются одним из трех пассивных линейных компонентов схемы, наряду с конденсаторами и резисторами. Индуктор представляет собой изолированный провод, намотанный в виде катушки.

Когда электричество проходит через катушку, оно создает электромагнитное поле. Но если электрический ток изменится, катушка сопротивляется этому изменению. Поэтому катушки индуктивности стараются поддерживать постоянный ток в цепи.

Диоды: Эти электронные устройства позволяют пропускать ток только в одном направлении. Это позволяет ему перемещаться от анода к катоду и наоборот. Этого можно достичь, поддерживая нулевое сопротивление на одном конце и бесконечное сопротивление на другом. Примером этого является светодиод.

Трансформаторы: Поскольку напряжение колеблется, эти устройства передают мощность между цепями. Они состоят из магнитного сердечника с намотанными на него двумя или более двумя катушками. Первичная катушка, подключенная к источнику питания, сопровождается вторичными катушками.

Активные компоненты

Транзисторы: это основные строительные блоки электронной схемы. Как полупроводники они используются в качестве усилителей и электрических переключателей.

Хотя они могут функционировать независимо, их часто можно встретить в больших количествах, иногда в миллиардах, объединенных в единую схему.

ИС (интегральные схемы): другие названия — микрочип или чип. Это электронные устройства, которые соединяют провода и другие компоненты в цепи. Они построены как единое целое на множестве крошечных диэлектрических подложек или полупроводниковых пластин и позволяют создавать самые совершенные интеллектуальные устройства.

Чтобы узнать больше об электронных компонентах, участвующих в сборке печатной платы, ознакомьтесь с нашим подробным руководством по электронным компонентам.

Типы микросхем

BGA (матрица шариковых сеток): Он специально разработан для интегральных схем, что делает их пригодными для установки микропроцессоров. В упаковке больше штифтов, чем в любой другой упаковке, а ее уникальная особенность позволяет использовать всю нижнюю поверхность. Такая конструкция, наряду со средней длиной трассы, обеспечивает высокую скорость и производительность.

Пакеты SMD (устройство для поверхностного монтажа): Развитие технологий открыло путь для новых корпусов микросхем. Одной из таких разработок является технология поверхностного монтажа (SMT), состоящая из нескольких небольших компонентов. Эти корпуса имеют миниатюрные контакты, которые можно припаять к печатным платам. Несколько примеров того же: Quad Flat Packages (QFP), Small Outline (SOP) и т. д.

Узнайте о сложностях и особенностях проектирования высокоскоростных печатных плат в нашем подробном руководстве.

Как выбрать компоненты для сборки печатной платы

Функциональность: Определите, соответствует ли выбранный компонент всем требованиям применения. Это обеспечит правильную работу печатной платы.

Потребляемая мощность: Дизайнеры рассматривают библиотеки САПР, чтобы узнать, какую мощность может выдержать компьютер. Иногда эти библиотеки не предоставляют правильную информацию. Это серьезная проблема, которая может привести к тому, что компонент не запустится или вообще не заработает.

Номинальный ток и напряжение: Зачастую минимальные и максимальные значения тока и напряжения печатной платы игнорируются. Обратите внимание: если вы купите компонент с более высоким напряжением, чем необходимо, это утяжелит схему. В то же время, если компоненты имеют более низкие номиналы, они могут расплавиться, что приведет к выходу компонента из строя. Купите один с оптимальным диапазоном.

Нормативно-правовые акты: Соблюдайте правила. Невыполнение этого требования не означает, что ваш компонент немедленно выйдет из строя. Однако всегда есть вероятность, что его отзовут.

Операционная среда: Как вы планируете эксплуатировать печатную плату? Просто помните, что некоторые детали должны работать при определенных температурах и уровнях влажности. Так что, предназначено ли оно для промышленности, бизнеса или армии, его использование зависит от окружающей среды.

Приобретение компонентов
Нехватка компонентов является одной из ключевых проблем, с которыми сталкиваются при сборке печатных плат. Хотя альтернативы существуют, они могут быть недоступны. Это побуждает производителей покупать низкокачественные комплектующие или прибегать к ложным маркетинговым уловкам. Поэтому найдите надежную службу сборки печатных плат, которая предоставляет услуги «под ключ».

Размещение компонентов
Помимо покупки, еще одной проблемой является размещение. Чтобы решить эту проблему, машины должны быть снабжены данными Gerber. Им также следует сосредоточиться на таких функциях, как планки для перемещения панелей, размеры панелей, контрольные метки и т. д. Это некоторые характеристики, которые уменьшают количество ошибок при размещении, а также помогают в создании качественного продукта.

Будьте готовы к изменениям
Ни один первый проект не является окончательным. Вы должны быть готовы рассмотреть новые и различные компоненты, поскольку в конструкцию вносятся некоторые изменения. Кроме того, прежде чем выбрать компонент, учтите такие факторы, как плотность площади силового компонента, рассеивание, стоимость компонентов и их доступность.

Применяйте методы разумного заземления
Какую бы конструкцию вы ни выбрали, она должна включать достаточное количество заземляющих пластин и развязывающих конденсаторов. Эта практика важна, поскольку она позволяет вашей печатной плате достичь оптимальных характеристик чувствительности и электромагнитной совместимости. Вот предложение: в случае микросхем используйте развязывающие конденсаторы.

Проверьте запасные ворота
Подключите входы любых запасных вентилей к сигналу. Если они остались, соедините их также. Хотя это не очень распространено, вам следует убедиться, что все ворота подключены, чтобы избежать таких проблем, как нарушение работы систем.

Предварительные условия для процесса сборки печатной платы

Прежде чем начать процесс изготовления печатной платы, крайне важно оценить печатную плату на предмет всех нарушений, которые могут привести к неисправности или отказу. Он известен под названием «Проектирование для производства» (DFM).

Вот несколько основных шагов для выполнения этого процесса:

Рассмотрение компоновки компонентов: Проверьте компоненты с соблюдением полярности. Убедитесь, что электролитические конденсаторы, диоды и танталовые конденсаторы SMT установлены правильно. Кроме того, дважды проверьте выемку или направление головки микросхем.

Кроме того, если для компонента требуется радиатор, убедитесь, что вокруг него достаточно места, чтобы он не касался других компонентов.

Расстояние между отверстиями и переходами: Посмотрите на пространство между отверстиями. Проведите аналогичную проверку расстояния между следом и отверстием. Вы должны убедиться, что переходные отверстия и площадки для пайки не перекрываются.

Учитывайте толщину, медные площадки и ширину трассы: После завершения проверки DFM вы сможете минимизировать общие производственные затраты. Благодаря такому подходу вы можете предотвратить проблемы с DFM.

Сборка печатной платы

Трафарет для паяльной пасты

Нанесите паяльную пасту на ту часть платы, где вы будете размещать электронные компоненты. Для этого используйте трафарет из нержавеющей стали. Удерживая плату и трафарет с помощью инструмента, затем нанесите паяльную пасту на плату. Равномерно распределите его, добавив немного припоя.

Когда вы уберете инструмент, паста останется на доске. Паяльная паста серого цвета представляет собой олово 96,51ТП3Т, медь 0,51ТП3Т и серебро 31ТП3Т. Кроме того, он не содержит свинца.

Чтобы получить более подробную информацию о том, что такое паяльная паста и как она применяется при сборке печатных плат, прочитайте нашу подробную статью о паяльной пасте.

Выбор и размещение

Хотя предыдущий этап выполняется вручную с помощью пинцета, на этом этапе используется расширенная автоматизация. На этом этапе компоненты SMT выбираются и размещаются на печатной плате.

Перед размещением эксперт создает проект, который затем вводится в робота в виде файла САПР. Этот файл показывает, где каждая деталь размещается на плате, указывая их заранее установленные координаты X и Y.

С помощью предоставленной информации робот размещает SMD-устройства на плате. Специализированные роботы для захвата и размещения предназначены для захвата деталей с помощью вакуумных деталей и нанесения их на паяльную пасту.

До появления роботизированных машин для захвата и размещения технические специалисты использовали пинцеты для ручного захвата компонентов. Это было не только утомительно, но и вызывало проблемы со здоровьем, такие как слабое зрение у технических специалистов. Также было много случаев человеческих ошибок.

Иногда это также приводило к снижению скорости сборки печатной платы. Но не более с роботами. Они могут работать безостановочно и гарантировать отсутствие каких-либо ошибок.

Пайка оплавлением

После того, как вы закончите наносить паяльную пасту и установите компоненты, вы также должны убедиться, что они остаются на своих местах. Другими словами, паяльная паста должна закрепить детали крепления на заранее определенное место. Этот процесс, пайка оплавлением, является шагом в этом направлении.

В этом процессе компоненты помещаются на конвейерную ленту. Затем лента перемещает компоненты в большую печь, состоящую из множества нагревателей. Эти нагревательные приборы нагревают плату до температуры 250 градусов Цельсия. Это расплавит припой.

Расплавленный припой прикрепляет компоненты к плате, создавая таким образом соединения. Теперь печатная плата остыла. В этой же печи строящийся контур движется через ряд охладителей. Это затвердевает припой в контролируемой среде.

Компоненты создают постоянное соединение на плате. Однако с некоторыми досками нужно обращаться немного по-другому. Например, двусторонние печатные платы требуют нанесения трафарета и оплавления с обеих сторон.

Более подробно: в двусторонних печатных платах сначала создается сторона с меньшими компонентами. Он нанесен по трафарету, помещен и перекомпонован. После установки другая сторона подвергается той же обработке.

Контроль качества и инспекция

После того, как вы выполните три вышеуказанных шага, важно убедиться, что схема готова к точной работе. Почему вы должны это сделать, потому что может возникнуть несоосность, которая в дальнейшем может привести к короткому замыканию. Кроме того, движение в процессе оплавления может привести к плохим соединениям или их отсутствию вообще.

Поэтому рекомендуется проверять качество печатной платы с помощью метода проверки. Проверка печатных плат — один из многих методов проверки качества, который может быть ручным или автоматическим.

Ручная проверка: Хотя доступны автоматические методы, все же предпочтение отдается ручной проверке. Подходит для небольших партий печатных плат. Визуального осмотра платы достаточно, чтобы выявить недостатки, если таковые имеются.

Но просмотр таких плат в течение часа и более вызывает оптическое утомление и, следовательно, ошибки. Поэтому рекомендуется только для компонентов THT и компонентов с меньшей плотностью компонентов.

Оптический осмотр: Этот метод подходит для больших партий печатных плат. Для проверки узлов используется специализированная машина. Он называется машиной AOI и оснащен рядом камер для проверки на наличие дефектов или ошибок.

Эти камеры обладают высокой мощностью и высоким разрешением и стратегически расположены под разными углами. Эти углы гарантируют, что ни одно соединение не будет пропущено.

Когда свет падает на суставы, он отражается в разных направлениях. Это помогает AOI обнаружить сустав более низкого качества. Самое приятное то, что машина работает на высокой скорости, что позволяет быстро проверить большую партию.

Рентгенологическое исследование: Еще один метод обследования – рентген. Этот метод не применяется в обычных обстоятельствах. Это для сложных и продвинутых печатных плат. Это помогает присмотреться к нижним слоям и узнать, есть ли там какие-то изъяны.

Но использовать их следует осторожно, так как в случае неправильного применения вам, возможно, придется переделывать или спрятать печатную плату в мусор. Такую оценку следует проводить часто, чтобы предотвратить задержки или материальные затраты.

После завершения проверки переходите к следующему шагу. Независимо от того, обнаружили вы какую-либо ошибку или нет, важно проверить, функционирует ли компонент печатной платы для того, для чего он создан, или нет.

Итак, проверьте соединения на их качество. Если платы требуют дополнительного программирования или калибровки, то этот процесс займет немного больше времени, чем предполагалось. Это связано с тем, что для подтверждения функциональности требуется больше шагов.

Примечание: Этапы проверки следует выполнять чаще, чтобы диагностировать и устранять проблемы по мере их возникновения. Это не только сэкономит время, но и поможет предотвратить возникновение серьезных проблем и попадание многих печатных плат в отходы.

Узнайте о важности и методологии автоматизированного оптического контроля (AOI) в нашем углубленном исследовании.

Вставка компонентов через отверстие

Следует отметить, что каждая сборка печатной платы (PCBA) будет иметь разный набор компонентов, если плата отличается. Сюда может входить ряд компонентов, выходящих за рамки типичных устройств поверхностного монтажа (SMD). Например, сквозные компоненты или компоненты PTH.

Эти сквозные отверстия или компоненты находятся на печатной плате. У них есть провода, которые проходят через отверстия в печатной плате и затем соединяются с другими отверстиями, сделанными из меди.

Когда производитель закрепляет эти детали проводами в отверстиях и припаивает их, они подключаются к другим отверстиям на той же плате. Делать это следует именно так, как изображено на проекте. Паяльная паста не играет никакой роли в этой плате, поскольку она не прилипнет к отверстию.

Поэтому для компонентов со сквозными отверстиями необходим специальный метод, например метод пайки.

Ручная пайка. Использование метода ручной пайки является наиболее распространенным методом. Однако этот процесс занимает немного больше времени, чем автоматизированная процедура. Тем не менее, вот как это осуществляется.

Один техник может установить один компонент. Затем плата переходит к следующему технику и так далее по сборочной линии. Время, необходимое для создания одной платы с THT, зависит от количества компонентов, которые необходимо вставить за один цикл.

Хотя это делает процедуру долгой и утомительной, дизайнеры предпочитают ее и используют как обычную практику. Однако многие компании избегают этого в своих проектах, поскольку это отнимает много времени.

Волновая пайка: это автоматический процесс, при котором компоненты размещаются на печатной плате, а затем на конвейерной пластине.

Конвейерная пластина подает компоненты в печь, где они покрываются припоем. Это происходит на нижнем слое, где присутствуют провода. Расплавленный припой соединит контакты с платой.

Недостатком этого метода является то, что он подходит только для односторонних печатных плат и не работает с двусторонними печатными платами. Почему так? Потому что волновая пайка с другой стороны может восстановить работоспособность хрупких компонентов.

После завершения процесса пайки можно переходить к последнему и заключительному этапу. Но если печатная плата требует добавления дополнительных деталей или сборки другой детали, вернитесь к первому шагу.

Проверка и тестирование

После выполнения всех шагов печатная плата готова к проверке на эффективность и функциональность. Следовательно, он также известен как тест функциональности. Подайте электроэнергию на монтажную плату в определенных точках, чтобы проверить, правильно ли работают определенные точки или разъемы.

Для проведения теста использовались лабораторные инструменты, такие как осциллограф, функциональный генератор и цифровой мультиметр. Помимо проверки функциональности и электрических характеристик, этот тест также помогает определить ток, аналоговые и цифровые сигналы и напряжение, как это требуется при проектировании печатной платы.

Если в ходе проверки печатная плата не соответствует установленным стандартам, ее утилизируют или, если это возможно, перерабатывают. Однако последнее зависит от стандартов компании. Этот шаг чрезвычайно важен, поскольку он помогает установить уровень успеха PCBA.

Заключительная уборка и отделка

Сборка печатной платы — трудоемкая процедура. Помимо масел и грязи, которые могли попасть от рук человека, после паяльной пасты остается флюс. Хотя тестирование является важной процедурой, его последствия могут выглядеть не такими приятными для глаз.

Флюс имеет тенденцию оставаться на печатной плате в течение длительного времени, пока его не удалят, и может начать плохо пахнуть. Вы никогда не узнаете, так как он может стать кислым и, следовательно, вредным для суставов. Не только это, но и посылка может быть возвращена, если новые части печатных плат выглядят использованными и грязными, с вонючими остатками и отпечатками пальцев.

Поэтому важно мыть эти печатные платы перед выпуском их на рынок. Чтобы избавиться от остатков, можно использовать деионизированную воду в аппарате для промывки под высоким давлением из нержавеющей стали. Этот процесс безопасен и не причинит вреда плате. Причина в том, что деионизированная вода не содержит ионов, которые могут причинить вред, а в этой воде их нет. Так что беспокоиться не о чем.

После промывки печатной платы высушите ее сжатым воздухом. Это подготавливает плату к отправке.

Лучшие практики для успешной сборки печатной платы

Чтобы улучшить результаты сборки печатной платы, вот несколько советов:

Размер компонента: Всегда выбирайте правильный размер компонентов для проектирования печатной платы. Если вы выберете меньший размер, могут возникнуть проблемы при сборке, что сделает процедуру более длительной. 

Поэтому рекомендуется использовать компоненты большего размера. Даже если вам предстоит разбирать или паять, снимать большие детали гораздо проще и быстрее, чем мелкие. 

Площадь компонента: Прежде чем приступить к сборке, подумайте, как каждый компонент будет размещаться на печатной плате. Когда у вас есть чертеж в уме и на бумаге (прочитайте техническое описание), спроектируйте каждый компонент, как показано на листе. 

Помните, что если посадочное место не воспроизведено правильно, могут возникнуть некоторые проблемы, такие как неравномерный нагрев, приводящий к слипанию одной стороны печатной платы вместо двух. Пассивные электронные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы, также могут быть затронуты. 

Пространство между компонентами: Когда вы не оставляете никакого зазора между компоненты, вы навлекаете неприятности. Обратите внимание, что это может привести к неудаче. Когда вы размещаете два компонента ближе друг к другу, это может создать множество проблем, которые могут даже побудить вас перепроектировать или переделать схему. 

Поэтому при использовании метода автоматизированной сборки убедитесь, что компоненты расположены правильно. Держите их на расстоянии от края, механической части и других компонентов. 

Есть еще одна проблема с пространством. Недостаточное пространство между компонентами или неправильное вращение компонентов также могут привести к проблемам в процессе пайки волновой пайкой. Итак, расположите компоненты точно.   

Обновленная спецификация: Всегда обновляйте спецификацию материалов (BOM). Если в нем есть ошибка, производители обязаны ее выявить и исправить, прежде чем приступить к сборке печатной платы. Чтобы упростить работу, обновляйте спецификацию каждый раз, когда вы изменяете дизайн.

Использование фидуциалов: Они являются индикаторами для машин с печатными платами и имеют круглую форму. Они помогают автоматизированному оборудованию определить, как расположена плата и как будут размещены компоненты. 

Они бывают двух типов: глобальные фидуциалы и локальные фидуциалы. 

  • Глобальные реперные метки расположены на краю печатных плат. Поскольку машины для захвата и размещения предназначены для определения ориентации, правильное размещение им очень поможет.
  • Местные метки размещаются вблизи углов квадратных компонентов SMD. Такое размещение значительно облегчает машинам поиск компонента. В свою очередь, это помогает уменьшить ошибки позиционирования при сборке печатной платы.

Заключение

Существует несколько способов выполнения сборки печатной платы. Выберите тот, который соответствует вашим компонентам и требованиям. Это позволит убедиться в том, что произведенный таким образом продукт соответствует установленным стандартам и работает так, как задумано. 

Так что, если интересно, обращайтесь надежный производитель печатных плат, особенно тот, кто имеет опыт и знания в сфере услуг по сборке печатных плат как в больших, так и в малых объемах.

Нужна печатная плата/PCBA/OEM? Получите бесплатное предложение прямо сейчас!

ru_RURussian