Proces-montażu-płytki

Krok po kroku: proces montażu PCB

Zadowolony Montaż PCB to starannie skoordynowana operacja, która zamienia pustą płytę drukowaną — wyprodukowaną zgodnie z dokładnym projektem PCB — w gotowy, funkcjonalny produkt sprzętowy. Ten proces jest sercem produkcji elektronicznej, obejmując od przygotowawczych sprawdzeń plików projektowych po testy jakościowe ukończonej, zmontowanej płytki. Oto szczegółowe spojrzenie na każdy główny etap procesu Przepływu montażu PCB , łącząc zarówno Technologia montażu powierzchniowego (SMT) i Technologia montażu przelotowego (THT) elementów.

1. Projektowanie pod kątem montażu (DFA) i przegląd wstępny do produkcji

Zanim zostanie zamontowany lub zalutowany pojedynczy element, eksperci od montażu rozpoczynają od Kontroli DFA (projektowanie pod kątem montażu) . Ten przegląd jest kluczowy dla płynnego i bezbłędnego montażu płytek PCB:

• Integralność plików: Przegląd plików Gerber, plików ODB++ oraz danych centroid/pick-and-place.
• Weryfikacja listy materiałowej (BOM): Zapewnienie zgodności listy materiałowej (BOM) z footprintem i układem płytki PCB.
• Przegląd uwag do montażu: Sprawdzanie poprawności notatek dotyczących montażu PCBA; potwierdzanie wymagań klienta.
• Weryfikacja wymiarów footprintu: Zapewnienie odpowiedniego odstępu między elementami a otworami, dokładności wzoru ścieżek oraz właściwych rozmiarów padów dla komponentów SMT i THT.
• Zarządzanie termiczne i odstęp od krawędzi płytki: Sprawdzanie prawidłowego stosowania ulży termicznych na płaszczyznach miedzi oraz wystarczających stref bez elementów przy krawędzi płytki PCB — szczególnie ważne przy automatycznej obsłudze.
• Sprawdzenie zgodności: Potwierdzenie, że projekt spełnia normy IPC-A-600 i IPC-6012 dotyczące produkcji i inspekcji.

2. Proces montażu technologią SMT (Surface Mount Technology)

Montaż smt jest najszybszą i najbardziej zautomatyzowaną częścią montażu płytek PCB, umożliwiającą gęste upakowanie i ekonomiczną instalację urządzeń montowanych powierzchniowo (SMD).

A. Nadruk pasty lutowniczej i kontrola

Proces zaczyna się od precyzyjnego naniesienia pasta lutowa —mieszanki ultra drobnego proszku lutowniczego i topnika—na pola płytki PCB.

• Drukowanie przez szablon: Stale szablonowe ze stali nierdzewnej służą do nanoszenia pasty lutowniczej wyłącznie tam, gdzie odsłonięte są pola SMD.
• Kontrola pasty: Zautomatyzowane maszyny weryfikują idealną objętość i położenie pasty, co jest kluczowe dla uniknięcia niedostatecznych połączeń lub zwarcia.

B. Automatyczne umieszczanie komponentów metodą pick and place

Po naniesieniu pasty lutowniczej zaawansowane maszyny do pobierania i umieszczania dokładnie pozycjonują układy SMD, rezystory, kondensatory, układy scalone (w tym BGAs i QFNs) oraz inne elementy na płytce.

• Może umieszczać dziesiątki tysięcy komponentów na godzinę .
• Precyzyjne umieszczanie poprawia wydajność oraz integralność sygnału.
• Dane pochodzą z plików pick-and-place (pliki centroid) generowane podczas projektowania płytek PCB.

C. Lutowanie wtapiwe

Wypełniona płyta jest następnie przesyłana przez pieczarnia reflowowa :

• Wiele stref temperatury: Stopniowo ogrzewa płytkę, aby stopić cząstki lutu i utworzyć silne elektryczne i mechaniczne połączenia lutowane, chroniąc jednocześnie wrażliwe elementy.
• Atmosfera azotu: Zespoły o wysokiej niezawodności często wykorzystują szlachetny gaz azotu, aby uzyskać czystsze i trwalsze połączenia lutowane.
• Optymalizacja profilu: Kontrolowane profile temperatury zapobiegają zimnym złączom, zjawisku 'tombstoning' oraz wyginaniu płytek PCB spowodowanemu ciepłem.

D. Automatyczna kontrola optyczna (AOI)

Systemy AOI wykonuje wysokorozdzielcze zdjęcia płytki po lutowaniu, aby sprawdzić występowanie wad, takich jak:

• Mostki i przerwy w lutowiu
• Nieprawidłowe ustawienie komponentów
• Błędne lub brakujące elementy
• Problemy z ilością pasty lutowniczej

Automatyczna kontrola znacząco zwiększa wydajność, umożliwiając wczesne wykrywanie usterek i szybką ich korektę.

E. Inspekcja rentgenowska (dla drobnych skoków i BGA)

Badanie rentgenowskie jest krytyczna dla BGA (Ball Grid Array) , micro-BGA , i innych elementów, w których połączenia lutownicze są ukryte. Ten proces ujawnia:

• Zimne lub brakujące kulki lutownicze
• Pustki
• Zwarcia wewnętrzne
• Wady w wielowarstwowych zestawach

3. Proces montażu techniką przelotową (THT)

Chociaż SMT dominuje, wiele płytek zawiera elementy przelotowe do łączników, dużych kondensatorów lub elementów pod dużym obciążeniem mechanicznym.

A. Montaż

• Montaż ręczny: Dla małych partii lub komponentów specjalnych, wykwalifikowani operatorzy montują elementy ręcznie.
• Montaż automatyczny: Stosowany w przypadku masowej produkcji zestawów lutowanych falą.

B. Lutowanie

• Lutowanie falowe: Całą dolną stronę płytki THT przeprowadza się nad falą stopionego lutu, aby szybko utworzyć jednocześnie wszystkie połączenia.
• Lutowanie selektywne: W przypadku zestawów mieszanych (SMT+THT), robotyzowane dysze lutują selektywnie wyłącznie wymagane wyprowadzenia przelotowe.
• Lutowanie ręczne: Stosowane do przeróbki, delikatnych elementów lub prototypów o niskiej liczbie sztuk.

C. Czyszczenie

Po zakończeniu lutowania płytki są czyszczone w celu usunięcia osadów fluksu —chyba że przepływka bez konieczności czyszczenia zostanie to określone inaczej, w takim przypadku osady mogą zostać na płytce.

D. Lutowanie komponentów niemytych

W przypadku wrażliwych lub niemytych typów komponentów stosuje się specjalne techniki lutowania i fluksy, które nie wymagają dodatkowego czyszczenia.

4. Ostateczna kontrola i testowanie

• Inspekcja wizualna: Wykwalifikowani inspektorzy sprawdzają widoczne wady, złe złącza lutowane oraz uszkodzenia mechaniczne.
• AOI i prześwietlenie (powtarzane): Zapewnia spójność w całym cyklu produkcji.
• Testowanie lotniczymi sondami (FPT): Automatyzowane sondy testowe potwierdzają ciągłość i mierzą parametry elektryczne, takie jak rezystancja i pojemność, idealne dla prototypów i małych serii.
• Testowanie w obwodzie (ICT) i testowanie funkcjonalne: Dla partii i produkcji masowej testy funkcjonalne oraz ICT (gdy oprzyrządowanie testowe jest zaprogramowane do sondowania dedykowanych pól) weryfikują trasowanie sygnałów, wartości komponentów oraz wydajność gotowego produktu.

5. Powłoka konforemna i końcowe etapy

Płyty przeznaczone do eksploatacji w trudnych warunkach lub narażone na wilgoć często poddawane są przewlekanie konformacyjne :

• Bariera ochronna: Cienka warstwa polimeru (akrylowego, silikonowego, uretanowego) chroni zestaw przed wilgocią, mgłą solną, kurzem i korozyjnymi oparami.
• Selektywne lub pełne: Może być nanoszone na całą powierzchnię płyty lub tylko na wybrane obszary, w zależności od wymagań produktu.

6. Pakowanie, etykietowanie i wysyłka

Ostatecznie przetestowane i powleczone płyty są oznaczane, serializowane, kompletowane w zestawy i starannie pakowane zgodnie z typem i wymogami regulacyjnymi — gotowe do integracji, wdrożenia na dużą skalę lub bezpośredniej wysyłki do użytkowników końcowych.

Podsumowując: Nowoczesne Proces montażu płytek PCB to precyzyjny, wieloetapowy proces, rozpoczynający się od walidacji danych i sprawdzeń DFA/DFM, przez Montaż SMT i THT , inspekcje automatyczne i ręczne, aż po zaawansowane testy elektryczne, powlekanie i wysyłkę. Każdy etap jest projektowany tak, aby zmaksymalizować wydajność elektryczną, niezawodność i możliwość produkcji każdej płytki PCB — niezależnie od tego, czy tworzysz szybkie prototypy płytek, czy wdrażasz masową produkcję.

Proces montażu powierzchniowego

Montaż powierzchniowy (SMA) to podstawowy proces PCBA stosowany w medycynie, motoryzacji, automatyce przemysłowej i elektronice użytkowej. Wykorzystuje elementy SMD mocowane bezpośrednio do pól na powierzchni płytki PCB, co umożliwia miniaturyzację, wysoką gęstość montażu oraz seryjną produkcję zautomatyzowaną, zgodną ze standardami IPC-A-610 i IPC-J-STD-001.

Schemat procesu montażu płytek drukowanych:

Przygotowanie przedprodukcyjne i kondycjonowanie płytek PCB: Sprawdź projekt CAD pod kątem kompatybilności z SMD; prześwietl docierające płytki PCB (brak wygięć, czyste pola) oraz elementy SMD (autentyczność, brak uszkodzeń); wypiekaj płytki FR4 o wysokiej temperaturze szklenia (125°C, 4–8 godz.) i przechowuj wrażliwe na wilgoć elementy SMD w szafkach suchych, aby zapobiec wadom lutowania.
Drukowanie pasty lutowniczej: Użyj szablonu do naniesienia pasty lutowniczej na pola; kontroluj grubość szablonu (0,12–0,15 mm), ciśnienie rakla (15–25 N) i prędkość (20–50 mm/s); zastosuj 3D SPI dla komponentów o małych skokach wyprowadzeń w celu sprawdzenia objętości i kształtu pasty.
Montaż SMD: Wysokoprędkościowe maszyny pick-and-place z kamerami CCD umieszczają komponenty (dokładność ±0,03 mm). Wysokoprędkościowy montaż dla elementów biernych (do 100 000/godz.), precyzyjne umieszczanie dla układów scalonych/czujników; stosowanie ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) i kalibracji siły dla wrażliwych komponentów samochodowych/medycznych.
Lutowanie reflow: Bezołowiowy lut RoHS SAC305 przechodzi przez czterostopniowy profil pieca: podgrzewanie wstępne (150–180°C), wygrzewanie (180–200°C, 60–90 s), lutowanie (szczyt 245–260°C, 10–20 s), chłodzenie (2–4°C/s). Dostosowanie szybkości chłodzenia dla płytek PCB z laminatu FR4 o wysokiej temperaturze szklenia (high-Tg) w celu zmniejszenia naprężeń termicznych.
Inspekcja po lutowaniu (PRI): AOI wykrywa mostki, zimne złącza, efekt grobowca (tombstoning); badania rentgenowskie ukrytych złączy BGA/CSP pod kątem porowatości. 100% inspekcja dla płytek PCB medycznych/samochodowych, próbki dla urządzeń elektronicznych użytkowych.
Poprawki i dotyknięcia końcowe: Korygowanie wad za pomocą lutownic/stacji hot-air; wymiana uszkodzonych komponentów; czyszczenie pozostałości po flusie alkoholem izopropylowym; dokumentowanie poprawek dla wartościowych płytek PCB.
Powłoka konformalna (opcjonalna): Nanoszenie powłoki akrylowej/silikonowej/poliuretanowej metodą natryskową lub zanurzeniową w przypadku trudnych warunków eksploatacji (komory silnika pojazdów samochodowych, przemysłowe podłogi). Stosować powłoki biokompatybilne dla płytek PCB przeznaczonych do zastosowań medycznych.
Ostateczne testy funkcjonalne i kontrola jakości: Przeprowadzić testy działania (sygnał czujników, moduły komunikacyjne, integralność sygnału); wykonać pomiary wymiarów i ciągłości elektrycznej; zapakować dopuszczone płytki PCB w worki antystatyczne/z barierą przeciw wilgoci.