Im heutigen Zeitalter der Elektronik ist fast alles von ihr abhängig. Jedes elektronische Gerät besitzt eine Leiterplatte (Printed Circuit Board , PCBA). Dieser Artikel beschreibt den PCBA-Bestückungsprozess.
In jedem elektronischen Gerät befindet sich eine grüne Fläche mit vielen kleinen Bauteilen. Diese grüne Platte wird als Leiterplatte (PCB) bezeichnet. Lesen Sie weiter, um den Leiterplattenbestückungsprozess im Detail kennenzulernen.
Grundlagen des PCB-Designs
Beim PCB-Design ist die Grundeinheit die aus mehreren Lagen bestehende Basis. Diese Schichten spielen eine Rolle für die Gesamtfunktion der Leiterplatte. Wir werden diese Ebenen jedoch weiter besprechen.
Das Substrat ist die starre Hauptplatine, auf der die verschiedenen Leiterplattenkomponenten angeordnet sind. Diese Schicht besteht aus FR-4-Material und verleiht der Leiterplatte ihre Gesamtstabilität.
- Kupferfolie: Es ist die zweite Schicht, die als Kupferfolie die Ober- und Unterseite der Leiterplatte bedeckt.
- Lötmaske: Die dritte Schicht oben und unten auf der Leiterplatte sorgt für einen nicht leitenden Bereich und hilft, Kupferleiterbahnen zu trennen, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
- Siebdruck: Normalerweise sehen wir auf der Leiterplatte weiße Beschriftungen wie C1, R1 oder Firmenlogo. Diese weiße Beschriftung erfolgt im Siebdruckverfahren.
Dies sind also die Schichten, die in der Leiterplatte enthalten sind. Nun besprechen wir die drei Haupttypen von Leiterplatten.
- Eine starre Leiterplatte ist eine Basis, die den größten Teil abdeckt Prozess der Leiterplattenbestückung (PCBA). Allerdings besteht es aus wenigen Materialien. Dazu gehören FR-4, Glasfaser, Phenolharze oder Epoxidharze.
- Flexible Leiterplatte: Diese bestehen aus Kapton-ähnlichem Material. Es verträgt auch hohe Temperaturen mit einer Dicke von etwa 0.005 Zoll.
- Metallkernplatine: Dies sind Alternativen zu starren Leiterplatten. Es besteht aus einem Metallkern wie Aluminium. Es ist jedoch sehr effektiv bei der Wärmeverteilung.
Vor dem Montageprozess
Vor Beginn der Leiterplattenbestückung (PCBA) sind einige Maßnahmen erforderlich. Diese ersten Schritte unterstützen den Leiterplattenhersteller bei der Überprüfung der Gesamtfunktionalität. Verschiedene Leiterplattenbestückungsunternehmen benötigen eine Designdatei mit zusätzlichen Anforderungen. So kann der Hersteller die Datei prüfen und etwaige Probleme beheben, die die Funktion der Leiterplattenkomponenten beeinträchtigen könnten.
Somit handelt es sich um den Schritt für die DFM-Prüfung der Leiterplatte. Der Hersteller überprüft im Rahmen der DFM-Prüfung das Gesamtdesign auf fehlende Merkmale oder Fehler. Diese Fehler können die Funktionen der Leiterplatte je nach Problem mehr oder weniger beeinträchtigen.
Darüber hinaus beginnt die Leiterplattenbestückung erst nach einer gründlichen Überprüfung auf diese Probleme oder Fehler. Der eigentliche Prozess startet, sobald der Hersteller jedes Problem behoben hat, wie Sie unten sehen können.
PCBA-Prozessschritte
Vor der Bestückung wird die Leiterplatte als Prototypen-Leiterplatte bezeichnet. Der Bestückungsprozess von Leiterplatten (PCBA) umfasst das Aufbringen der Lötpaste auf die Prototypen-Leiterplatte sowie das Aufbringen weiterer Bauteile wie Widerstände und Kondensatoren.
Schritt 1: Schablonieren der Lötpaste
Im ersten Schritt wird das Lot auf alle Stellen aufgetragen, an denen Sie die Bauteile auf der Leiterplatte platzieren möchten. Die Lotpaste wird auf eine Edelstahlschablone aufgetragen. Anschließend setzte ein mechanischer Fixierer die Schablone und die Leiterplatte zusammen. Diese Arbeit wird mit Hilfe eines Applikators erledigt.
Nun trägt der Applikator die Lotpaste gleichmäßig auf die Leiterplatte auf, sodass alle Zielbereiche mit der Paste gefüllt sind. Allerdings besteht die Lotpaste aus 96.5 % Zinn, 3 % Silber und 0.5 % Kupfer. Darüber hinaus ist das Blei darin nicht enthalten.
Schritt 2: Pick-and-Place
Nach dem Aufbringen der Lötstellen werden die Bauteile mithilfe einer Bestückungsmaschine auf die Leiterplatte platziert. Dazu lädt der Leiterplattenhersteller die Designdatei in das Gerät. Die Maschine scannt die Datei, nimmt die Bauteile auf und platziert sie an der exakten Position.
Wenn diese Maschinen nicht eingeführt werden, wird dies von erfahrenen Technikern sehr sorgfältig durchgeführt. Infolgedessen hatte der Techniker neben dem verlangsamten Prozess auch Sehprobleme und ein hohes Maß an Ermüdung.
Dadurch wurde der Prozess fehleranfälliger. Mit dem Aufkommen dieser Maschinen ist die Leiterplattenbestückung nun jedoch präzise und komfortabel. Darüber hinaus können diese Maschinen rund um die Uhr arbeiten.
Schritt 3: Reflow-Löten
Nachdem die Bauteile und die Lotpaste auf der Leiterplatte platziert wurden, erfolgt im nächsten Schritt das Reflow-Löten. Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem die Leiterplatten und Komponenten auf das Förderband gelegt werden, das sie in den Ofen transportiert und eine Temperatur von 250 °C erzeugt.
Somit reicht diese Temperatur aus, um die Lotpaste zu schmelzen. Dieses Schmelzen hilft der Leiterplatte, alle Komponenten anzupassen und Verbindungen herzustellen. Danach ging es zu den Kühlern, wo diese Gelenke kontrolliert gekühlt wurden.
Somit entstehen durch diese Kühlung dauerhafte Verbindungen zwischen den Bauteilen und der Leiterplatte. Wenn die Leiterplatte jedoch zweiseitig ist, wird die andere Seite nach diesem Vorgang ähnlich behandelt. Aber zuerst wird die Seite behandelt, die weniger Komponenten hat.
Schritt 4: Inspektion und Qualitätskontrolle
Nach dem Reflow-Lötprozess ist eine Qualitätskontrolle erforderlich. Durch die Bewegungen der Bauteile auf der Leiterplatte können Fehler entstehen, die bei der Überprüfung aussortiert werden müssen. Ein Leiterplattenhersteller kann in dieser Phase drei Arten von Kontrollen durchführen.
- Manuelle Inspektion: Aufgrund der Kleinteile ist eine manuelle Prüfung nicht möglich. Für die Techniker wird es schwierig sein, mit einem solchen Ausstattungsniveau zu arbeiten. Dies gilt jedoch, wenn die Platine über THT-Funktionen verfügt.
- Optische Inspektion: Diese Methode ist für große Mengen an Leiterplatten geeignet. In einer Maschine sind verschiedene hochwertige Kameras installiert, die die Gelenke aus jeder Richtung betrachten. Aufgrund der präzisen und schnellen Arbeit wird diese Inspektion jedoch nur kurze Zeit in Anspruch nehmen.
- Röntgeninspektion: Diese Inspektion wird durchgeführt, um die Mängel der inneren Schicht festzustellen. Die Techniker mussten analysieren, ob in der inneren Schicht ein Fehler oder ein Problem vorlag. Wenn das Scannen nicht korrekt durchgeführt wird, kann es zu fehlerhaften Leiterplatten kommen.
Schritt 5: Einsetzen der Durchgangslochkomponente
Im fünften Schritt der Leiterplattenbestückung erfolgt die Bestückung mit Durchsteckbauteilen. Diese Bauteile werden auch als durchkontaktierte Bauteile bezeichnet. Sie werden durch die Löcher in der Leiterplatte geführt. Jedes Loch ist über die Leiterbahnen mit den anderen Löchern verbunden.
Wenn diese Komponenten in die Löcher eingesetzt werden, entsteht ein elektrisches Netzwerk aus den Löchern und den Komponenten.
Schritt 6: Endkontrolle und Funktionstest
Nachdem alle oben genannten Schritte durchgeführt wurden, erfolgt abschließend die Überprüfung des Funktionstests. Der verfügbare Test liefert die elektrischen Signale zur Überprüfung des Ausgangs und spezifischer Anschlüsse.
Hierzu sind einige Laborinstrumente wie ein DMM-Funktionsgenerator oder ein Oszilloskop erforderlich. Dieser Test ist wichtig, um zu überprüfen, ob noch Fehler, Probleme oder Fehler vorliegen.
Montageprozess mit Thru-Hole-Technologie (THT).
Die Komponenten mit Anschlüssen, die aus den kleinen Löchern der Leiterplatte herauskommen und in diese eingeführt werden, werden als „Thru-Hole Technology Assembly Process“ bezeichnet. Um dies zu erreichen, ist die Zusammenarbeit bei manuellen und automatischen Verfahren erforderlich.
- Platzierung der Komponenten: Dieser Schritt erfordert eine manuelle Bearbeitung durch Ingenieure. Die Ingenieure platzieren die Komponenten schnell an den Zielorten gemäß der Konstruktionsdatei. Um jedoch genaue Ergebnisse zu erhalten, sollte diese Platzierung gemäß den Vorschriften dieses Prozesses erfolgen.
- Inspektion und Korrektur: Nach der Platzierung aller Bauteile wird die Platine in einen passenden Transportrahmen gelegt, um die Genauigkeit der Bauteilplatzierung zu überprüfen. Somit wird es einfach sein, die Probleme zu beheben.
- Wellenlöten: Am Ende werden diese Bauteile mit Hilfe von Wellen verlötet. Das Board bewegt sich langsam von den Wellen mit hohen Temperaturen von etwa 500 °F weg. Danach werden alle Teile fest mit der Platine verbunden.
SMT-Montageprozess (Surface Mount Technology).
Im Surface Mount Technology-Montageprozess laufen alle Schritte im Vergleich zum vorherigen Prozess automatisch ab.
- Lotpastendruck: Die Bauteile werden mit Hilfe des Lotpastendrucks auf der Platine montiert. Für die genaue Platzierung der Lotpaste wird eine Schablone verwendet. Allerdings werden die Qualitätsprodukte mit Hilfe eines Lotpastenprüfers geprüft.
- Montagekomponenten: Nach dem Drucken der Lotpaste wird diese zum Bestückungsautomaten geschickt, wo die Komponenten montiert werden.
- Reflow-Löten: Nach der Montage der Komponenten wird die Platine durch einen Ofen mit einer Temperatur von etwa 500 °F geführt. Dadurch werden die Teile fest mit der Platine verbunden.
Fazit
Nach Abschluss der Leiterplattenbestückung (PCBA) werden alle Produkte an die jeweiligen Bestimmungsorte geliefert. Während des gesamten Prozesses arbeiten alle Mitarbeiter sorgfältig und prüfen jeden Arbeitsschritt genau, um Fehler zu vermeiden. Die präzise Arbeit gewährleistet, dass die Produkte die Kundenerwartungen erfüllen.