Хотя сложный дизайн имеет важное значение, эффективные и надежные процессы сборки не менее важны для оптимальной производительности печатных плат. В этой статье рассматривается каждый этап сборки печатных плат, от оптимизации дизайна до выполнения производства, чтобы помочь инженерам создавать превосходные электронные продукты.

Обзор процесса сборки печатных плат

Сборка печатных плат включает в себя точное размещение электронных компонентов на печатных платах в несколько этапов: анализ осуществимости проекта (DFA), технология поверхностного монтажа (SMT), установка компонентов со сквозными отверстиями, тестирование и окончательный контроль. Эффективный процесс сборки требует четкой документации, включая точную спецификацию материалов (BOM) и подробные инструкции по сборке с критическими обозначениями, такими как позиционные обозначения, ориентация компонентов и специальные индикаторы для очищаемых и неочищаемых компонентов.

1. Анализ осуществимости проекта (DFA): Основа проверки данных

DFA служит критическим первым шагом в сборке печатных плат, где инженеры тщательно проверяют данные Gerber/ODB++ и файлы BOM для проверки осуществимости производства. Основная цель - предотвратить потенциальные ошибки сборки и снизить общие затраты путем подтверждения:

• Точность и полнота BOM
• Точность размеров посадочных мест компонентов
• Адекватное расстояние между компонентами для предотвращения помех
• Соответствие спецификациям файлов сверления
• Эффективность решений для управления тепловым режимом
• Соблюдение требований к зазору по краю платы

Только после проверки этих параметров процесс может перейти к сборке SMT.

2. Сборка SMT: Точность посредством автоматизации

Технология поверхностного монтажа использует автоматизированное оборудование для точного размещения и пайки компонентов SMD на печатных платах. Перед сборкой необходимо идентифицировать неочищаемые компоненты, поскольку они требуют специальной обработки после очистки платы. Процесс SMT состоит из нескольких ключевых этапов:

a. Нанесение и контроль паяльной пасты

Паяльная паста — смесь металлических порошков (олово, серебро, медь) и флюса — точно наносится на контактные площадки печатной платы с использованием трафаретов. После нанесения оборудование для контроля паяльной пасты (SPI) оценивает качество нанесения:

• 2D SPI измеряет толщину и ширину пасты
• 3D SPI оценивает длину, ширину, объем и обнаруживает дефекты, такие как отсутствие пасты или мостики

b. Размещение компонентов

Автоматы установки компонентов точно позиционируют компоненты (BGA, микросхемы, резисторы, конденсаторы) со скоростью до 15 000 размещений в час, что позволяет быстро создавать прототипы.

c. Пайка оплавлением

Этот критический этап расплавляет паяльную пасту с помощью точно контролируемых температурных профилей:

• Припой на основе свинца: диапазон 180-220°C
• Бессвинцовый припой: диапазон 210-250°C

d. Автоматический оптический контроль (AOI)

Системы AOI обнаруживают дефекты сборки, включая отсутствие компонентов, проблемы с пайкой, несовмещение, неправильную ориентацию и недостаточное/избыточное количество припоя.

e. Рентгеновский контроль

Этот неразрушающий метод испытаний исследует внутренние паяные соединения в многослойных и сложных печатных платах, что особенно ценно для компонентов с мелким шагом.

f. Тестирование летающим пробником

Это гибкое решение для тестирования выявляет короткие замыкания, обрывы и проверяет значения компонентов (сопротивление, емкость, индуктивность), идеально подходит для мелкосерийного производства и частых изменений конструкции.

3. Сборка со сквозными отверстиями: традиционная надежность

• Волновая пайка: Процесс для больших объемов, при котором платы проходят над волнами расплавленного припоя
• Селективная пайка: Роботизированное нанесение в определенные места со сквозными отверстиями
• Ручная пайка: Ручное соединение с использованием паяльников и флюса

4. Очистка: Обеспечение чистоты

Очистка после сборки удаляет остатки флюса и загрязнения с использованием деионизированной воды или специализированных растворов при 62°C (144°F) и 310 кПа (45 фунтов на квадратный дюйм), с последующей сушкой воздухом под высоким давлением.

5. Сборка неочищаемых компонентов

Компоненты, несовместимые с процессами очистки, паяются с использованием безотмывочных флюсов, которые исключают требования к промывке после пайки.

6. Окончательный контроль и тестирование

Комплексные проверки качества выявляют физические и электрические дефекты перед выпуском продукта.

7. Конформное покрытие

Защитные покрытия повышают долговечность и долговечность схемы в сложных условиях.

Выбор компонентов: Оптимизация дизайна

Стратегический выбор компонентов существенно влияет на производительность печатной платы:

• Поставляйте от надежных поставщиков, чтобы избежать поддельных компонентов
• Используйте интегрированные пакеты для уменьшения количества деталей и размера платы
• Предпочитайте компоненты SMT для улучшения целостности сигнала и эффективности производства

Заключение

Освоение процессов сборки печатных плат — от DFA до окончательного контроля — необходимо для производства надежной и высокопроизводительной электроники. Оптимизируя конструкции, выбирая соответствующие компоненты и поддерживая строгий производственный контроль, инженеры могут максимизировать качество и функциональность продукта.