Was Sie über die Leiterplattenbestückung wissen müssen

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Der Bestückungsprozess für Leiterplatten (PCB) besteht aus verschiedenen Schritten und Richtlinien, die in der richtigen Reihenfolge ausgeführt werden müssen, damit das fertige Produkt wie vorgesehen funktioniert. Um dies zu gewährleisten, verwenden Leiterplattenhersteller Bildschirmvorlagen und kontrollierte Heiz- und Kühlmechanismen, um zu regulieren, wie Komponenten angebracht und befestigt werden.

Wenn Sie eine Leiterplatte bestücken, müssen Sie die richtige Technologie für die Art der vorhandenen Komponenten auswählen. Alle Teile und Teile müssen korrekt an ihrer vorgesehenen Stelle ausgerichtet sein, wie im PCB-Design angegeben. Jede noch so kleine Abweichung kann enorme Auswirkungen auf die Funktionen des fertigen Boards haben.

PCBA-Terminologie

Um den PCB-Montageprozess zu verstehen, müssen Sie die Bedeutung mehrerer Begriffe kennen:

• Substrat: Das Grundmaterial der Leiterplatte, das Substrat, macht jede Platine fest und steif.
• Kupfer: Jede Arbeitsseite einer Leiterplatte enthält zu leitenden Zwecken eine dünne Kupferschicht. Bei Single-Layer-Platinen wird Kupfer auf die aktive Seite gelegt. Bei doppelseitigen Leiterplatten erscheint Kupfer auf beiden Seiten.
• Lötmaske: Dies ist die Schicht an der Oberfläche (typischerweise grün) jeder Leiterplatte. Die Lötmaske bietet eine Isolierung zwischen Kupfer und anderen Materialien und verhindert Kurzschlüsse, die andernfalls auftreten könnten, wenn verschiedene leitfähige Materialien in Kontakt kommen. Die Lötstoppmaske bietet Struktur für das Layout der Leiterplatte, indem sie alles an seinem Platz hält. Jede Platine enthält Löcher, die durch die Lötstoppmaske gehen. Lötzinn wird in jedes Loch platziert, was eine Grundlage für jede Komponente bietet, die der Platine hinzugefügt wird.
• Siebdruck: Der letzte Schliff auf jeder Leiterplatte ist der Siebdruck, eine transparente Schicht, die Zahlen und Buchstaben neben den verschiedenen Teilen einer bestimmten Platine anzeigt. Dadurch können Hersteller die spezifischen Komponenten jeder Platine identifizieren.
• Manuelles Löten: Dies ist ein Prozess, bei dem ein Techniker eine einzelne Komponente manuell an der vorgesehenen Stelle auf einer Reihe von Leiterplatten einfügt. Nach Fertigstellung wird jede Platine an den nächsten Techniker geschickt, der ein weiteres Teil hinzufügt und die Platine weitergibt.
• Wellenlöten: Beim Wellenlöten wird korrekt gelötet, wobei die Platine auf ein Förderband gelegt und durch eine Heizkammer geführt wird. Hier wird eine Lötwelle auf die Unterseite aufgebracht, die alle Unterstifte der Platine in einem einzigen Vorgang befestigt.

Es ist auch wichtig, die Unterschiede zwischen Durchsteckmontage-, Oberflächenmontage- und gemischten Technologiebaugruppen zu verstehen.

Durchgangsloch-PCB-Montage

Die Through-Hole-Technologie ist die ideale Wahl für Leiterplatten mit Leitungen oder Drähten, die durch Löcher in der Platte gefädelt und dann auf der anderen Seite mit Lötzinn befestigt werden. Leiterplatten mit großen Komponenten eignen sich besonders für die Durchstecktechnik, insbesondere Kondensatoren.

Die grundlegenden Schritte der Durchsteck-PCB-Technologie können wie folgt zusammengefasst werden:

1. Der Techniker montiert Teile gemäß den Designspezifikationen der Leiterplatte manuell auf bestimmten Bereichen einer Leiterplatte. Jede Komponente muss exakt wie angegeben positioniert werden, damit die Leiterplatte ordnungsgemäß funktioniert.
2. Die Platine wird untersucht, um sicherzustellen, dass alle Teile richtig zusammengebaut wurden und dass jede Komponente genau an ihrem Platz sitzt. Wenn eines der PCB-Teile falsch platziert ist, ist es jetzt an der Zeit, diese Unvollkommenheiten zu korrigieren.
3. Die Bauteile werden nun auf der Platine verlötet. Dies geschieht typischerweise beim Wellenlöten, bei dem sich die Platine über eine Welle aus heißer Lötflüssigkeit bewegt, die die Leiterplattenbaugruppe verfestigt. Dies kann auch von Hand oder durch Verwendung von Selektivlot erfolgen. Selektives Löten ähnelt dem Wellenlöten, jedoch kann der Bediener Bereiche selektiv löten, was hilfreich ist, wenn Sie an bestimmten Stellen kein Löten wünschen.

Durchgangslochplatinen enthalten typischerweise Komponenten mit Drahtanschlüssen, entweder axial oder radial. Im Vergleich zur Surface-Mount-Technologie weisen Through-Hole-Boards im Allgemeinen stärkere Bindungen auf. Aufgrund der zusätzlichen Bohrungen ist jedoch mehr Arbeit erforderlich, um eine Durchgangslochbaugruppe herzustellen.

Wenn eine Durchgangslochplatine aus mehreren Schichten besteht, haben die Signalspuren eine begrenzte Führung auf den inneren Schichten, da die Löcher zwischen der oberen und der unteren Oberfläche hindurchschneiden. Daher ist die Durchstecktechnik oft auf einige der sperrigeren PCB-Komponenten wie Elektrolytkondensatoren und Halbleiter beschränkt. Platinen, die zusätzliche Festigkeit und Unterstützung erfordern, wie elektromechanische Relais und Steckverbinder, werden ebenfalls mit Durchstecktechnik hergestellt.

Während der Prototyping-Phase bevorzugen Techniker oft das größere Durchgangsloch für die Oberflächenmontage, da ersteres besser mit Steckbrettbuchsen funktioniert. Wenn eine Platine jedoch für Hochgeschwindigkeits- oder Hochfrequenzzwecke bestimmt ist, erfordert das Design möglicherweise eine Oberflächenmontagetechnologie, um den Streuwiderstand zu reduzieren. Andernfalls würde die Funktion der Schaltungen aufgrund von Induktivität oder Kapazität in den Leitungen beeinträchtigt werden.

Während des Auftragens von Lötpaste wird eine Lötschablone auf die Leiterplatte gelegt, um sicherzustellen, dass das Lot innerhalb der im Design festgelegten Grenzen bleibt. Die Schablone ist eine dünne Nachbildung des Originaldesigns mit Ausschnitten für die Bereiche, in denen die Komponenten platziert werden.

Nachdem die Komponenten eingesetzt wurden und die Platine ihrer ersten Prüfung unterzogen wurde, wird die Lötpaste über einer heißen Flüssigkeit erhitzt, bis die winzigen Metallkügelchen in der Paste mit der Verbindungschemikalie, dem Flussmittel, erstarren. Dadurch werden die Bauteile dauerhaft mit der Platine verbunden. Nach Beendigung des Aufheizens und Verklebens wird die Platte kontrolliert abgekühlt. Dadurch wird das Board wieder in einen normalen Zustand versetzt und ein Schock verhindert.

Die fertige Leiterplatte muss nun auf eventuelle Fehlausrichtungen in ihren Bauteilen untersucht werden. Bei relativ großen Bauteilen kann dies oft durch eine Sichtprüfung erfolgen. Heutzutage können optische und Röntgeninspektoren Leiterplatten jedoch mit viel höherer Genauigkeit untersuchen. Wenn Designfehler entdeckt werden, muss das Problem behoben werden, bevor weitere Boards den Prozess durchlaufen.

Oberflächenmontierte Technologie

Die Oberflächenmontage-Technologie ist die praktische Option für Leiterplatten, die winzige und empfindliche Komponenten enthalten, die ansonsten nur schwer ohne Beschädigung angebracht werden könnten. Beispiele für die Art von Komponenten, die diesem Prozess unterzogen werden, sind Dioden und Widerstände.

Die grundlegenden Schritte der Oberflächenmontage-Technologie können wie folgt zusammengefasst werden:

1. Der erste Schritt beinhaltet einen Drucker, der für das Auftragen von Lotpaste ausgelegt ist. Eine Lötsiebschablone wird verwendet, um sicherzustellen, dass die winzigen Komponenten an ihren richtigen Stellen platziert werden. Vor dem eigentlichen Bestücken der Bauteile wird die Schablone auf korrekte Ausrichtung der Schablone geprüft.
2. Die Platine wird nun zu einer Maschine gebracht, wo die Bauteile gemäß dem Design der Lötsiebvorlage platziert werden. Rollen in der Maschine sorgen dafür, dass die Teile ausgerichtet und an den entsprechenden Pads befestigt werden.
3. Wenn die Komponenten richtig auf der Platine angeordnet sind, wird ein Erwärmungsprozess durchgeführt, um alles an Ort und Stelle zu verfestigen. In diesem Stadium wird die Leiterplatte durch eine Heizkammer geschickt, die das Lot verflüssigt und die Teile dabei befestigt.

Bevor die Komponenten auf einer Leiterplatte platziert werden, müssen ausgewählte Bereiche der Platine selbst zunächst mit Lötpaste beschichtet werden, die als Klebstoff für die einzelnen Teile der Platine fungiert. Die Bereiche, die gelötet werden müssen, sind in erster Linie die Stellen, an denen Pads für die entsprechenden Komponenten vorhanden sind.

Lötpaste besteht aus winzigen Körnern und Flussmittel. Der Prozess des Auftragens der Lötpaste auf eine Leiterplatte ähnelt dem einer Druckanwendung. Ein Lötsieb wird über der Platine in einer genauen, spezifizierten Ausrichtung angebracht. Dann wird eine Walze über das Sieb gefahren, um die Lötpaste auf die Platine zu drücken.

Das Lötsieb wird entsprechend dem Design der Leiterplatte vorgedruckt. Daher werden die Öffnungen im Bildschirm mit den Komponentenpads auf der Platine ausgerichtet. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Lötstopplack ausschließlich auf diese Bereiche verteilt. Die Lotmenge, die während dieses Vorgangs verteilt wird, muss reguliert werden, um sicherzustellen, dass jede Verbindung weder über- noch unterbedeckt wird.

Nach dem Auftragen der Paste wird die Platine durch eine Bestückungsmaschine geschickt, wo bestimmte Komponenten auf die gelöteten Bereiche aufgebracht werden. Solange äußere Kräfte die Platine während dieses Vorgangs nicht erschüttern, sollte die Spannung des Lots ausreichen, um die Komponenten an Ort und Stelle zu halten.

Bei manchen Bestückungsautomaten werden kleine Mengen Klebstoff auf die vorgesehenen Bereiche aufgetragen, um die Komponenten zu befestigen. Dies ist hauptsächlich für Leiterplatten gedacht, die dem Prozess des Wellenlötens unterzogen werden. Der Nachteil dieses hinzugefügten Klebstoffs besteht darin, dass er Korrekturen auf Platinen erschweren kann, bei denen die Komponenten nicht den Spezifikationen des ursprünglichen Designs entsprechen.

Wenn die Komponenten an den richtigen Stellen befestigt sind, wird die Leiterplatte durch die Lötmaschine geschickt. Bei älteren Platinen haben die Hersteller oft das Wellenlöten eingesetzt, das jedoch weitgehend aus der Praxis genommen wurde. In Produktionen, in denen das Verfahren angewendet wird, wird keine Lotpaste verwendet, da Lot durch die Wellenlötmaschine aufgetragen wird. Heute ist das Reflow-Löten jedoch die am weitesten verbreitete Methode bei den Leiterplattenherstellern.

Sobald die Leiterplatte aus der Lötmaschine kommt, untersuchen Techniker die Zusammensetzung der Leiterplatte auf eventuelle Mängel. Wenn die Platine mehr als 100 verschiedene Komponenten enthält, wird die Platine durch einen automatischen optischen Inspektor (AOI) geschickt, der selbst kleinste Fehler erkennen kann, wie z. B. falsch ausgerichtete Verbindungen, versetzte Komponenten und falsche Platzierungen.

Jede Leiterplatte muss eine Reihe von Tests durchlaufen, bevor sie die Montage verlässt. Das Board wird mehreren Tests unterzogen, um sicherzustellen, dass es wie im ursprünglichen Design vorgesehen funktionieren kann.

Während des Betriebs muss die Ausrüstung überprüft werden, um sicherzustellen, dass alles wie vorgesehen funktioniert. Die ersten zu überprüfenden Stellen sind die Ergebnisse, da diese dazu beitragen, den Erfolg einer bestimmten Produktion zu überprüfen. Die Ausgabe der Lötmaschine sollte zu Beginn jeder Produktion zusammen mit den ersten Platinen, die durch die Ausgabe kommen, überprüft werden. Auf diese Weise können Mängel frühzeitig erkannt werden, bevor ein Druckfehler groß und kostspielig wird.

Gemischte Technologie

Aufgrund der schnellen Entwicklung der Computertechnologie werden immer mehr gedruckte Schaltungen mit immer kleineren Teilen hergestellt. Dies bedeutet, dass viele Leiterplatten heute mit einer Kombination von Verfahren hergestellt werden, die allgemein als gemischte Technologie bezeichnet werden. Eine Baugruppe mit gemischter Technologie umfasst einen der folgenden Ansätze:

• Eine einseitige gemischte Bestückung, bei der eine Leiterplatte sowohl der Oberflächenmontagetechnik als auch der Durchstecktechnik unterzogen wird, beides auf derselben Seite der Platine.
• Eine geteilte Bestückung, bei der eine Seite der Leiterplatte mit Oberflächenmontagetechnik und die andere Seite der Platine mit Durchstecktechnik bestückt wird. Leiterplatten wie diese haben auf der einen Seite normal große Komponenten und auf der anderen Seite kleinere Komponenten.
• Eine doppelseitige gemischte Bestückung, bei der beide Seiten der Leiterplatte mit einer Kombination aus Durchstecktechnik und Oberflächenmontagetechnik bestückt werden. Eine Platine dieser Art weist auf beiden Seiten sowohl normale als auch winzige und filigrane Komponenten auf.

Bevor ein Leiterplattendesign in Produktion geht, müssen die zum Einsatz kommenden Platinen auf Qualität geprüft werden. An den Bauteilen könnten Fußoxidation oder ölige Rückstände als rote Fahnen dienen. Bei kühler Lagerung darf die Lotpaste nur aufgetaut und aufgerührt aufgetragen werden. Die Leiterplatte muss trocken sein, bevor Paste auf die Oberfläche aufgetragen wird.

Auf Leiterplatten mit gemischter Technologie sind komplexere Prozesse innerhalb der Bestückungsmaschine erforderlich. Hier muss eine Mischung unterschiedlicher Bauteilgrößen berücksichtigt werden, entweder auf einer oder auf beiden Seiten der Platine.

Wenn die Leiterplatte aus einer doppelseitigen Bestückung besteht, muss der Lötprozess auf beiden Seiten angewendet werden. Im Grunde passiert alles, was auf der einen Seite passiert, auch auf der anderen. Der einzige Unterschied besteht in den spezifischen Komponenten und deren Platzierung, da eine Seite möglicherweise kleinere Komponenten enthält als die andere. Wellenlöten ist bei zweiseitigen Leiterplatten nicht möglich, da das erneute Einsenden der Leiterplatte für die zweite Seite die empfindlichen Teile auf der ersten Seite ruinieren würde.

Jede Leiterplatte, die aus gemischter Technologie besteht, sollte einem automatischen optischen Inspektor vorgelegt werden. Auf diese Weise können Techniker eine narrensichere Inspektion gewährleisten, die selbst kleinste Unvollkommenheiten wie geringfügige Fehlplatzierungen mikroskopisch kleiner Teile erkennt.

Um der Komplexität einer zweiseitigen Leiterplatte mit gemischter Technologie Rechnung zu tragen, sind gründlichere Tests für die ersten Leiterplatten erforderlich, die in solchen Linien hergestellt werden. Da mehr Komponenten berücksichtigt werden müssen, gibt es mehr potenzielle Probleme, wenn auch nur ein Teil nicht richtig ausgerichtet ist.

PCB-Fertigung bei Millennium Circuits Limited

In der heutigen Hightech-Welt werden Leiterplatten immer komplexer, da Techniker Wege finden, mehr Daten und Energie auf immer kleinere Chips zu laden. Da Computergeräte und Elektronik kleiner werden, werden auch die Leiterplatten, die diese Geräte mit Strom versorgen und sie mit dem drahtlosen Netz verbinden, kleiner. Für Leiterplattenhersteller bedeutet dies, dass die Produktion von Leiterplatten ein hohes Maß an Engineering erfordert.

Um Leiterplatten nach aktuellen Standards effizient zu machen, müssen Sie über die richtige spezifizierte unbestückte Leiterplatte verfügen, um jeden Schritt im Bestückungsprozess effizienter ausführen zu können. Bei Millennium Circuits verwenden wir in unseren Einrichtungen die neueste Technologie, um jede unbestückte Leiterplattenbestellung gemäß den Kundenspezifikationen zu erfüllen. Wenden Sie sich an Millennium Circuits, um weitere Informationen zur Leiterplattenherstellung zu erhalten.

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