Was ist Leiterplattenbestückung?

Leiterplattenbestückungbezieht sich auf den Prozess der Montage aller elektronischen Komponenten wie Widerstände, Transistoren, Dioden usw. auf einer Leiterplatte. Die Montagemethode kann manuell oder mechanisch sein. Oft wird die Leiterplattenbestückung mit der Leiterplattenherstellung verwechselt, da es sich dabei um völlig unterschiedliche Prozesse handelt. Die Leiterplattenherstellung umfasst ein sehr breites Spektrum an Prozessen, darunter Design und Prototyping, während die Leiterplattenmontage nach der Leiterplattenherstellung beginnt und sich alles um die Platzierung der Komponenten dreht.

3 Arten von PCB-Montagetechnologien

Der Fortschritt der elektronischen Technologien hat mehr Möglichkeiten für die Leiterplattenbestückung eröffnet. Mittlerweile gibt es drei häufig verwendete Montagetechnologien: eine ist SMT (Surface Mount Technology), die zweite ist THT (Thru-Hole Technology) und die dritte ist eine Kombination der beiden ersteren.

Oberflächenmontagetechnologie

SMT-Leiterplattenbaugruppe

Die SMT-Montage erfolgt hauptsächlich durch das Löten von oberflächenmontierten Bauteilen (SMD) auf der Leiterplatte. Da das Standardpaket von SMD-Komponenten klein ist, muss der gesamte Prozess sorgfältig kontrolliert werden, um eine hohe Genauigkeit und die richtige Temperatur der Lötstellen sicherzustellen. Glücklicherweise handelt es sich bei SMT um eine vollautomatische Bestückungstechnologie, die einzelne Bauteile automatisch aufnimmt und mit äußerster Präzision auf der Leiterplatte platziert.

Thru-Hole-Technologie

THT ist eine traditionellere PCB-Montagetechnologie, bei der der Installateur elektronische Komponenten wie Kondensatoren, Spulen sowie große Widerstände und Induktivitäten durch Löcher in die Leiterplatte einfügt. Im Vergleich zu SMT ermöglicht die Durchsteckmontage die Montage großformatiger Komponenten und sorgt für eine stärkere mechanische Verbindung, die sich auch besser für Tests und Prototyping eignet. mehr THT-Leiterplattenbestückung>>

Gemischte Leiterplattenbestückungstechnologie

Elektronische Produkte sind tendenziell kleiner konzipiert und verfügen über mehr Funktionen, wodurch höhere Anforderungen an sie gestellt werdenLeiterplattenbestückung. Menschen müssen hochkomplexe Schaltkreise auf begrenztem Raum zusammenbauen, es ist schwierig, den gewünschten Effekt nur mit SMD oder PTH zu erzielen, wir müssen SMT- und THT-Technologie kombinieren. Beim Einsatz der gemischten Leiterplattenbestückungstechnik müssen entsprechende Anpassungen vorgenommen werden, um das Löten und die Montage zu vereinfachen.

PCB-Montageprozess

Schritt 1: Lötpasten-Schablonen

Im ersten Schritt würde Lotpaste auf die Platine aufgetragen. Die Lotpaste ist grau und besteht aus winzigen Metallkügelchen, die aus 96,5 % Zinn, 3 % Silber und 0,5 % Kupfer bestehen. Achten Sie darauf, sie in einer kontrollierten Menge zu verwenden und sicherzustellen, dass sie genau an der richtigen Stelle aufgetragen wird. In einemLeiterplattenbestückungDabei werden Leiterplatten und Lötschablonen durch mechanische Klammern gehalten und die exakte Menge Lotpaste auf die gewünschten Stellen aufgetragen. Die Maschine trägt die Aufschlämmung auf die Schablone auf, bis sie alle offenen Bereiche gleichmäßig bedeckt. Wenn wir schließlich die Schablone entfernen, können wir sehen, dass die Lotpaste an der richtigen Stelle bleibt.

Schritt 2: Auswählen und platzieren

Im zweiten Schritt müssen wir die Bestückungsmaschine verwenden, die oberflächenmontierte Komponenten automatisch auf Leiterplatten platzieren kann. Derzeit werden SMD-Komponenten häufig auf Leiterplattenarten verwendet, die mit hoher Effizienz bestückt werden können. In der Vergangenheit wurde Pick-and-Place manuell durchgeführt, und der Monteur musste während des Prozesses viel Aufmerksamkeit aufbringen, um sicherzustellen, dass alle Komponenten an der richtigen Position platziert wurden. Während das automatische Pick-and-Place-System von Robotern bedient wird, die ermüdungsfrei rund um die Uhr arbeiten können, steigerte es die Produktivität und reduzierte Fehler erheblich. Die Maschine nimmt Leiterplatten mit ihrem Vakuumgreifer auf und transportiert sie anschließend zur Pick-and-Place-Station. Anschließend positioniert der Roboter die Leiterplatte auf der Station und die SMD-Bauteile werden an den vorgesehenen Stellen auf der Lötpaste platziert.

Schritt 3: Reflow-Löten

Nach dem Bestücken würde die Leiterplattenbaugruppe zum Reflow-Lötprozess übergehen. Die Leiterplatten würden über das Förderband in einen großen Reflow-Ofen transportiert. Der Ofen erhitzte die Platinen auf hohe Temperaturen, normalerweise etwa 250 Grad Celsius, um das Lot in der Lotpaste zu schmelzen. Wenn der Wärmeprozess abgeschlossen ist, werden die Leiterplatten durch den Ofen bewegt, der aus einer Reihe von Kühlerheizungen besteht, die dabei helfen, das geschmolzene Lot abzukühlen und zu verfestigen. Beim Reflow-Löten sollten wir auf einige spezielle Leiterplatten achten, zum Beispiel auf zweiseitige Leiterplatten. Jede Seite zweiseitiger Leiterplatten muss separat schabloniert und reflowgelötet werden. Normalerweise wird zuerst die Seite mit weniger Bauteilen und dann die andere Seite reflowgelötet.

Schritt 4: Inspektion

Die bestückten Leiterplatten müssen auf Funktionalität getestet werden. Der Reflow-Prozess kann zu einer schlechten oder sogar fehlenden Verbindung führen. Die Bewegung während des Reflow-Lötens kann ebenfalls zu Kurzschlüssen führen. Daher ist die Inspektion ein wichtiger Schritt während des Montageprozesses. Es gibt eine Vielzahl von Methoden zur Fehlerprüfung. Am häufigsten werden manuelle Prüfungen, Röntgenprüfungen und automatische optische Prüfungen verwendet. Nach dem Reflow-Löten können regelmäßige Inspektionen durchgeführt werden, sodass potenzielle Probleme identifiziert werden können, bis die Leiterplattenbaugruppe zum nächsten Prozess übergeht. Eine solche Inspektion kann Herstellern helfen, viel Geld zu sparen, denn je früher sie ein Problem erkennen, desto schneller kann es gelöst werden, ohne Zeit, Personal und Material zu verschwenden.

Schritt 5: Einsetzen der Durchgangslochkomponente

Abgesehen von SMD-Komponenten müssen einige Leiterplatten möglicherweise mit anderen Arten von Komponenten wie Durchgangsloch- oder PTH-Komponenten bestückt werden. Wie baut man diese Komponenten zusammen? Nun, es gibt plattierte Löcher in den Leiterplatten, die den Leiterplattenkomponenten Zugang bieten, um Signale von einer Seite zur anderen Seite der Leiterplatte zu übertragen. Daher ist in diesem Fall Lötpaste verwendbar, daher müssen wir andere Lötmethoden zum Einfügen von PTH-Komponenten verwenden, wie z. B. manuelles Löten und Wellenlöten.

Schritt 6: Funktionstest

Im letzten Schritt wird die Endkontrolle durchgeführt, um die Funktionalität von PCBA zu testen. Wir nennen diesen Prozess einen „Funktionstest“. Dieser Test simuliert den normalen Betrieb der Leiterplatte und überwacht die elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte, wenn die Stromversorgung und das analoge Signal durch die Leiterplatte geleitet werden, um zu beurteilen, ob die PCBA qualifiziert ist.

Vorschläge zur besseren Durchführung der Leiterplattenbestückung

Nachdem wir den detaillierten Prozess der Leiterplattenmontage erläutert haben, möchten wir nun einige Vorschläge machen, die die Qualität der PCBA verbessern können.

Komponentengröße

Es ist von großer Bedeutung, während der PCB-Designphase die richtige Gehäusegröße für jede Komponente auf den Platinen auszuwählen. Im Allgemeinen empfehlen wir die Wahl größerer Gehäuse. Die Wahl kleinerer Gehäuse kann zu potenziellen Problemen während der Montagephase der Leiterplatte führen, was viel Zeit in Anspruch nehmen würde, um die Schaltung zu modifizieren. Während bei einigen komplizierten Modifikationen wie dem Zerlegen und Löten von Komponenten der Zusammenbau der gesamten Leiterplatte viel einfacher ist.

Komponenten-Footprint

Der Bauteil-Footprint ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Leiterplattenbestückung. Jeder Footprint muss genau nach dem Landmuster erstellt werden, das im Datenblatt jeder integrierten Komponente angegeben ist. Viele Probleme können durch einen falschen Footprint entstehen, z. B. durch eine ungleichmäßige Wärmeeinwirkung auf die integrierte Komponente während des Lötvorgangs, die dazu führt, dass sie nur auf einer Seite der Leiterplatte haftet und nicht auf beiden Seiten. Darüber hinaus wären auch passive SMD-Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten betroffen, hauptsächlich aufgrund falscher Abmessungen des mit der Komponente verbundenen Anschlussflächenmusters und unterschiedlicher Größe der mit den beiden Pads der Komponente verbundenen Leiterbahnen oder der Leiterbahn Breite ist zu breit.

Abstand zwischen Komponenten

Überhitzung durch unzureichenden Platz zwischen den Komponenten ist eine der Hauptursachen für Leiterplattenausfälle, und dieses Problem ist bei einigen hochkomplexen Schaltkreisen noch ausgeprägter. Wenn eine Komponente zu nahe an einer anderen platziert wird, kann dies zu einer Reihe von Problemen führen. Das schwerwiegendste davon kann zu einer Neugestaltung und Neufertigung der Leiterplatte führen, einem zeitaufwändigen Prozess, der unnötige Kosten verursacht. Beim Einsatz automatisierter Montage- und Testmaschinen ist es wichtig sicherzustellen, dass jede Komponente einen großen Abstand zu mechanischen Teilen, der Platinenkante und allen anderen Komponenten einhält. Zu geringe Abstände zwischen Bauteilen oder falsch gedrehte Bauteile können zu Problemen beim Wellenlötprozess führen. Wenn beispielsweise auf dem von der Welle zurückgelegten Weg eine höhere Komponente einer Komponente mit geringerer Höhe vorausgeht, wird die Schweißnaht schwächer.

Aktualisierte Stückliste

Sowohl beim PCB-Design als auch bei den Montageprozessen ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Stückliste (BOM) immer aktualisiert ist. Fehler oder Ungenauigkeiten in der Stückliste können zu großen Problemen führen, die die gesamte Montagephase verzögern können, da die Hersteller viel Zeit aufwenden müssen, um das Problem herauszufinden und zu lösen. Um die Genauigkeit und Gültigkeit der Stückliste sicherzustellen, sollten Sie die Stückliste jedes Mal, wenn Sie Ihr PCB-Design aktualisieren, gründlich und sorgfältig prüfen. Wenn beispielsweise einem bestehenden Projekt eine neue Komponente hinzugefügt wird, muss sichergestellt werden, dass die Stückliste entsprechend aktualisiert wird.

Verwendung von Referenzmarken

Passermarken sind abgerundete Kupferformen, die als Orientierungspunkte für Pick-and-Place-Montagemaschinen dienen. Durch die Verwendung von Passmarken können automatisierte Geräte die Platinenausrichtung identifizieren und oberflächenmontierte Komponenten mit feinem Rastermaß zusammenbauen. Referenzmarken können in zwei Klassen unterteilt werden: globale Referenzmarken und lokale Referenzmarken. Globale Referenzmarken werden zum Platzieren am Rand der Leiterplatten verwendet, sodass die Ausrichtung der Leiterplatte in der X-Y-Ebene von Bestückungsautomaten erkannt werden kann. Lokale Referenzmarken werden in der Nähe der Ecken quadratischer SMD-Komponenten platziert, sodass Bestückungsmaschinen die Grundfläche einer Komponente genau lokalisieren können, was dazu beitragen kann, Positionierungsfehler bei der Leiterplattenmontage zu reduzieren. Kurz gesagt, Passermarken sind für die Leiterplattenbestückung sehr wichtig, insbesondere wenn auf der Leiterplatte viele Komponenten beteiligt sind, die nicht weit voneinander entfernt sind.