Większość z nas doskonale wie jak wygląda zmontowana płytka PCB w urządzeniach elektronicznych. Elektronika stała się tak powszechna, że praktycznie każdy prędzej czy później miał z nią styczność. Poniżej prezentujemy przykładową płytkę PCB wykonana w naszym zakładzie produkcyjnym.
elektroniczna płytka PCB zawierająca komponenty SMT i THTAle już mało kto zdaje sobie sprawę z tego w jaki sposób powstaje elektronika. Proces ten jest bardzo złożony, wymaga zwykle bardzo specjalistycznej wiedzy oraz przestrzegania określonych norm i wymagań związanych z bezpieczeństwem.
To jakie procesy będą zastosowane podczas produkcji danej elektroniki zależy ściśle od indywidualnych założeń oraz wymagań danego projektu. Poniżej zostały opisane jedynie te podstawowe, które występują w większości przypadków.
Pliki z dokumentacją produkcyjną mogą być dostarczone przez klienta lub przygotowane przez nasz zespół projektowy. Podstawowe pliki potrzebne do wyceny oraz wyprodukowania finalnej płytki to:
W pierwszsej kolejności powyższe pliki sprawdzane są przez nasz zespół inżynierów pod kątem dostępności wykorzystanych w nich podzespołów i procesów niezbędnych do wykonania montażu. Inżynierowie sprawdzają również czy któreś z komponentów wymagają unikalnych technik montażowych lub specyficznych profili termicznych.
Po zatwierdzeniu wykonalności i akceptacji oferty przez klienta przygotowywane są pliki i programy dla poszczególnych maszyn produkcyjnych. Nasz dział zaopatrzenia zamawia komponenty oraz "nieobłożoną" płytkę PCB.
Produkcja samych PCB jest niezwykle złożonym procesem, szczególnie w przypadku płyt wielowarstwowych. Wymaga precyzyjnych procesów laminacji, w których różne warstwy PCB są łączone ze sobą pod wysokim ciśnieniem i temperaturą. Dodatkowo procesy chemiczne, takie jak wytrawianie ścieżek czy depozycja miedzi, są niezbędne do tworzenia pożądanych wzorów przewodzących na płycie. Z tego powodu EAE Elektronik zleca produkcję płytek PCB specjalistycznym firmom, które mają odpowiednie doświadczenie, sprzęt oraz wiedzę. Płytki PCB zapakowane są w hermetyczne opakowania zapobiegające przedostawaniu się wilgoci.
Dla optymalizacji produkcji pojedyncze płytki często są łączone w większe panele, do których dodawane są marginesy w celu ułatwienia manipulacji i transportu.
przykład panelu z czterema płytkami PCBNa tym etapie tworzone są również szablony do nakładania pasty lutowniczej w procesie SMT. Szablony mają formę cienkiego arkusza ze stali nierdzewnej z otworami w miejscach wyprowadzeń komponentów.
Maszyny P&P Pick And Place uzbrajane są w komponenty dostarczane na specjalnych krążkach. Na tym etapie weryfikowane są również profile termiczne pieców i uzbrajane są maszyny do nakładania pasty lutowniczej. Nakładanie pasty za pomocą sitodruku jest preferowaną metodą dla produkcji seryjnej z uwagi na dużą precyzję, powtarzalność i wydajność.
Płytki PCB są wyjmowane z hermetycznych opakowań i umieszczane są w loaderze, z którego będą automatycznie podejmowane przez maszynę do nakładania pasty. Automat do sitodruku precyzyjnie pozycjonuje szablon względem płytki PCB. W procesie sitodruku maszyna przeciska pastę lutowniczą za pomocą rakli przez mozaikę otworów szablonu. W ten sposób na płytce PCB nałożona zostaje pasta lutownicza w odpowiednich miejscach.
Nowoczesne automaty używane w EAE Elektronik pozwalają na ustawienie parametrów np. siła nacisku czy temperatura pasty.
nakładanie pasty lutowniczej za pomocą sitodrukarkiWażnym etapem występującym bezpośrednio po nałożeniu pasty jest jej inspekcja w automacie SPI (Solder Paste Inspection). Maszyna wykonuje laserowy skan 3D mierząc ilość i pozycje nałożonej pasty. Dalszy proces produkcji odbywa się tylko wtedy gdy pasta zostanie poprawnie nałożona!. Jest to jeden z krytycznych etapów kontroli podczas produkcji elektroniki.
Płytki, które pozytywnie przeszły test SPI, transportowane są do automatów układających komponenty montowane powierzchniowo (SMT). Maszyny wyposażone są w głowice z końcówkami podciśnieniowymi, które podnoszą załadowane komponenty i układają je w odpowiednich miejscach na wcześniej nałożonej paście. Maszyny te potrafią pracować z ogromną szybkością przy jednoczesnym zachowaniu bardzo wysokiej precyzji. Osiągają wydajność układania nawet do kilkudziesięciu tysięcy komponentów na godzinę (cph).
Systemy optyczne automatów P&P dbają o prawidłowe pozycjonowanie i rotację komponentów, porównują je z wzorcami zapisanymi w specjalnie przygotowanym programie.
uzbrajanie automatów Pick And Place w komponenty SMDNastępnie płytki są transportowane w kierunku pieca do lutowania rozpływowego. W pierwszej kolejności PCB trafiają do strefy rozgrzewania wstępnego i stabilizacji temperatury. Jej celem jest usunięcie resztek wilgoci i równomierne nagrzanie płytki oraz komponentów. Następnie płytki trafiają do strefy rozpływu o wyższej temperaturze, gdzie następuje stopienie pasty lutowniczej i tworzą się właściwe połączenia elektryczne. Ostatnim etapem przejazdu płytki PCB przez piec do lutowania rozpływowego jest chłodzenie, które przeprowadzane w kontrolowany sposób pozwala na uzyskanie odpowiedniego rozkładu cyny w spoinie. Maksymalne temperatury osiągane w strefie rozpływu zależą od rodzaju użytej pasty i wahają się zazwyczaj od ok. 180°C dla past niskotemperaturowych, np. bizmutowych, do ok. 260°C dla past bezołowiowych.
piec do lutowania komponentów SMDPo lutowaniu SMT płytki PCB z przylutowanymi komponentami weryfikowane są w procesie automatycznej inspekcji optycznej (AOI). Etap ten pozwala na wychwytywanie błędów związanych z brakiem lub nieprawidłowym ułożeniem komponentów oraz wad lutowania. Odbywa się to przez wykonanie serii zdjęć wysokiej rozdzielczości i automatyczne porównanie ich z prawidłowymi wzorcami.
automatyczna inspekcja optyczna AOINowoczesne maszyny stosowane w EAE Elektronik łączą funkcje 2D oraz 3D. Szybkie laserowe skanowanie płytki pozwala rozszerzyć funkcje rozpoznawania obrazu o badanie profilu wysokościowego. Przekłada się to na dużą dokładność i wykrywalność błędów, które mogłyby zostać niezauważone przez standardowe techniki rozpoznawania obrazu.
Dodatkowo płytka sprawdzana jest również przez urządzenie do inspekcji X-Ray. Pozwala ono na sprawdzenie jakości wykonanych spoiw lutownicznych. Jest to niezwykle przydatne urządzenie podczas walidacji procesu montażu SMT. Daje możliwość obserwacji ukrytych połączeń pod obudową, radiatorem lub warstwą lakieru ochronnego.
przykładowe zdjęcia z inspekcji X-Ray
W większości przypadków elektronika zawiera również komponenty montowane w technice przewlekanej THT. Montaż tą techniką charakteryzuje się przede wszystkim wyższą stabilnością mechaniczną. Komponenty są mocno osadzone w otworach PCB i lutowane od spodu, co sprawia, że są bardziej odporne na wibracje oraz wstrząsy.
montaż ręczny komponentów THTStosowanie płytek wielowarstwowych często wiąże się z montażem dwustronnym, gdzie komponenty są umieszczane na obu stronach PCB. W takim przypadku stosuje się maszyny do lutowania selektywnego THT. Automat do lutowania selektywnego posiada tygiel wyposażony w głowicę z dyszą, pozwalającą na punktowe lutowanie. Aby zapewnić odpowiednią zwilżalność i jakość połączeń lutowniczych, proces standardowo przeprowadzany jest w atmosferze osłony azotowej.
Jeśli proces montażu tego wymaga, po zakończeniu lutowania może zostać wykonane mycie płytek PCBA. Jego celem jest usunięcie pozostałości topnika oraz innych zanieczyszczeń powstałych podczas procesu montażu i produkcji. Mycie może również być elementem procesu przygotowania PCBA do nałożenia powłoki ochronnej. Należy jednak zwrócić uwagę, że istnieją komponenty takie jak mikrofony czy elementy elektromechaniczne, które mogą być wrażliwe na wilgoć i chemikalia używane podczas procesu mycia, co wyklucza niektóre projekty z tego procesu.
mycie płytek PCBAJest to opcjonalny proces zależny od indywidualnych wymagań projektu. Lakier chroni przed wilgocią i zmniejsza ryzyko rozrostu wąsów cynowych (whiskers), znacząco wydłużając żywotność produktu. W EAE Elektronik oferujemy standardowo trzy rodzaje lakierów. Najpopularniejszym są lakiery akrylowe, których utwardzanie polega na odparowaniu rozpuszczalników. Dzięki temu proces ten jest stosunkowo szybki i może zostać dodatkowo przyspieszony przez wygrzewanie płytek w piecu.
W przypadku zastosowań, w których wymagana jest podwyższona odporność na czynniki chemiczne, proponujemy lakiery poliuretanowe, utwardzane światłem UV. Natomiast tam, gdzie konieczna jest odporność na wysokie temperatury, wybierane są lakiery silikonowe. Selektywne nakładanie powłok konforemnych umożliwia zabezpieczenie tylko tych części, które tego wymagają, bez konieczności pokrywania całej powierzchni PCBA.
lakierowanie płytek PCBAW końcowych etapach produkcji zwykle następuje separacja paneli na pojedyncze płytki. Do tego procesu stosuje się specjalistyczne urządzenia do depanelizacji oraz narzędzia do wyłamywania mostków, co umożliwia precyzyjne oddzielenie PCBA bez ryzyka uszkodzeń.
Podczas montażu finalnego wykonuje się również programowanie układów oraz wszelkiego rodzaju testy ICT oraz testy funkcjonalne i jakościowe.
Ostatnim etapem produkcji jest zapakowanie gotowych wyrobów oraz przygotowanie ich do wysyłki.
Zrób pierwszy krok, napisz lub zadzwoń i porozmawiajmy o Twoim projekcie. Napisz jakie są Twoje oczekiwania. Przedstawimy Ci naszą ofertę i dobierzemy optymalne rozwiązanie.
skontaktuj się z nami
