PCBA (Printed Circuit Board Assembly), also bekannt als Elektronikmontage, ist ein Prozess, bei dem elektronische Komponenten auf die Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) montiert werden. Wenn Sie eine Leiterplatte betrachten, haben Sie sich jemals gefragt, wie die Chips und anderen Komponenten fest auf der Platte haften? Das muss während des PCBA-Prozesses erreicht werden. Nicht nur sind die Komponenten physisch auf der Platte befestigt, sondern auch die elektrische Verbindung zwischen der Platte und den elektronischen Komponenten wird während des PCBA-Prozesses hergestellt.
PCBA-Prozess
- Lötpasten-Schablonieren
Nachdem eine nackte Leiterplatte hergestellt wurde, bleiben Pads ohne Lötstoppmaske für die SMT (Surface Mount Technology) frei.
Die Lötpaste wird während dieses Prozesses auf die Pads aufgetragen, bevor die elektronischen Komponenten darauf platziert werden. Die Paste besteht aus 96,5% Zinn, 3% Silber und 0,5% Kupfer. Sie erleichtern später die physikalischen und elektrischen Verbindungen zwischen den Geräten/Komponenten und der Platte.
Eine professionelle Lötpasten-Schabloniermaschine kann die Leiterplatte halten und eine präzise Menge Paste auf die vorgesehenen Bereiche auftragen. Während die Maschine die Paste über die Schablone verteilt, wird die Paste gleichmäßig auf die Pads aufgetragen. Die Lötpastenschablone ist ein Metallblech wie Edelstahl oder Nickel, das sehr genau gemäß der Lötpastenlage des PCB-Layoutdesigns geschnittene Löcher hat.
- Bestücken und Platzieren
Nachdem die Lötpaste aufgetragen wurde, geht die Leiterplatte zu einer Bestückungsmaschine. Ein robotisches Gerät platziert SMDs sehr schnell auf der Platte. Sie sind für jedes Projekt vorprogrammiert, sodass sie wissen, wo die Komponenten platziert werden müssen.
Heutzutage werden die Komponenten immer kleiner. Bestückungsmaschinen haben eine Kapazität für die kleinsten Komponenten, die sie aufnehmen können. Wenn Ihre Komponenten zu klein sind, benötigen Sie möglicherweise eine spezielle Maschine für den Bestückungsprozess.
- Reflow-Löten
Sobald die Lötpaste und SMDs alle an ihrem Platz sind, folgt der Reflow-Lötprozess. Während die Paste fest wird, werden die SMDs fest auf der Platte gehalten.
Dieser Prozess wird in einem Reflow-Ofen durchgeführt, in dem eine Reihe von Heizern die Platte allmählich auf 250 Grad Celsius erhitzen. Dann wird die Lötpaste richtig geschmolzen. Danach bewegt sich die Leiterplatte weiter durch den Ofen und kühlt allmählich ab. Dann wird die Paste kontrolliert abgekühlt und verfestigt.
- Inspektion und Qualitätskontrolle
Sobald der SMT-Prozess abgeschlossen ist, erfolgt eine Inspektion, die die physikalischen und elektrischen Verbindungen zwischen den Geräten und der Platte untersucht. Schlechte Lötverbindungen führen oft zu ernsthaften Qualitätsproblemen.
Automatische optische Inspektion (AOI) ist eine häufige Inspektion für große Chargen von PCBAs. Eine AOI-Maschine verfügt über eine Reihe von Kameras zur Untersuchung von Leiterplatten. Die Kameras sind in verschiedenen Winkeln angeordnet, um Lötverbindungen zu betrachten. Da verschiedene Qualitätslötverbindungen das Licht unterschiedlich reflektieren, kann die AOI-Maschine schlechte Lötstellen erkennen.
Die fehlerhaften Platten werden zurückgeschickt, um gereinigt und nachgearbeitet oder je nach Standardanforderung verworfen zu werden.
- Durchgangsbohrung-Komponenten-Einfügung
Abgesehen von den Pads werden auch Plated Through-Holes (PTH) auf der Leiterplatte für den Durchgangsbohrung-Komponenten-Einfügungsprozess freigelassen, wenn eine Leiterplatte PTH-Komponenten benötigt. Ein PTH ist ein durch die Platte plattierter Durchgang. PTH-Komponenten können Signale von einer Seite zur anderen übertragen.
Der Prozess der PTH-Komponentenmontage erfordert mehr Arbeitskraft, da die Komponenten manuell auf die Platte eingesetzt werden müssen. Normalerweise setzt in der PTH-Komponenten-Einfügungsreihe ein Arbeiter nur eine Komponente ein, und dann wird die Platte an einen anderen Arbeiter weitergegeben, um eine weitere Komponente einzusetzen. Dies geht so weiter, bis alle Komponenten in die Platte eingesetzt sind.
- Wellenlöten
Eine Wellenlötmaschine besteht aus einem Flussmittelapplikator, einem Vorheiztunnel und einem Löttopf mit einer Pumpe. Die Maschine eignet sich gut für die Massenproduktion, da sie das manuelle Löten eliminiert, was zu schnellerer Produktion und höherer Qualität führt.
Sobald alle PTH-Komponenten an ihrem Platz sind, werden die Platten auf das Förderband einer Wellenlötmaschine geladen. Zuerst wird das Flussmittel auf die Verbindungen auf der Unterseite der Leiterplatte aufgetragen. Dann durchlaufen die Platten einen Heiztunnel, um die Platte vorzuheizen und das Flussmittel zu aktivieren. Wenn die Platten den Heiztunnel verlassen, startet die Wellenpumpe, und das Förderband trägt die Platten weiter, sodass sie der Welle des geschmolzenen Lötmittels darunter ausgesetzt werden. Während die Platte entlang der Kante der Lötwelle gleitet, werden alle der Welle ausgesetzten Verbindungen während des Durchlaufs gelötet.
Fertige Platten verlassen dann die Maschine und kühlen ab, um entfernt zu werden.
Allerdings ist Wellenlöten möglicherweise nicht für doppelseitige Leiterplatten geeignet, da die Welle andere Komponenten auf derselben Seite beschädigen kann.
- Endinspektion und Funktionstest
Nachdem SMDs und PTH-Komponenten alle platziert sind, erfolgt eine Endinspektion, um die Funktionalität der Leiterplatte zu testen.
Der Test setzt die Leiterplatte einem Simulationstest aus. Strom und simulierte Signale werden durch die Platte geleitet, sodass die elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte gezeigt werden, wenn die Platte unter normalen Umständen läuft.
Wenn irgendwelche elektrischen Eigenschaften, einschließlich Spannung, Strom oder Signalausgang, unzulässige Schwankungen zeigen oder Spitzen außerhalb eines vorgegebenen Bereichs erreichen, hat die Leiterplatte den Test nicht bestanden.
Dies ist der letzte und wichtigste Schritt im Leiterplattenmontageprozess, da er den Erfolg oder Misserfolg des gesamten PCBA-Prozesses bestimmt.
Nach PCBA
Es gibt einen letzten Schritt nach der Inspektion. Nach der Montage gibt es Flussmittelrückstände von der Lötpaste, Öle und Schmutz von den Fingern. Die fertige Platte kann etwas schmutzig aussehen. Daher ist eine Reinigung erforderlich. Während der Reinigung wird ein Edelstahl-Hochdruckwaschgerät mit deionisiertem Wasser verwendet, um Rückstände von Leiterplatten zu entfernen. Da das Wasser deionisiert ist, kann es die Platte nicht beschädigen. Schließlich wird die saubere Platte getrocknet und verpackt.
