PCB assemblageproces stroom

Wat is het PCB-assemblageproces?

PCB-assemblage (Printed Circuit Board Assembly, PCBA) is het volledige productieproces waarbij elektronische componenten op printplaten worden gemonteerd. Deze complexe en nauwkeurige procedure omvat meerdere kritieke stappen, waaronder het printen van soldeerpasta, het plaatsen van componenten, reflow solderen, kwaliteitsinspectie en nog veel meer, om uiteindelijk kale printplaten om te zetten in volledig functionele elektronische assemblages. Omdat elektronische producten steeds miniaturer worden en steeds betere prestaties leveren, stellen moderne printplaatassemblageprocessen steeds hogere eisen aan precisie en betrouwbaarheid.

7 belangrijke stappen in PCB assemblageproces

1. Soldeerpasta afdrukken: De precisiekritische eerste stap

Soldeerpasta printen is de primaire en meest fundamentele stap in PCB assemblage.Dit proces is vergelijkbaar met zeefdrukken, maar vereist een hogere precisie en maakt gebruik van sjablonen van roestvrij staal (meestal 0,1-0,15 mm dik).

Analyse van de samenstelling van soldeerpasta:
Moderne loodvrije soldeerpasta bestaat meestal uit:

• 96,5% Tin (Sn)
• 3% Zilver (Ag)
• 0,5% Koper (Cu)

Deze legeringcombinatie biedt uitstekende soldeerprestaties en mechanische sterkte. De pasta bevat ook vloeimiddel dat oxidelagen van metalen oppervlakken verwijdert, de oppervlaktespanning van soldeer vermindert en de vloei en bevochtiging van soldeer bevordert.

Precisie afdrukproces:

1. PCB wordt op de printertafel vastgezet met precisiebevestigingen
2. Stencil en PCB-pads zijn nauwkeurig uitgelijnd (meestal gecontroleerd binnen ±25 μm tolerantie)
3. De rakel beweegt onder de juiste hoek (meestal 60°) en druk (ongeveer 5-10kg) om soldeerpasta door de openingen van het sjabloon te duwen.
4. Tijdens het ontvouwen komt het stencil los van de printplaat, waardoor er alleen pasta achterblijft op de aansluitpinnen.

Kwaliteitscontrolepunten:

• Soldeerpastadikte consistentie (gemeten door laserdiktemeter)
• Nauwkeurigheid afdrukpositie
• Afwezigheid van brugvorming, onvoldoende soldeer of pieken

2.Plaatsing van SMT-onderdelen:Hoge-snelheidsprecisie “Pick and Place”

Na het afdrukken van soldeerpasta gaat de printplaat naar de productielijn voor SMT (Surface Mount Technology), waar snelle plaatsingsmachines de componenten nauwkeurig plaatsen.

Moderne plaatsingsmachinetechnologie:

• Plaatsingsnauwkeurigheid: ±25 μm (high-end apparatuur kan ±15 μm bereiken)
• Plaatsingssnelheid: 30.000-150.000 onderdelen per uur
• Minimale componentgrootte: Kan 01005-pakketten aan (0,4×0,2 mm) of kleiner

Stroom plaatsingsproces:

1. Toevoersysteem: Componenten geleverd via tape, buizen of trays
2. Vision-uitlijning:Hoge-resolutiecamera's identificeren vaste PCB-markeringen
3. Componenten ophalen:Vacuümmondstukken verzamelen onderdelen uit toevoersystemen
4. Inspectie van onderdelen:Sommige machines hebben camera's om polariteit en afmetingen te controleren.
5. Nauwkeurige plaatsing:Componenten geplaatst op soldeerpasta volgens geprogrammeerde coördinaten

Belangrijkste beïnvloedende factoren:

• Nauwkeurigheid toevoer componenten
• Keuze en onderhoud van spuitdoppen
• Status machinekalibratie
• Omgevingsregeling (meestal 23±3°C, 40-60% RH)

3.Reflow-solderen:Temperatuurprofiel bepaalt soldeerkwaliteit

Reflow-solderen is het kritieke proces waarbij soldeerpasta smelt om betrouwbare elektrische verbindingen te vormen, waarvoor een nauwkeurige regeling van het temperatuurprofiel nodig is.

Typisch Reflow-temperatuurprofiel:

1. Voorverwarmzone: Opvoeren met 1-3°C/s tot 150-180°C (activeert flux)
2. Weekzone:Handhaaf 140-180°C gedurende 60-90 seconden (egaliseert PCB/component temperatuur)
3. Reflow-zone:Snelle verwarming tot piektemperatuur 235-245°C (30-60 seconden aangehouden)
4. Koelzone:Gecontroleerde koeling onder 4°C/s (voorkomt thermische schok)

Vergelijking van reflow-oventypes:

• Convectieoven: Beste uniformiteit, geschikt voor complexe printplaten
• Infrarood oven:Hoog verwarmingsrendement, maar kan schaduweffecten veroorzaken
• Dampfase-oven:Uitstekende uniformiteit maar hogere kosten, voornamelijk voor militaire producten

Dubbelzijdige PCB Speciale behandeling:
Voor dubbelzijdige SMT PCB's is het gebruikelijk om de kant met de lichtere componenten eerst te solderen. Zorg er tijdens de tweede reflow voor dat eerder gesoldeerde componenten de temperatuur kunnen weerstaan.

4.Kwaliteitsinspectie:Meerdere verdedigingen zorgen voor betrouwbaarheid

Na het solderen ondergaan PCB's strenge kwaliteitsinspecties, waaronder:

4.1 Handmatige visuele inspectie

• Toepassingen: Productie van kleine aantallen, controle op nabewerking
• Controles:Ontbrekende/verkeerde onderdelen, omgekeerde polariteit, duidelijke soldeerdefecten
• Beperkingen:Lage efficiëntie, gevoelig voor vermoeidheid, alleen zichtbare verbindingen

4.2 Geautomatiseerde optische inspectie (AOI)

• Principe: Multi-hoek high-res camera's vergelijken met gouden monsters
• Mogelijkheden:Soldeervolume, brugvorming, verkeerde uitlijning van componenten
• Voordelen:Snel (meestal 3-10 seconden/bord), consistent
• Specificaties:20μm resolutie, <5% vals alarm tarief

4.3 Röntgeninspectie (AXI)

• Toepassingen: BGA, QFN en andere verborgen verbindingen
• Mogelijkheden:Soldeerbalintegriteit, leemtes, laaguitlijning
• Systemen:2D-röntgen (lagere kosten), 3D-röntgen (tomografie)

Statistische procesbeheersing (SPC):
Moderne PCBA-fabrieken voeren inspectiegegevens in real-time terug en gebruiken SPC-methoden om de processtabiliteit te bewaken en batchdefecten te voorkomen.

5.Assemblage van componenten door gaten:Traditionele technologie in moderne toepassingen

Hoewel SMT domineert, hebben veel printplaten nog steeds THT-componenten (Through-Hole Technology) nodig, met name connectoren en apparaten met hoog vermogen.

Twee belangrijke soldeermethodes:

5.1 Golfsolderen

• Proces: Inbrengen→lijm fixeren→golfsolderen→reinigen
• Golfsoorten:Enkele golf (λ golf), dubbele golf (turbulent+vlak)
• Temperatuur:Soldeerpot gehandhaafd op 250-260°C
• Toepassingen:Hoge volumes enkelzijdige printplaten met gemengde technologie

5.2 Selectief solderen

• Principe: Gelokaliseerd solderen voor specifieke doorvoergaten
• Voordelen:Minimale thermische impact, ideaal voor dubbelzijdige printplaten
• Varianten:Lasersolderen, magnetron, soldeerrobots

Handsolderen:

• Temperatuurregeling: 300-350°C afhankelijk van de grootte van het onderdeel
• Duur: 2-3 seconden per gewricht om schade te voorkomen
• Soldeervolume: Vorm ongeveer 45° conische filets

6.Functioneel testen:Ontwerpconformiteit verifiëren

Functioneel testen is het laatste kwaliteitscontrolepunt, waarbij de prestaties van het product worden gevalideerd.

Algemene testmethoden:

6.1 In-circuit test (ICT)

• Gebruikt een “spijkerbed” armatuur om contact te maken met testpunten
• Controles: Kortsluitingen, openingen, componentwaarden, basisfuncties
• Voordelen:Nauwkeurige lokalisatie van fouten, snel testen

6.2 Functionele circuittest (FCT)

• Simuleert werkelijke bedrijfsomstandigheden
• Voert testsignalen in, controleert uitgangen
• Kan integreren met automatisering voor 100% testen

6.3 Grenswaarde scantest

• Voor PCB's met hoge dichtheid en ontoegankelijkheid
• Gebruikt JTAG-interface
• Ideaal voor programmeerbare apparaten (FPGA, CPLD)

Testdekkingsanalyse:
Uitstekende testplannen moeten >90% van de potentiële faalwijzen afdekken, geoptimaliseerd door middel van Failure Mode and Effects Analysis (FMEA).

7.Reiniging en bescherming:De sleutel tot een duurzaam product

Moderne elektronica&#8217s hoge betrouwbaarheidseisen maken reiniging steeds kritischer.

Opties voor reinigingsproces:

7.1 Waterige reiniging

• Gebruikt gedeïoniseerd water (weerstand >1MΩ-cm)
• Kan milieuvriendelijke schoonmaakmiddelen toevoegen
• Geschikt voor de meeste conventionele elektronica

7.2 Reinigen met oplosmiddelen

• Gebruikt alcohol of koolwaterstof oplosmiddelen
• Sterk reinigend vermogen, snel drogend
• Vereist veiligheids- en milieuvoorzorgsmaatregelen

7.3 Proces zonder reiniging

• Gebruikt soldeerpasta met weinig residu en geen reiniging
• Moet nog steeds voldoen aan de normen voor ionische reinheid (<1,56μg/cm² NaCl-equivalent)

Conforme coating:
Voor toepassingen in ruwe omgevingen:

• Acryl: Gemakkelijk aan te brengen en te bewerken
• Polyurethaan: Uitstekende chemische weerstand
• Silicone: Superieure prestaties bij hoge temperaturen

Moderne assemblagetrends voor PCB's

HDI-technologie (hoge dichtheid)

• Fijnere lijnen (<50μm)
• Microviadetechnologie (blinde/ingegraven vias)
• Interconnectie tussen alle lagen

Productie van flexibele elektronica

• Flexibel substraat
• 3D montage van gebogen oppervlakken
• Rekbare elektronische schakelingen

Transformatie van slimme productie

• Digitale tweelingtoepassingen
• AI-gestuurde kwaliteitsinspectie
• Adaptieve productiesystemen

Eisen voor groene productie

• Loodvrije halogeenvrije materialen
• Energie-efficiënte processen
• Recycling van afval

Veelvoorkomende PCB-assemblageproblemen en oplossingen

Conclusie

PCB-assemblage is het kritieke productieproces dat ontwerpen omzet in fysieke producten, waarbij materiaalkunde, precisiemechanica, automatisering en nog veel meer worden geïntegreerd. Naarmate elektronica complexer wordt, evolueren moderne PCBA-processen naar meer precisie, efficiëntie en intelligentie. Het beheersen van de complete assemblageworkflow en de belangrijkste controlepunten is essentieel voor het waarborgen van kwaliteit en productiviteit. Of het nu gaat om lage volumes, hoge mix of massaproductie, het selecteren van geschikte procesroutes en kwaliteitsmethoden op basis van productkenmerken blijft van fundamenteel belang.