PCB Montaj Teknolojisi

PCB Montaj Teknolojisine Genel Bakış

Baskılı devre kartı (PCB) montajı, elektronik bileşenlerin bir PCB üzerine monte edilmesi ve modern elektronik ürünlerin üretiminde temel bağlantı olan bir elektrik bağlantısı oluşturma işlemidir.Elektronik ürünlerin minyatürleştirme ve yüksek performans yönünde gelişmesiyle birlikte PCB montaj teknolojisi de gelişmektedir.Şu anda, ana akım PCB montaj teknolojisi temel olarak delikten montaj teknolojisi (THT), yüzey montaj teknolojisi (SMT), hibrit montaj teknolojisinin yanı sıra manuel ve mekanik kurulum ve diğer formları içerir.

PCB montajı sadece alt tabakaya sabitlenmiş basit bir bileşen değil, aynı zamanda malzeme bilimi, hassas makineler, termodinamik ve elektronik ve diğer disiplinler arası süreçleri içeren karmaşık bir süreçtir. Uygun montaj teknolojisinin seçimi ürün güvenilirliğini, üretim maliyetlerini ve pazar rekabetçiliğini doğrudan etkiler. İstatistiklere göre, 2023 yılında küresel PCB montaj pazar büyüklüğü yaklaşık 80 milyar ABD dolarına ulaşmıştır ve 2028 yılına kadar yaklaşık %6,5'lik bir yıllık bileşik büyüme oranıyla 120 milyar ABD dolarına ulaşması beklenmektedir.

Delik İçi Teknolojisi (THT)

Delikten Montaj Teknolojisi (THT) en eski PCB montaj yöntemlerinden biridir ve hala belirli alanlarda önemli bir rol oynamaktadır.THT teknolojisinin temel prensibi, bileşenlerin pimlerini PCB üzerindeki önceden delinmiş deliklere yerleştirmek ve ardından bunları PCB'nin diğer tarafındaki yerine lehimlemektir.

THT Teknoloji Özellikleri

THT teknolojisi birkaç önemli özelliğe sahiptir: ilk olarak, büyük fiziksel ve termal gerilimlere dayanabilen çok güçlü bir mekanik bağlantı oluşturur, bu da THT'yi havacılık, askeri ekipman ve endüstriyel kontrol sistemleri gibi yüksek güvenilirlik gerektiren uygulama senaryoları için özellikle uygun hale getirir. İkinci olarak, THT bileşenleri genellikle manuel çalıştırma ve bakımı kolaylaştıran geniş pim aralığına sahiptir. IPC standartlarına göre, yaygın THT bileşenleri 2,54 mm (0,1 inç) pim aralığına sahipken, bazı yüksek güçlü bileşenler 5,08 mm veya daha fazla aralığa sahip olabilir.

THT Süreç Akışı

Tipik bir THT süreç akışı aşağıdaki adımlardan oluşur:

1. Bileşen Ekleme: Bileşen pimlerini PCB delikleri ile manuel veya otomatik olarak hizalayın ve yerleştirin
2. Pim Bükme: Bileşenin düşmesini önlemek için pimler genellikle hafifçe dışa doğru bükülür
3. Dalga lehimleme: PCB bir dalga lehimleme makinesinden geçer, erimiş lehim bir lehim bağlantısı oluşturmak için alttan tüm pimlere temas eder.
4. Pim Düzeltme: Aşırı uzun pimleri kesmek için özel bir alet kullanın.
5. Temizlik ve Denetim: Akı kalıntısı giderilir ve görsel veya otomatik optik inceleme gerçekleştirilir.

THT Teknolojisinin Avantajları ve Sınırlamaları

Ana avantaj THT teknolojisinin en önemli özelliği mükemmel mekanik dayanımı ve güvenilirliğidir. Araştırma verilerine göre, THT lehim bağlantılarının titreşimli ortamlardaki arıza oranı SMT lehim bağlantılarına göre yaklaşık -40 daha düşüktür. Buna ek olarak, THT teknolojisi bileşen boyutunda daha az kısıtlamaya sahiptir ve elektrolitik kapasitörler, transformatörler ve yüksek güçlü dirençler gibi yüksek güçlü, yüksek voltajlı bileşenler için uygundur.

Ancak, THT teknolojisinin de belirgin özellikleri vardır sınırlamalar: daha düşük üretim verimliliği, modern yüksek hızlı THT geçmeli makine hızı saatte yaklaşık 20.000-30.000 bileşen, SMT mounter'dan çok daha düşük; PCB'nin çok sayıda geçiş deliği açması gerekir, bu da kart üretim maliyetini artırır; elektronik ürünlerin minyatürleştirilmesinin gelişimini sınırlayan yüksek yoğunluklu montaj elde edemez.

THT Uygulama Senaryoları

SMT teknolojisi ana akım haline gelmiş olsa da, THT aşağıdaki alanlarda hala önemli bir konumdadır:

• Yüksek güvenilirlik gereksinimleri olan askeri ve havacılık elektronik ekipmanları
• Yüksek güçlü güç kaynakları ve güç elektroniği
• Sık takma ve çıkarma gerektiren konektör tertibatları
• Eğitim deneyleri ve prototip oluşturma
• Özel ortamlarda kullanılan elektronik ekipmanlar (örn. yüksek sıcaklık, yüksek nem ortamları)

Yüzey Montaj Teknolojisi (SMT)

Yüzey Montaj Teknolojisi (SMT), günümüzde PCB montajı için ana akım teknolojidir ve elektronik üretiminin yüzünde devrim yaratmaktadır.SMT teknolojisi, bileşenleri doğrudan PCB yüzeyindeki pedlere monte eder ve yeniden akış işlemi yoluyla elektriksel ve mekanik bağlantıları gerçekleştirir.

SMT Teknoloji Devrimi

SMT teknolojisinin ortaya çıkışı, elektronik imalat endüstrisinde üç büyük devrimi** beraberinde getirmiştir: birincisi, boyut devrimi, SMT bileşen boyutu THT bileşenlerinden% 60-70 daha küçük olabilir, böylece cep telefonları, akıllı saatler ve diğer ultra taşınabilir cihazlar mümkün hale gelir; ikincisi, verimlilik devrimi, modern SMT üretim hatları saatte 100.000'den fazla bileşen monte edilebilir; ve son olarak, maliyet devrimi, SMT PCB delme işlemini azaltır, malzeme tüketimini azaltır. malzeme tüketimi.

SMT temel süreç adımları

1. Lehim Pastası Baskısı: Paslanmaz çelik şablonlar, lehim pastasını PCB pedlerine doğru bir şekilde basmak için kullanılır. Lehim pastası, viskozitesi ve metal içeriği sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gereken küçük lehim parçacıklarının (genellikle Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5 alaşımı) ve akının bir karışımıdır. Çalışmalar, lehim pastası baskısının kalitesinin SMT lehimleme kusurlarının yaklaşık 'ini doğrudan etkilediğini göstermiştir.
2. Bileşen yerleşimiVakum nozulu aracılığıyla yüksek hızlı mounter, SMD bileşenlerini lehim pastası üzerinde doğru bir şekilde yerleştirecektir.Modern yerleştirme makinelerinin konumlandırma doğruluğu ±25μm'ye ulaşabilir ve maksimum hız saatte 150.000 bileşeni aşar.0201 (0.6mm × 0.3mm) veya daha küçük boyutlu bileşenler ana akım haline gelmiştir.
3. Reflow Lehimleme: PCB'ler yeniden akış fırınından dört sıcaklık bölgesinden geçer: ön ısıtma, ıslatma, yeniden akış ve soğutma. Tipik kurşunsuz lehim tepe sıcaklığı yaklaşık 240-250 ℃, zaman kontrolü 60-90 saniyedir. Sıcaklık profilinin hassas kontrolü, "mezar taşı etkisi" ve "lehim topları" gibi kusurları önlemek için gereklidir.

SMT teknolojisinin avantajları

Çekirdek avantajlar SMT teknolojisinin bir yansımasıdır:

• Yüksek yoğunluklu entegrasyon:BGA ve CSP paketleri 0,4 mm ve altında bir adımla gerçekleştirilebilir.
• **Mükemmel yüksek frekans özellikleri **: Yüksek frekanslı devreler için uygun, küçük parazitik parametrelere sahip SMD bileşenleri
• Yüksek derecede otomasyonBaskıdan teste kadar tam otomatik üretim gerçekleştirilebilir
• Çift taraflı montaj özelliğiPCB alanının tam kullanımı, montaj yoğunluğunun artırılması

SMT'nin karşılaştığı zorluklar

Bariz avantajlarına rağmen, SMT teknolojisi bazı sorunlarla karşı karşıyadır zorluklar:

• Minyatürleştirme, algılamada artan zorlukları da beraberinde getirir. Bir 01005 (0,4 mm x 0,2 mm) bileşen tespiti için 3D SPI ekipmanı gerekir
• Kurşunsuz lehimlemenin daha yüksek sıcaklıkları, bileşenlere ve PCB malzemelerine daha yüksek gereksinimler getirmektedir
• Çatlak lehim bağlantıları, yanlış lehimleme vb. gibi ultra ince hatveli lehimleme güvenilirliği sorunları.
• Özellikle alttan dolgulu BGA bileşenleri için yeniden işleme zordur.

SMT Teknoloji Trendleri

SMT teknolojisi gelişmeye devam ediyor ve ana gelişim yönleri şunları içeriyor:

• Ultra ince hatve teknolojisi: 0,3 mm veya daha az aralıklı CSP ve POP paketleriyle başa çıkmak için.
• 3D SMT teknolojisi: istifleme yoluyla üç boyutlu entegrasyon
• Düşük sıcaklıkta SMT işlemi: esnek alt tabakalara ve ısıya duyarlı bileşenlere uyum sağlama
• Akıllı SMT hattıKestirimci bakım ve kalite kontrol için yapay zeka ve IoT teknolojilerinin birleştirilmesi

Hibrit montaj teknolojisi tamamen analiz edildi

Hibrit montaj teknolojisi modern karmaşık elektronik ürünlerde yaygın olarak kullanılan THT ve SMT teknolojisinin organik bir kombinasyonudur. İstatistiklere göre, endüstriyel kontrol kartlarının yaklaşık 'i ve otomotiv elektronik kartlarının 'si hibrit montaj teknolojisini kullanmaktadır.

Hibrit montaj ihtiyacı

Bu temel neden Hibrit montaj teknolojisinin doğuşu, elektronik ürünlerin işlevlerinin çeşitlendirilmesinde yatmaktadır. Örnek olarak tipik bir endüstriyel kontrolör ele alındığında, yüksek yoğunluklu dijital devreleri gerçekleştirmek için hem SMT teknolojisine hem de yüksek güçlü röleler ve sağlam konektörler kurmak için THT teknolojisine ihtiyaç duyulmaktadır. Tıbbi cihazlardaki karışık kullanım durumları, SMT kısmının kart alanının -80'ini kapladığını, ancak THT kısmının kritik sinyal arayüzü ve güç yönetimi işlevlerini üstlendiğini göstermektedir.

Karma montaj işlem sırası

Bu süreç sırası Karışık montaj için son ürünün kalitesi kritik önem taşır ve iki yaygın yol vardır:

• SMT Öncelikli Rota:

• Komple SMT yüz baskısı, yerleştirme ve yeniden akış
• THT bileşen ekleme için PCB'yi çevirin
• Dalga lehimleme THT yüzeyi (lehimlenmiş SMT bileşenlerini korumak gerekir)
• Dalga lehimlemeye dayanamayan SMT bileşenlerinin manuel lehimlenmesi

• THT Öncelikli Güzergah:

• Önce THT bileşenlerini yerleştirin, ancak henüz lehimlemeyin
• SMT yüz baskısı, yerleştirme ve yeniden akış gerçekleştirin.
• Sonunda seçici dalga lehimleme veya manuel lehimleme.

Çalışmalar, SMT-ilk rotasının birleşik veriminin THT-ilk rotasından yaklaşık %5-8 daha yüksek olduğunu, ancak daha karmaşık süreç tasarımı ve fikstür koruması gerektirdiğini göstermiştir.

Hibrit Montaj Tasarım Esasları

Başarılı bir hibrit montaj tasarımı birkaç hususun dikkate alınmasını gerektirir anahtar faktörler:

• Bileşen yerleşim stratejisi: THT bileşenleri, sonraki lehimleme işlemlerini kolaylaştırmak için merkezi olarak yerleştirilmelidir
• Termal yönetim tasarımı: THT lehimlemenin komşu SMT bileşenlerini termal hasardan koruması gerekir.
• Süreç uyumluluğu: İkincil yeniden akış sıcaklıklarına dayanabilen THT bileşenlerini seçin
• Maliyet dengesi: Maliyeti düşürmek için hangi THT bileşenlerinin SMT versiyonları ile değiştirilebileceğini değerlendirin.

Hibrit kurulumlar için tipik uygulamalar

Hibrit montaj teknolojisi aşağıdaki alanlarda üstünlük sağlar:

• Otomotiv elektroniği: SMT mikro denetleyicileri ve THT güç cihazlarını birleştiren motor kontrol üniteleri (ECU'lar)
• Endüstriyel ekipman: PLC modüllerinde SMT mantık devreleri ve THT röleleri / konnektörleri
• Tıbbi ElektronikTHT yüksek gerilim izolasyon bileşenleri ile SMT sinyal işleme devreleri
• Havacılık ve Uzay: Sertleştirilmiş THT arayüz bileşenlerine sahip SMT dijital sistemler

Manuel ve Mekanik Montaj Karşılaştırmalı Analizi

Ana akım THT ve SMT teknolojilerine ek olarak, Manuel montaj ve Mekanik montaj her biri farklı üretim senaryoları için geçerli olan PCB montajının önemli tamamlayıcı araçlarıdır.

Manuel montaj teknolojisi

Manuel montaj en ilkel PCB montaj yöntemidir ve hala belirli durumlarda bir rol oynamaktadır. Manuel lehimleme teknolojisi iki kategoriye ayrılabilir: temel manuel lehimleme ve hassas manuel lehimleme.

Temel el lehimleme sıradan bir havya kullanır ve aşağıdakiler için uygundur:

• Prototipleme ve Ar-Ge aşamaları
• Küçük seri üretim (genellikle <100 adet/ay)
• Büyük boyutlu bileşenlerin montajı
• Saha onarımları ve modifikasyonları

Hassas el lehimleme için bir mikroskop ve mikro ince bir havya ucu gerekir:

• 0402 ve altı boyuttaki bileşenlerin yeniden işlenmesi
• BGA ve QFN paketlerinin yeniden toplanması
• Havacılık ve uzay sınıfı ürünlerin yüksek güvenilirlikte lehimlenmesi
• Şekilli bileşenlerin özel olarak işlenmesi

Bu bi̇ri̇nci̇l avantajlar manuel montaj esneklik ve düşük maliyetlidir, ancak sınırlamalar zayıf tutarlılık (çalışmalar, manuel lehim bağlantılarındaki hata oranının otomatik lehimlemeye göre 3-5 kat daha yüksek olduğunu göstermiştir), verimsizlik (vasıflı işçiler saatte yaklaşık 200-300 lehim bağlantısı tamamlar) ve operatör becerisine bağımlılık.

Mekanik montaj teknolojisi

Mekanik montaj aşağıdakileri temsil eder yüksek otomasyonlu PCB montajının yönü, esas olarak dahil olmak üzere:

• Otomatik Yerleştirici (AI): THT bileşenlerini saatte 45.000 bileşene kadar yüksek hızlarda yerleştirir
• Seçici Dalga Lehimleme: termal şoku en aza indirmek için lehimleme alanının hassas kontrolü
• Otomatik Optik Muayene (AOI): 0 lehim bağlantı kalitesi denetimi gerçekleştirir
• Robotik montaj hücresiŞekilli bileşenlerin esnek kullanımı

Bu temel değer mekanik montaj yatıyor:

• Ultra yüksek verimlilik: bir tam otomatik SMT hattı günde binlerce karmaşık PCB üretebilir
• Mükemmel tutarlılık:CPK değerleri 1,67 veya daha fazla
• İzlenebilirlik:Kolay kalite analizi için tam veri kaydı
• Uzun vadeli maliyet avantajı: İlk yatırım yüksek olsa da, yüksek hacimlerde parça başına maliyet önemli ölçüde daha düşüktür.

Doğru PCB montaj tekniği nasıl seçilir?

Aşağıdakiler Temel Faktörler manuel veya mekanik kurulum arasında seçim yaparken göz önünde bulundurulmalıdır:

Sonuç

Elektronik üretimin temel halkası olan PCB montaj teknolojisi, saf bir üretim sürecinden malzeme bilimi, hassas makineler, termodinamik ve akıllı algoritmaları entegre eden kapsamlı bir teknoloji sistemine dönüşmüştür.THT, SMT ve hibrit montaj gibi ana akım teknolojilerin derinlemesine analizi sayesinde, elektronik üretim teknolojisinin gelişim yörüngesini ve gelecekteki yönünü görebiliriz.

Teknoloji entegrasyonu gelecekteki gelişimin ana teması haline gelecek, geleneksel sınırlar giderek bulanıklaşacaktır. Örneğin, yeni "yarım delik" teknolojisi THT'nin güvenilirliğini ve SMT'nin yüksek yoğunluk avantajlarını birleştiriyor; 3D baskı elektronik teknolojisi mevcut montaj modelinde devrim yaratabilir. Prismark’ın tahminine göre, 2028 yılına kadar SMT, küresel PCB montaj pazarının% 85'ini oluşturacak, ancak THT belirli alanlarda% 10-15'lik bir payı koruyacak ve hibrit montaj teknolojileri karmaşık endüstriyel ürünlerde büyümeye devam edecek.

Sürdürülebilirlik Teknoloji inovasyonunu teşvik etmek için baskı.

• Halojen içermeyen kurşunsuz montaj süreçleri
• Düşük sıcaklıklı, enerji tasarruflu üretim teknolojileri
• Geri dönüştürülebilir tasarım çözümleri
• Biyolojik olarak parçalanabilen elektronik malzemeler

Önümüzdeki beş yıl içinde, yeşil montaj teknolojilerinin pazara erişim için temel bir gereklilik haline gelmesi muhtemeldir.