แอสเซมบลี PCB คืออะไร？

การประกอบ PCB คืออะไร?

การประกอบ PCBหมายถึง กระบวนการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด เช่น ตัวต้านทาน ทรานซิสเตอร์ ไดโอด ฯลฯ ลงบนแผงวงจรพิมพ์ และวิธีการประกอบอาจเป็นแบบบังคับด้วยมือหรือแบบกลไกก็ได้   ผู้คนมักสับสนระหว่างการประกอบ PCB กับการผลิต PCB เนื่องจากเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง   สำหรับการผลิต PCB นั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่หลากหลายมาก รวมถึงการออกแบบและการสร้างต้นแบบ ในขณะที่การประกอบแผงวงจรพิมพ์เริ่มต้นหลังจากการประดิษฐ์ PCB และทั้งหมดนี้เกี่ยวกับการจัดวางส่วนประกอบ

เทคโนโลยีการประกอบ PCB 3 ประเภท

ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ทำให้การประกอบ PCB มีความเป็นไปได้มากขึ้น   ขณะนี้มีเทคโนโลยีการประกอบที่ใช้กันทั่วไปสามแบบ หนึ่งคือ SMT (เทคโนโลยี Surface Mount) อันที่สองคือ THT (เทคโนโลยี Thru-Hole) และอันที่สามเป็นการรวมกันของสองอันแรก

เทคโนโลยีการยึดพื้นผิว

การประกอบ SMT PCB

การประกอบ SMT ส่วนใหญ่ประกอบโดยการบัดกรีอุปกรณ์ยึดพื้นผิว (SMD) บน PCB   เนื่องจากแพ็คเกจมาตรฐานของส่วนประกอบ SMD มีขนาดเล็ก กระบวนการทั้งหมดจึงต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าข้อต่อบัดกรีมีความแม่นยำสูงและอุณหภูมิที่เหมาะสม   โชคดีที่ SMT เป็นเทคโนโลยีการประกอบแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ ซึ่งจะหยิบส่วนประกอบแต่ละส่วนและวางลงบน PCB โดยอัตโนมัติด้วยความแม่นยำสูง

เทคโนโลยีทรู-โฮล

THT เป็นเทคโนโลยีการประกอบ PCB แบบดั้งเดิม โดยผู้ติดตั้งจะแทรกชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวเก็บประจุ คอยล์ และตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่เข้าไปในแผงวงจรผ่านรู   เมื่อเปรียบเทียบกับ SMT การติดตั้งแบบรูทะลุทำให้สามารถประกอบส่วนประกอบขนาดใหญ่ได้ และให้พันธะทางกลที่แข็งแกร่งกว่า ซึ่งเหมาะสำหรับการทดสอบและสร้างต้นแบบมากกว่าด้วย   เพิ่มเติม THT PCB Assembly>>

เทคโนโลยีการประกอบ PCB แบบผสม

สินค้าอิเล็กทรอนิกส์มักถูกออกแบบให้มีขนาดเล็กลงและมีฟังก์ชั่นการใช้งานมากขึ้น จึงมีความต้องการเพิ่มมากขึ้นการประกอบแผงวงจรพิมพ์-  ผู้คนจำเป็นต้องประกอบวงจรที่มีความซับซ้อนสูงในพื้นที่จำกัด เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุผลที่ต้องการโดยใช้เพียง SMD หรือ PTH เราจำเป็นต้องรวมเทคโนโลยี SMT และ THT   เมื่อใช้เทคโนโลยีการประกอบ PCB แบบผสม ต้องทำการปรับเปลี่ยนที่เหมาะสมเพื่อให้การบัดกรีและการประกอบง่ายขึ้น

กระบวนการประกอบ PCB

ขั้นตอนที่ 1: การบัดกรีวางลายฉลุ

ในขั้นตอนแรก จะมีการบัดกรีครีมประสานกับบอร์ด  เนื้อบัดกรีเป็นสีเทาและประกอบด้วยลูกบอลโลหะเล็กๆ ที่ประกอบด้วยดีบุก 96.5% เงิน 3% และทองแดง 0.5% ต้องแน่ใจว่าใช้ในปริมาณที่ได้รับการควบคุมและตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ทาในตำแหน่งที่แน่นอน  ในกการประกอบ PCBเส้น แผงวงจรพิมพ์ และสเตนซิลบัดกรีจะถูกจับโดยแคลมป์เชิงกล และปริมาณของบัดกรีที่แน่นอนจะถูกนำไปใช้กับพื้นที่ที่ต้องการ  เครื่องจะใช้สารละลายกับลายฉลุจนกว่าจะครอบคลุมพื้นที่เปิดแต่ละแห่งเท่าๆ กัน   ในที่สุด เมื่อเราลบลายฉลุออก เราจะเห็นว่าสารบัดกรียังคงอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 2: เลือกและวาง

ในขั้นตอนที่สอง เราจำเป็นต้องใช้เครื่องหยิบและวางที่สามารถวางส่วนประกอบที่ยึดบนพื้นผิวบนแผงวงจรพิมพ์ได้โดยอัตโนมัติ   ปัจจุบันส่วนประกอบ SMD ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน PCB ประเภทต่างๆ ซึ่งสามารถประกอบได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง  ในอดีต การเลือกและวางจะดำเนินการด้วยตนเอง และผู้ประกอบจำเป็นต้องให้ความสนใจอย่างมากในระหว่างกระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง  แม้ว่าการหยิบและวางอัตโนมัติจะดำเนินการโดยหุ่นยนต์ที่สามารถทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันโดยไม่เกิดความเมื่อยล้า แต่ก็ช่วยเพิ่มความสามารถในการผลิตและลดข้อผิดพลาดได้อย่างมาก   เครื่องจะหยิบแผงวงจรพิมพ์ด้วยด้ามจับสุญญากาศ จากนั้นจึงเคลื่อนย้ายไปยังสถานีหยิบและวาง  จากนั้นหุ่นยนต์จะวาง PCB ไว้บนสถานี และส่วนประกอบ SMD จะถูกวางไว้ด้านบนของสารบัดกรีในตำแหน่งที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 3: การบัดกรี Reflow

หลังจากเลือกและวางแล้ว ส่วนประกอบ PCB จะย้ายไปที่กระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์  แผงวงจรจะถูกถ่ายโอนไปยังเตาอบ reflow ขนาดใหญ่ผ่านสายพานลำเลียง  เตาอบจะอุ่นหมูป่าที่อุณหภูมิสูง ปกติประมาณ 250 องศาเซลเซียส เพื่อละลายสารบัดกรีในครีมบัดกรี   เมื่อกระบวนการให้ความร้อนเสร็จสิ้น หมูป่าวงจรจะถูกย้ายผ่านเตาอบซึ่งประกอบด้วยชุดเครื่องทำความร้อนเย็น ซึ่งจะช่วยเย็นและแข็งตัวของโลหะบัดกรีที่หลอมละลาย  ในระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์ เราควรใส่ใจกับบอร์ดพิเศษบางตัว เช่น PCB สองด้าน เป็นต้น   แต่ละด้านของ PCB สองด้านจะต้องได้รับการพิมพ์ลายฉลุและบัดกรีแบบรีโฟลว์แยกจากกัน โดยปกติ ด้านที่มีส่วนประกอบน้อยกว่าจะต้องบัดกรีแบบรีโฟลว์ก่อน จากนั้นอีกด้านหนึ่ง

ขั้นตอนที่ 4: การตรวจสอบ

แผงวงจรที่ประกอบแล้วจำเป็นต้องได้รับการทดสอบการทำงาน ซึ่งกระบวนการรีโฟลว์อาจส่งผลให้การเชื่อมต่อไม่ดีหรือขาดการเชื่อมต่อ  การเคลื่อนไหวระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์อาจทำให้เกิดกางเกงขาสั้นด้วย ดังนั้นการตรวจสอบจึงเป็นขั้นตอนสำคัญที่เกี่ยวข้องในระหว่างกระบวนการประกอบ มีวิธีการมากมายในการตรวจสอบข้อผิดพลาด และวิธีที่ใช้โดยทั่วไป ได้แก่ การตรวจสอบด้วยตนเอง การตรวจสอบเอ็กซเรย์ และการตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ  การตรวจสอบเป็นระยะสามารถดำเนินการได้หลังจากการบัดกรีแบบรีโฟลว์ ดังนั้นจึงสามารถระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้จนกว่าการประกอบแผงวงจรจะดำเนินต่อไปยังกระบวนการถัดไป  การตรวจสอบดังกล่าวสามารถช่วยให้ผู้ผลิตประหยัดเงินได้มาก เพราะยิ่งตรวจพบปัญหาได้เร็วเท่าไรก็ยิ่งสามารถแก้ไขได้เร็วเท่านั้น โดยไม่เสียเวลา ทรัพยากรบุคคล และวัสดุไปโดยเปล่าประโยชน์

ขั้นตอนที่ 5: การแทรกส่วนประกอบผ่านรู

นอกเหนือจากส่วนประกอบ SMD แล้ว แผงวงจรบางตัวอาจจำเป็นต้องประกอบเข้ากับส่วนประกอบประเภทอื่นๆ เช่น ส่วนประกอบทะลุรูหรือ PTH  แล้วจะประกอบส่วนประกอบเหล่านี้ได้อย่างไร?  มีรูชุบอยู่ในแผงวงจรซึ่งช่วยให้สามารถเข้าถึงส่วนประกอบ PCB เพื่อถ่ายโอนสัญญาณจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านของบอร์ด  ดังนั้นการวางบัดกรีจึงสามารถใช้งานได้ในกรณีนี้ ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องใช้วิธีการบัดกรีอื่นเพื่อแทรกส่วนประกอบ PTH เช่น การบัดกรีด้วยตนเองและการบัดกรีแบบคลื่น

ขั้นตอนที่ 6: การทดสอบการทำงาน

ในขั้นตอนสุดท้าย การตรวจสอบขั้นสุดท้ายจะดำเนินการเพื่อทดสอบการทำงานของ PCBA เราเรียกกระบวนการนี้ว่า "การทดสอบการทำงาน"  การทดสอบนี้จะจำลองการทำงานปกติของ PCB และตรวจสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าของ PCB เมื่อแหล่งจ่ายไฟและสัญญาณอะนาล็อกผ่าน PCB เพื่อตัดสินว่า PCBA มีคุณสมบัติเหมาะสมหรือไม่

คำแนะนำในการประกอบ PCB ให้ดีขึ้น

หลังจากอธิบายขั้นตอนการประกอบวงจรพิมพ์อย่างละเอียดแล้ว ตอนนี้เราอยากจะเสนอข้อเสนอแนะที่สามารถปรับปรุงคุณภาพของ PCBA ได้

ขนาดส่วนประกอบ

การเลือกขนาดบรรจุภัณฑ์ที่ถูกต้องสำหรับแต่ละส่วนประกอบบนบอร์ดระหว่างช่วงการออกแบบ PCB นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยทั่วไปแล้ว เราขอแนะนำให้เลือกบรรจุภัณฑ์ที่ใหญ่กว่า การเลือกบรรจุภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กลงอาจส่งผลให้เกิดปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างขั้นตอนการประกอบแผงวงจร ซึ่งจะต้องใช้เวลามากในการปรับเปลี่ยนวงจร แม้ว่าการปรับเปลี่ยนที่ซับซ้อนบางอย่าง เช่น การแยกชิ้นส่วนและการบัดกรีส่วนประกอบ การประกอบแผงวงจรทั้งหมดอีกครั้งจะง่ายกว่ามาก

รอยเท้าส่วนประกอบ

รอยเท้าส่วนประกอบถือเป็นอีกหนึ่งข้อพิจารณาที่สำคัญของการประกอบ PCB  รอยเท้าแต่ละรอยต้องถูกสร้างขึ้นอย่างแม่นยำตามรูปแบบพื้นที่ที่ระบุในเอกสารข้อมูลของส่วนประกอบแบบรวมแต่ละรายการ ปัญหาหลายอย่างอาจเกิดขึ้นจากรอยเท้าที่ไม่ถูกต้อง เช่น ทำให้เกิดความร้อนไม่สม่ำเสมอที่จ่ายให้กับส่วนประกอบที่รวมไว้ในระหว่างกระบวนการบัดกรี ส่งผลให้ติดเพียงด้านเดียวของ PCB แทนที่จะเป็นทั้งสองด้าน  นอกจากนี้ ส่วนประกอบ SMD แบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำจะได้รับผลกระทบส่วนใหญ่เนื่องจากขนาดที่ไม่ถูกต้องของรูปแบบพื้นดินที่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบ และขนาดที่แตกต่างกันของรางที่เชื่อมต่อกับแผ่นทั้งสองของส่วนประกอบหรือราง ความกว้างก็กว้างเกินไป

ระยะห่างระหว่างส่วนประกอบ

ความร้อนสูงเกินไปที่เกิดจากช่องว่างระหว่างส่วนประกอบไม่เพียงพอเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของความล้มเหลวของ PCB และปัญหานี้จะเด่นชัดมากขึ้นในวงจรที่ซับซ้อนสูงบางวงจร การวางส่วนประกอบหนึ่งไว้ใกล้อีกชิ้นมากเกินไปอาจทำให้เกิดปัญหาได้หลายอย่าง โดยส่วนที่ร้ายแรงที่สุดอาจนำไปสู่การออกแบบใหม่และประกอบ PCB ใหม่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานซึ่งเพิ่มต้นทุนที่ไม่จำเป็น  เมื่อเราใช้เครื่องประกอบและทดสอบแบบอัตโนมัติ สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าส่วนประกอบแต่ละชิ้นอยู่ห่างจากชิ้นส่วนกลไก ขอบของบอร์ด และส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมด  ระยะห่างระหว่างส่วนประกอบน้อยเกินไปหรือส่วนประกอบที่หมุนไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดปัญหาในระหว่างกระบวนการบัดกรีด้วยคลื่น  ตัวอย่างเช่น หากส่วนประกอบที่สูงกว่านำหน้าส่วนประกอบที่มีความสูงต่ำกว่าตามเส้นทางที่คลื่นเดินทาง รอยเชื่อมก็จะอ่อนลง

อัปเดต BOM

สำหรับทั้งกระบวนการออกแบบ PCB และการประกอบ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ารายการวัสดุ (BOM) ได้รับการอัปเดตอยู่เสมอ ข้อผิดพลาดหรือความไม่ถูกต้องของ BOM อาจนำมาซึ่งปัญหาใหญ่ ซึ่งอาจส่งผลให้ขั้นตอนการประกอบทั้งหมดต้องเลื่อนออกไป เนื่องจากผู้ผลิตต้องใช้เวลามากในการพิจารณาและแก้ไขปัญหา  เพื่อให้มั่นใจถึงความถูกต้องและความถูกต้องของ BOM ทุกครั้งที่คุณอัปเดตการออกแบบ PCB คุณควรตรวจสอบ BOM อย่างละเอียดและรอบคอบ  ตัวอย่างเช่น หากมีการเพิ่มส่วนประกอบใหม่ในโครงการที่มีอยู่ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่า BOM ได้รับการอัปเดตตามนั้น

การใช้ fiducials

Fiducials มีรูปร่างเป็นทองแดงโค้งมน โดยจะทำหน้าที่เป็นจุดสังเกตสำหรับเครื่องหยิบและวางเครื่องประกอบ ด้วยการใช้ fiducial อุปกรณ์อัตโนมัติสามารถระบุการวางแนวของบอร์ดและประกอบส่วนประกอบที่ยึดบนพื้นผิวที่มีระยะพิทช์ละเอียด Fiducials สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทคือ fiducials ระดับโลกและ fiducials ในท้องถิ่น Global Fiducials ถูกนำมาใช้เพื่อวางบนขอบของแผงวงจรพิมพ์ เพื่อให้สามารถตรวจจับการวางแนวของบอร์ดในระนาบ X-Y ได้โดยใช้เครื่องหยิบและวาง สำหรับหน่วยงานท้องถิ่นนั้น พวกมันจะถูกวางไว้ใกล้กับมุมของส่วนประกอบ SMD แบบสี่เหลี่ยม ซึ่งช่วยให้เครื่องหยิบและวางสามารถระบุตำแหน่งรอยเท้าของส่วนประกอบได้อย่างแม่นยำ ซึ่งสามารถช่วยลดข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งระหว่างการประกอบ PCB กล่าวอีกนัยหนึ่ง fiducials มีความสำคัญมากสำหรับการประกอบ PCB โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีส่วนประกอบมากมายที่เกี่ยวข้องกับบอร์ดซึ่งอยู่ไม่ไกลจากกัน