Angesichts der steigenden Nachfrage nach elektronischen Geräten ist es wichtig, die Komplexität der Leiterplattenbestückung (PCBA) zu verstehen. Wir vertiefen uns in den Prozess der Leiterplattenbestückung, die verschiedenen Bestückungsarten sowie die verschiedenen Techniken und Methoden. Darüber hinaus beleuchten wir die Bedeutung der PCBA in elektronischen Produkten, um Ihnen ein besseres Verständnis dieser wichtigen Komponente zu vermitteln.

Was ist die PCBA?

PCBA steht für Printed Circuit Board Assembly (PCB). Dabei werden elektronische Komponenten auf eine Leiterplatte (PCB) gelötet, um eine funktionsfähige Schaltung zu bilden. Die Leiterplatte dient im Wesentlichen als Grundkörper der Elektronik, bietet eine solide Basis für die Komponenten und ermöglicht deren Verbindung. Der Bestückungsprozess umfasst das Löten der Komponenten auf die Leiterplatte, und die fertige Baugruppe ist die PCBA.

Leiterplattenbestückungsarten:

Leiterplattenbestückungen gibt es in verschiedenen Ausführungen, um unterschiedlichen Anforderungen, Budgets und Komplexitätsgraden gerecht zu werden. Wir stellen die gängigsten Arten vor:

1. Einseitige Leiterplattenbestückung:

Bei dieser Art werden die Komponenten nur auf einer Seite der Leiterplatte bestückt. Aufgrund ihrer Einfachheit eignet sich die einseitige Bestückung hervorragend für die kostengünstige Großserienproduktion.

2. Doppelseitige Leiterplattenbestückung:

Die Leiterplattenfertigung erfolgt am häufigsten auf zwei Seiten, die mit den Bauteilen bestückt werden. Doppelseitige Bestückung findet in den meisten Branchen mit höherer Dichte und fortschrittlicher Elektronik breite Anwendung.

3. Durchsteckmontage (THT) PCBA:

Bei der Durchsteckmontage (THT) werden die Anschlüsse elektronischer Bauteile in vorgebohrte Löcher auf der Leiterplatte eingesetzt und durch Löten auf der Rückseite der Leiterplatte befestigt. Die THT-Montage erfolgt üblicherweise durch manuelles Schweißen oder Wellenlöten. Die Durchsteckmontage bietet eine starke mechanische Verbindung und hervorragende Leitfähigkeit und ist daher ideal für hochbelastbare Komponenten oder Geräte, die mechanischen Belastungen standhalten.

4. Leiterplattenmontage mit Oberflächenmontagetechnik (SMT):

Heutzutage wird SMT häufig von vielen Herstellern eingesetzt. Dabei werden Komponenten direkt auf der Oberfläche einer Leiterplatte montiert, ohne dass Durchgangslöcher erforderlich sind. SMT bietet zahlreiche Vorteile, wie z. B. die Reduzierung von Größe, Gewicht und Komplexität, die Erhöhung der Bauteildichte und die Verbesserung der Hochfrequenzleistung.

5. Gemischte Leiterplattenmontage:

Die gemischte Montage umfasst Durchsteckmontage- und SMT-Technologie, um die spezifischen Anforderungen elektronischer Geräte zu erfüllen. Gemischte Montage wird typischerweise dann eingesetzt, wenn zwei Techniken kombiniert werden müssen, um die geforderten Leistungs- und Designstandards zu erreichen.

Was sind die Komponenten einer Leiterplattenmontage?

Die Komponenten bestehen aus Leiterplatte und Baugruppe. Die PCBA-Komponenten lassen sich in zwei Typen unterteilen: aktive und passive Komponenten. ICs und Transistoren gehören zu den aktiven Komponenten, die für ihren Betrieb eine Stromquelle benötigen. Passive Komponenten sind Komponenten, die ohne Stromquelle funktionieren, wie z. B. Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten.

Die Auswahl der Komponenten für die Leiterplattenbestückung ist wichtig, da Kriterien wie elektrische Eigenschaften, Größe und Kosten zu berücksichtigen sind. Optimieren Sie die elektrischen Eigenschaften der Komponenten, um sicherzustellen, dass die Leiterplattenbestückung die Spezifikationen erfüllt. Optimieren Sie die Komponentenabmessungen, um sicherzustellen, dass sie auf der Leiterplatte platziert werden können. Optimieren Sie die Komponentenkosten, um eine kostengünstige Herstellung der bestückten Leiterplatte zu gewährleisten.

Der Leiterplattenbestückungsprozess:

Der Leiterplattenbestückungsprozess ist sehr komplex und umfasst mehrere Schritte. Ein typischer Prozess sieht wie folgt aus:

1. Schritt 1: Design und Layout: In diesem Schritt wird mithilfe professioneller Software ein detaillierter Entwurf des Leiterplatten-Fertigungslayouts des Kunden erstellt, einschließlich der Position der Komponenten, der Verdrahtung der elektrischen Verbindungen und der Gesamtfunktionalität der Schaltung.

2. Schritt zwei: Leiterplattenherstellung: Leiterplattenhersteller verwenden kupferkaschierte Glasfasern und durchlaufen eine Reihe von Prozessen, darunter Bohren, Lötstopplackierung, Verkupfern, Verzinnen, Vernickeln, Versilbern und Vergolden, Ätzen, Brennen, chemisches Strippen, Aushärten der Glasfaser und des Epoxidharzes unter Vakuum und Druck, Verdrahten und Testen, um langlebige Leiterplatten herzustellen.

3. Schritt drei: Lötpaste: Lötpaste ist ein Material, das in der Oberflächenmontagetechnik (SMT) zur Befestigung von Bauteilen auf einer Leiterplatte (PCB) verwendet wird. Sie besteht aus einer Mischung aus pulverförmiger Lötlegierung und einem Flussmittelbinder. Die Paste wird mithilfe einer Schablone auf die Leiterplatte aufgetragen und dabei darauf geachtet, dass sie nur die Pads bedeckt, auf denen die Bauteile platziert werden. Nach der Bauteilmontage durchläuft die Leiterplatte einen Reflow-Prozess, bei dem die Paste schmilzt und feste Lötverbindungen bildet, die die Bauteile sichern.Lötpasten gibt es in unterschiedlichen Zusammensetzungen, abhängig von der Art der Lötlegierung und des Flussmittels. Sie spielen eine entscheidende Rolle für zuverlässige elektrische Verbindungen.

4. Schritt vier: Bestückung: Entsprechend dem ursprünglichen Leiterplatten- und Baugruppendesign und -layout werden die elektronischen Bauteile automatisiert oder manuell auf die Leiterplatten montiert.

5. Schritt fünf: Reflow-Löten: Reflow-Löten ist eine gängige Oberflächenmontage-Löttechnologie (SMT). Bei diesem Verfahren werden elektronische Bauteile durch Schmelzen bei hohen Temperaturen und Heißluftzirkulation auf die Leiterplatte gelötet. Diese effiziente, schnelle und kostengünstige Löttechnologie wird daher häufig in der Massenproduktion eingesetzt.

6. Schritt sechs: Prüfung: Die PCBA-Prüfung umfasst ICT, FCT, Alterungstests und AOI usw., um die Qualität und Zuverlässigkeit der Leiterplatte sicherzustellen. ICT-Online-Tests erkennen Leitungsunterbrechungen, Kurzschlüsse usw.; FCT-Funktionstests bestätigen die Qualität der Leiterplatte; Alterungstests simulieren Produktnutzungsbedingungen. Die automatische optische Inspektion (AOI) vergleicht Leiterplatten mit dem Schaltplan.

Inspektionen der Leiterplattenbestückung (PCBA):

1. Visuelle Inspektion: Die Oberfläche der bestückten Leiterplatte wird mit bloßem Auge oder unter dem Mikroskop auf offensichtliche Defekte wie fehlerhafte Lötstellen, falsch ausgerichtete Bauteile oder fehlende Teile geprüft.

2. Automatische optische Inspektion (AOI): Mithilfe hochauflösender Kameras und Bildverarbeitungssoftware werden Defekte auf der Oberfläche der Leiterplattenbestückung automatisch erkannt, z. B. fehlerhafte Lötstellen, falsch ausgerichtete Bauteile oder fehlende Teile.

3. Automatische Röntgeninspektion (AXI): Röntgentechnologie prüft die innere Struktur der Leiterplattenbestückung auf Qualität von Lötstellen, Lochfüllung und Bauteilausrichtung.

4. In-Circuit-Test (ICT): Mit Prüfspitzen oder einem Nagelbrett wird die elektrische Leistung jedes Bauteils (z. B. Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Induktivitäten) im spannungslosen Zustand geprüft.

5. Funktionsprüfung: Integrieren Sie die Leiterplatte (PCBA) in das Produkt und führen Sie praktische Betriebstests durch, um ihre Funktion und Leistung zu überprüfen.

6. Lötbarkeitsprüfung: Prüfen Sie die Löteigenschaften von Lötstellen und Löchern, um einen reibungslosen Lötprozess zu gewährleisten.

7. Umweltprüfung: Prüfen Sie die Leistung des Leiterplattendesigns und der PCBAs unter verschiedenen Umgebungsbedingungen (z. B. hohe Temperaturen, niedrige Temperaturen, Feuchtigkeit, Vibrationen usw.).

8. Wärmebildprüfung: Verwenden Sie Infrarot-Wärmebildgeräte, um die Temperaturverteilung der bestückten Leiterplatte während des Betriebs zu erfassen und Hotspots und Überhitzungsprobleme zu identifizieren.

9. Sauberkeitsprüfung: Erkennen Sie ionische Verunreinigungen auf Leiterplattenoberflächen und Lötstellen, um sicherzustellen, dass die Sauberkeit den Anforderungen entspricht.

Verpackung der PCBAs:

1. Antistatikschutz: Alle Leiterplattenbaugruppen (PCBAs) sollten in antistatischen Beuteln oder antistatischen Schaumstoffverpackungen verpackt werden, um eine Beschädigung der Bauteile durch statische Elektrizität zu verhindern. Versiegelte Leiterplatten können in antistatischen Luftpolstertaschen oder antistatischen Schutzbeuteln verpackt werden.
2. Feuchtigkeitsgeschützte Verpackung: Um Feuchtigkeitsschäden an der Leiterplatte zu vermeiden, verwenden Sie Trockenmittel und Vakuumverpackungen oder -kartons, insbesondere für Langstreckentransporte oder Langzeitlagerung. Vakuumverpackungen reduzieren das Eindringen von Feuchtigkeit und schützen so die Leiterplattenkomponenten vor Oxidation oder Feuchtigkeitsschäden.
3. Polsterung: Verwenden Sie Materialien wie Schaumstoff, EPE (expandiertes Polyethylen) oder Luftpolsterfolie, um Stöße und Vibrationen während des Transports zu vermeiden. Zusätzliche Polstermaterialien können in die Außenverpackung eingearbeitet werden, um äußere Kräfte auf das Produkt zu reduzieren.
4. Kategorisierte Verpackung: Kategorisieren Sie große Mengen von Leiterplattenbaugruppen nach Spezifikationen, Modellen und Chargen und bringen Sie deutliche Etiketten an. Jede Verpackung sollte eine Produktliste (BOM), einen Prüfbericht oder ein Konformitätszertifikat zur einfachen Zählung und Rückverfolgbarkeit enthalten.
5. Anforderungen an die Außenverpackung: Die Außenverpackung besteht üblicherweise aus Karton oder Holzkisten, die ausreichend stabil und druckfest sein sollten, um Verformungen während des Transports zu verhindern. Der Verpackungskarton sollte mit den Hinweisen „Feuchtigkeitsbeständig“, „Vorsicht“, „Antistatisch“ und anderen Symbolen gekennzeichnet sein.
Fazit:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Leiterplattenbestückung (PCBA) in vielen Branchen wie der Automobilindustrie, der industriellen Automatisierung, der Telekommunikation und der Medizintechnik eine wichtige Rolle spielt, da hier elektronische Komponenten auf Leiterplatten montiert werden. Im Laufe der Jahre hat sich das PCBA-Verfahren rasant weiterentwickelt, um der Nachfrage nach kleineren, leistungsstärkeren und effizienteren elektronischen Geräten gerecht zu werden.