Con la crescente domanda di dispositivi elettronici, è fondamentale comprendere la complessità dell'assemblaggio di circuiti stampati (PCBA). Approfondiremo il processo di assemblaggio dei PCB, i diversi tipi di assemblaggio e le diverse tecniche e metodi impiegati. Inoltre, esploreremo l'importanza del PCBA nei prodotti elettronici, garantendovi una migliore comprensione di questo componente cruciale.

Cos'è il PCBA?

PCBA si riferisce all'assemblaggio di circuiti stampati (Printed Circuit Board Assembly), ovvero il processo di saldatura dei componenti elettronici su un circuito stampato (PCB) per formare un circuito funzionale. In sostanza, il PCB funge da corpo principale dell'elettronica, fornendo una solida base per i componenti e facilitando le connessioni tra loro. Il processo di assemblaggio include la saldatura dei componenti sulla scheda e il risultato finale è il PCBA.

Tipi di assemblaggio PCB:

L'assemblaggio di schede a circuito stampato è disponibile in diverse tipologie per soddisfare requisiti, budget e livelli di complessità diversi. Parliamo delle tipologie più comuni:

1. Assemblaggio di circuiti stampati monofacciali:

In questa tipologia, i componenti sono installati su un solo lato del PCB. Grazie alla sua semplicità, l'assemblaggio monofacciale è particolarmente adatto per produzioni su larga scala a basso costo.

2. Assemblaggio di PCB bifacciali:

La produzione di PCB prevede l'installazione di due lati, il che è il più comune, e i componenti vengono montati. Di fatto, il bifacciale è più ampiamente applicato nella maggior parte dei settori ad alta densità e nell'elettronica più avanzata.

3. PCB con tecnologia THT (Through-Hole Technology):

La tecnologia THT (Through Hole Technology) si riferisce all'inserimento dei terminali dei componenti elettronici nei fori preforati su una scheda PCB e al loro fissaggio sul retro del circuito stampato tramite saldatura. Il THT viene solitamente assemblato mediante saldatura manuale o saldatura a onda. L'assemblaggio a foro passante offre una forte adesione meccanica e un'eccellente conduttività, rendendolo la scelta ideale per componenti o apparecchiature pesanti in grado di resistere a sollecitazioni meccaniche.

4. Assemblaggio di circuiti stampati con tecnologia a montaggio superficiale (SMT):

Oggigiorno, la tecnologia SMT è comunemente utilizzata da molti produttori, consentendo l'installazione diretta dei componenti sulla superficie di un PCB senza la necessità di fori passanti. La tecnologia SMT offre molteplici vantaggi, come la riduzione di dimensioni, peso e complessità, l'aumento della densità dei componenti e il miglioramento delle prestazioni ad alta frequenza.

5. Assemblaggio misto di circuiti stampati:

L'assemblaggio misto include la tecnologia a foro passante e SMT per soddisfare i requisiti specifici dei dispositivi elettronici. L'assemblaggio misto viene in genere applicato in situazioni in cui è necessario combinare due tecniche per soddisfare gli standard di prestazioni e progettazione richiesti.

Quali sono i componenti per l'assemblaggio di circuiti stampati?

I componenti sono composti da PCB e assemblaggio. I componenti PCBA possono essere suddivisi in due tipologie: componenti attivi e componenti passivi. Come circuiti integrati e transistor, questi appartengono alla categoria dei componenti attivi che necessitano di una fonte di alimentazione per funzionare. I componenti passivi sono componenti che possono funzionare senza la necessità di una fonte di alimentazione, come resistori, condensatori e induttori.

La scelta dei componenti per l'assemblaggio di schede a circuito stampato è importante, poiché i criteri includono caratteristiche elettriche, dimensioni e costo. Ottimizzare le caratteristiche elettriche dei componenti per garantire che il PCB Assy soddisfi le specifiche di utilizzo. Ottimizzare le dimensioni dei componenti per garantire che possano essere installati sul PCB. Ottimizzare il costo dei componenti per garantire una produzione economicamente vantaggiosa del circuito stampato assemblato.

Il processo di assemblaggio del PCB:

Il processo di assemblaggio di schede a circuito stampato è molto complesso e prevede diverse fasi. Di seguito è riportato un esempio generale di un processo tipico:

1. Fase 1: Progettazione e layout: questa fase prevede l'utilizzo di software professionali per creare una progettazione dettagliata del layout di fabbricazione della scheda a circuito stampato del cliente, inclusa la posizione dei componenti, il cablaggio delle connessioni elettriche e la funzionalità complessiva del circuito.

2. Fase due: Produzione PCB: il produttore di PCB utilizza fibra di vetro rivestita in rame e segue una serie di processi, tra cui foratura, applicazione di una maschera di saldatura, ramatura, stagnatura, nichelatura, argentatura e doratura, incisione, cottura, strippaggio chimico, polimerizzazione della fibra di vetro e della resina epossidica sotto vuoto e pressione, cablaggio e collaudo, per produrre circuiti stampati resistenti e di lunga durata.

3. Fase tre: Pasta saldante: la pasta saldante è un materiale utilizzato nella tecnologia a montaggio superficiale (SMT) per fissare i componenti a un circuito stampato (PCB). È una miscela di lega saldante in polvere e un legante flussante. La pasta viene applicata al circuito stampato utilizzando uno stencil, assicurandosi che copra solo le piazzole dove verranno posizionati i componenti. Una volta montati i componenti, la scheda viene sottoposta a un processo di rifusione in cui la pasta si fonde, formando giunti di saldatura solidi che fissano i componenti.La pasta saldante è disponibile in diverse formulazioni, a seconda del tipo di lega saldante e di flusso, e svolge un ruolo fondamentale nel garantire connessioni elettriche affidabili.

4. Fase quattro: Posizionamento dei componenti: In base alla progettazione e al layout iniziale del circuito stampato e dell'assemblaggio, i componenti elettronici vengono assemblati nei PCB tramite macchine automatizzate o lavoro manuale.

5. Fase cinque: Saldatura a rifusione: La saldatura a rifusione è una comune tecnologia di saldatura a montaggio superficiale (SMT). Questo metodo utilizza l'alta temperatura di fusione e la circolazione di aria calda per saldare i componenti elettronici ai circuiti stampati. Si tratta di una tecnologia di saldatura efficiente, rapida ed economica, quindi ampiamente utilizzata nella produzione di massa.

6. Fase sei: Test: I test sui PCBA includono ICT, FCT, test di invecchiamento e AOI, ecc., per garantire la qualità e l'affidabilità del circuito stampato. I test online ICT rilevano circuiti aperti, cortocircuiti, ecc.; i test funzionali FCT confermano la qualità del circuito stampato; i test di invecchiamento simulano le condizioni di utilizzo del prodotto; L'ispezione ottica automatica AOI scatta foto dei PCB e le confronta con lo schema elettrico. Ispezioni dell'assemblaggio PCB (PCBA):

1. Ispezione visiva: ispezionare la superficie del PCB a occhio nudo o al microscopio per individuare difetti evidenti come giunti di saldatura difettosi, componenti disallineati, parti mancanti, ecc.

2. Ispezione ottica automatizzata (AOI): utilizza telecamere ad alta risoluzione e software di elaborazione delle immagini per rilevare automaticamente difetti sulla superficie dell'assemblaggio del circuito stampato, come giunti di saldatura difettosi, disallineamenti dei componenti, parti mancanti, ecc.

3. Ispezione a raggi X automatizzata (AXI): utilizza la tecnologia a raggi X per ispezionare la struttura interna del circuito stampato per verificare la qualità dei giunti di saldatura, il riempimento dei fori, l'allineamento dei componenti, ecc.

4. Test in circuito (ICT): utilizzare sonde di prova o un letto di chiodi per testare le prestazioni elettriche di ciascun componente, inclusi resistori, condensatori, diodi, induttori, ecc., quando il circuito non è alimentato.

5. Test funzionali: Integrare il circuito stampato (PCBA) nel prodotto ed eseguire test di funzionamento effettivi per verificarne le funzioni e le prestazioni.

6. Test di saldabilità: Testare le prestazioni di saldatura di giunti e fori di saldatura per garantire un processo di saldatura fluido.

7. Test ambientali: Testare le prestazioni del progetto PCB e dei PCBA in diverse condizioni ambientali (come alta temperatura, bassa temperatura, umidità, vibrazioni, ecc.).

8. Test di termografia: Utilizzare una termocamera a infrarossi per rilevare la distribuzione della temperatura del PCB assemblato durante il funzionamento e individuare punti caldi e problemi di surriscaldamento.

9. Test di pulizia: Rilevare contaminanti ionici sulle superfici del circuito stampato e sui giunti di saldatura per garantire che la pulizia soddisfi i requisiti.

Imballaggio del PCBA:

1. Protezione antistatica: Tutti i PCB assemblati (PCBA) devono essere imballati in sacchetti antistatici o in schiuma antistatica per evitare che l'elettricità statica danneggi i componenti. I circuiti stampati sigillati possono essere inseriti in sacchetti a bolle d'aria antistatici o in sacchetti con schermatura elettrostatica. 2. Imballaggio a prova di umidità: per evitare che l'umidità danneggi il circuito stampato, includere essiccanti e utilizzare imballaggi o scatole sottovuoto, soprattutto per il trasporto su lunghe distanze o la conservazione a lungo termine. L'imballaggio sottovuoto aiuta a ridurre l'ingresso di umidità, proteggendo così i componenti del circuito stampato dall'ossidazione o dai danni causati dall'umidità.
3. Protezione con imbottitura: utilizzare materiali come schiuma, EPE (polietilene espanso) o pluriball per prevenire urti e vibrazioni durante il trasporto. È possibile aggiungere ulteriori materiali di imbottitura all'interno dell'imballaggio esterno per ridurre le forze esterne sul prodotto.
4. Imballaggio categorizzato: per grandi quantità di assemblaggi PCB, categorizzarli in base a specifiche, modelli e lotti e applicare etichette trasparenti. Ogni imballaggio deve contenere un elenco prodotti (BOM), un rapporto di ispezione o un certificato di conformità per facilitarne il conteggio e la tracciabilità.
5. Requisiti per l'imballaggio esterno: l'imballaggio esterno è in genere costituito da scatole di cartone o di legno, che devono avere una resistenza e una compressione sufficienti per evitare deformazioni durante il trasporto. La scatola di imballaggio dovrebbe essere etichettata con le diciture "Resistente all'umidità", "Maneggiare con cura", "Antistatico" e altri simboli.

Conclusione:

In sintesi, il PCBA (Printed Circuit Board Assembly) svolge un ruolo fondamentale in molti settori, come quello automobilistico, dell'automazione industriale, delle telecomunicazioni, medico, ecc., che prevedono l'assemblaggio di componenti elettronici su circuiti stampati. Nel corso degli anni, il processo PCBA si è evoluto rapidamente per soddisfare la domanda di dispositivi elettronici più piccoli, più potenti e più efficienti.