Montaż płytek drukowanych (PCB) – co warto wiedzieć?

Proces montażu płytek PCB jest skomplikowaną kombinacją różnych kroków prowadzących do końcowego produktu. Etapy te należy wykonać w ściśle określonej kolejności – w przeciwnym razie finalny produkt nie będzie spełniać początkowych założeń. Na etapie projektowania PCB nie tylko wybór odpowiedniej technologi jest istotny. Ważna jest również precyzja montażu podzespołów, gdyż wszelkie odchylenia mogą zadecydować o poprawności płytki.

Płytka PCB z widocznymi elementami powierzchniowymi i przewlekanymi

Technologia montażu PCB

Zanim zagłębimy się w proces montażu komponentów PCB, omówmy kilka istotnych pojęć:

1. laminat – podstawowy materiał, z którego zbudowana jest płytka PCB. Zazwyczaj składa się z warstw włókna szklanego, związanych żywicą epoksydową i pokrytych miedzianą folią po zewnętrznych stronach.
2. Miedź – cienka warstwa tego metalu, naniesiona na roboczych warstwach obwodu drukowanego służy do przewodzenia sygnałów.
3. Soldermaska – zazwyczaj jest to zielona powłoka widoczna na wierzchu płytki. Jej głównym zadaniem jest izolacja miedzianych ścieżek od komponentów umieszczonych na płytce.
4. Warstwa opisowa – nadruk na soldermasce, służący do opisu podzespołów.
5. Ręczne lutowanie – proces montażu komponentów na płytce PCB przy pomocy tradycyjnych, ręcznych narzędzi.
6. Lutowanie na fali – proces przemysłowego lutowania, podczas którego płytki drukowane przemieszczają się przez podgrzewaną komorę, w której nanoszone jest roztopione spoiwo.

Płytki PCB z czerwoną soldermaską

Metody montażu PCB

Występują 3 główne metody montażu podzespołów na płytce PCB: montaż przewlekany, montaż  powierzchniowy oraz montaż mieszany.

Montaż przewlekany (Through-Hole)

Ten rodzaj montażu charakteryzuje się użyciem podzespołów posiadających wystające nóżki lub przewody, które należy przewlec przez otwory w laminacie. Metoda ta jest często spotykana podczas montażu większych elementów, takich jak kondensatory.

Przykład obwodu wykonanego w technologi przewlekanej (THT)

Podczas montażu elementów przewlekanych można wyróżnić następujące etapy:

1. Podzespoły THT są ręcznie umieszczone przez montera na płytce PCB.
2. Elementy są sprawdzone pod kątem poprawności umiejscowienia. Ewentualne błędy są korygowane.
3. Wszystkie podzespoły są masowo lutowane podczas tak zwanego lutowania na fali.

Podzespoły TH (Through-Hole) zazwyczaj posiadają metalowe wyprowadzenia, które należy przewlec przez otwory w obwodzie drukowanym. Tak powstałe połączenia charakteryzują się większą wytrzymałością mechaniczną, niż jest to w przypadku montażu powierzchniowego. Elementy przewlekane z racji swojej prostszej budowy i większych gabarytów są chętnie używane w edukacji.

Z drugiej strony podzespoły przewlekane wymagają większego nakładu pracy – występowanie otworów (przelotek) narzuca ograniczenia podczas projektowania wielowarstwowych płytek. Stąd technologię TH stosuje się głównie przy montażu większych podzespołów oraz w sytuacji, gdy układ ma charakteryzować się większą sztywnością i odpornością mechaniczną.

Montaż powierzchniowy (SMT)

Montaż STM (Surface Mount Technology) zazwyczaj stosuje się do układów posiadających w swojej budowie delikatne, miniaturowe podzespoły, które jest ciężko umieścić ręcznie.

Przykład zmontowanej płyty PCB

Podczas montażu elementów powierzchniowych (SMD) można wyróżnić następujące etapy:

1. Zaprojektowany zostaje specjalny szablon do pasty lutowniczej. Posłuży on do naniesienia spoiwa w formie pasty, jedynie w miejscach, w których znajdą się wyprowadzenia podzespołów.
2. Podzespoły zostają umieszczone na płytce na etapie montażu maszynowego pick and place.
3. Płytka z podzespołami zostaje podgrzana w piecu lutowniczym w celu roztopienia pasty lutowniczej i zespolenia elementów z miedzianymi ścieżkami.

Ciekawym rozwiązaniem w przemysłowym montażu elementów powierzchniowych jest zastosowanie pasty lutowniczej. Składa się ona z mieszaniny drobnych ziarenek spoiwa oraz topnika. Pasta lutownicza nie tylko służy lutowaniu, zapewnia również niezbędną przyczepność tak by podzespoły nie przesuwały się po powierzchni laminatu.

Aby nanoszenie pasty lutowniczej było prostsze i precyzyjne stosuje się specjalny szablon. Zostaje on przystawiony do płytki PCB, a następnie przy pomocy rolki pasta lutownicza zostaje wciśnięta w otwory w szablonie.

Montaż mieszany

Ten rodzaj montażu jest wynikiem ograniczeń w miniaturyzacji podzespołów i różnych wymagań dotyczących ich wytrzymałości. Wiąże on technologię powierzchniową oraz przewlekaną tak by możliwy był montaż różnych rodzajów podzespołów.

Montaż ten jest bardziej skomplikowany stąd wyróżnić można przypadki, w których:

1. na jednej stronie płytki umieszczone są zarówno podzespoły SMT jak i THT,
2. na jednej stronie płytki umieszczone są podzespoły SMT, zaś na drugiej THT,
3. na obu stronach płytki jest przemieszanie podzespołów SMT i THT.

Niezależnie od sposoby rozmieszczenia podzespołów, montaż mieszany wprowadza utrudnienia w automatyzacji umieszczania podzespołów. Maszyny pick and place muszą być wzbogacone o bardziej skomplikowany zestaw procedur tak by poradzić sobie z różnymi rozmiarami elementów tak by nie wejść z nimi w kolizję.

Również samo lutowanie tak przygotowanej płytki nastręcza pewne trudności. W przypadku płytki pokrytej dwustronnie, wymagane jest przeprowadzenie lutowania na obu stronach płytki. Niemożliwe jest jednak zastosowanie popularnej metody na fali, gdyż część podzespołów zostałaby uszkodzona.

Ostatecznie płytki są sprawdzane przy pomocy metody optycznej AOI (Automatic Optical Inspection), pod kątem ewentualnych błędów.

Zamów PCB z montażem w PCBgogo

PCBGOGO jest profesjonalnym i sprawdzonym producentem płytek drukowanych. Firma specjalizuje się szybkiej produkcji prototypów PCB oraz ich montażu. PCBGOGO zajmuje się również produkcją obwodów drukowanych na potrzebny średnich i małych nakładów produkcyjnych. Sprawdź ofertę PCBGOGO i odbierz kupon o wartości 20$:

Artykuł sponsorowany dostarczony przez PCBgogo.com