PCBアセンブリとは何ですか?

PCBアセンブリ抵抗器、トランジスタ、ダイオードなどのすべての電子部品をプリント基板上に組み立てるプロセスを指し、組み立て方法は手動または機械的です。 PCB アセンブリと PCB 製造はよく混同されますが、これらはまったく異なるプロセスを必要とします。 PCB の製造には、設計や試作などの非常に幅広いプロセスが含まれますが、プリント基板の組み立ては PCB の製造後に始まり、コンポーネントの配置がすべてです。

3種類のPCB実装技術

電子技術の進歩により、PCB アセンブリの可能性がさらに広がりました。現在、一般的に使用されている実装技術は 3 つあり、1 つは SMT (表面実装技術)、2 つ目は THT (スルーホール技術)、3 つ目は前者 2 つの組み合わせです。

表面実装技術

SMT PCB アセンブリ

SMT アセンブリは、主に PCB 上に表面実装デバイス (SMD) をはんだ付けすることによって組み立てられます。 SMD コンポーネントの標準パッケージは小さいため、はんだ接合部の高精度と適切な温度を確保するために、プロセス全体を注意深く制御する必要があります。幸いなことに、SMT は完全に自動化されたアセンブリ技術であり、個々のコンポーネントを自動的にピックアップし、非常に高い精度で PCB 上に配置します。

スルーホールテクノロジー

THT は、より伝統的な PCB アセンブリ技術であり、設置者がコンデンサ、コイル、大きな抵抗器やインダクタなどの電子部品を穴を通して回路基板に挿入します。 SMT と比較して、スルーホール実装は大型コンポーネントの組み立てを可能にし、より強力な機械的結合を提供するため、テストやプロトタイピングにも適しています。もっとTHT PCBアセンブリ>>

混合PCBアセンブリ技術

電子製品は、サイズが小さくなり、より多くの機能が搭載されるように設計される傾向にあり、そのため、より高い要求が課せられます。プリント基板アセンブリ。限られたスペースで非常に複雑な回路を組み立てる必要があるため、SMD または PTH だけを使用して目的の効果を達成することは難しく、SMT と THT テクノロジーを組み合わせる必要があります。混合 PCB アセンブリ技術を使用する場合は、はんだ付けとアセンブリを簡素化するために適切な調整を行う必要があります。

PCB組立工程

ステップ 1: はんだペーストのステンシル化

最初のステップでは、はんだペーストを基板に塗布します。はんだペーストは灰色で、96.5% の錫、3% の銀、0.5% の銅で構成される小さな金属ボールで構成されています。必ず制御された量で使用し、正確な位置に塗布されていることを確認してください。でPCBアセンブリ配線、プリント基板、はんだステンシルは機械的なクランプで保持され、正確な量のはんだペーストが必要な領域に塗布されます。機械は、各開口領域を均等に覆うまでスラリーをステンシルに塗布します。最後に、ステンシルを取り外すと、はんだペーストが正しい位置に残っていることがわかります。

ステップ 2: 選択して配置する

2 番目のステップでは、表面実装部品をプリント基板に自動的に配置できるピックアンドプレースマシンを使用する必要があります。現在、SMD コンポーネントはさまざまな PCB で広く使用されており、高効率で組み立てることができます。これまでは、ピックアンドプレースは手動で行われており、組み立て担当者はプロセス中にすべてのコンポーネントが正しい位置に配置されていることを確認するために多大な注意を払う必要がありました。自動ピックアンドプレースは、24 時間年中無休で疲れることなく作業できるロボットによって操作されているため、生産性が向上し、エラーが大幅に減少しました。この機械は、真空グリップでプリント基板をピックアップし、ピックアンドプレースステーションに移動します。次に、ロボットが PCB をステーション上に配置し、SMD コンポーネントがはんだペーストの上の意図した位置に配置されます。

ステップ 3: リフローはんだ付け

ピックアンドプレース後、PCB アセンブリはリフローはんだ付けプロセスに移行します。回路基板はベルトコンベアを通って大型リフロー炉に移送されます。オーブンは、通常は摂氏約 250 度の高温でボアを加熱し、はんだペースト内のはんだを溶かします。加熱プロセスが完了すると、回路基板は一連の冷却ヒーターで構成されるオーブン内に移動され、溶けたはんだを冷却して固化させます。リフローはんだ付け中は、両面 PCB などの特殊な基板に注意する必要があります。両面 PCB の各面は個別にステンシルしてリフローはんだ付けする必要があります。通常は、コンポーネントの少ない面が最初にリフローはんだ付けされ、次にもう一方の面がリフローはんだ付けされます。

ステップ 4: 検査

組み立てられた回路基板は、機能性をテストする必要があります。リフロープロセスでは、接続不良や接続の欠如が発生する可能性があります。リフローはんだ付け時の動きによってもショートが発生する可能性があります。したがって、検査は組み立てプロセス中に含まれる重要なステップです。エラーを検査するにはさまざまな方法がありますが、一般的に使用される方法は、手動チェック、X 線検査、および自動光学検査です。リフローはんだ付け後も定期検査が可能なため、基板組立が次工程に移るまでの間、潜在的な問題を特定できます。このような検査は、問題の検出が早ければ早いほど、時間、人的資源、および材料を無駄にすることなく、より早く解決できるため、製造業者は多額の費用を節約することができます。

ステップ 5: スルーホールコンポーネントの挿入

SMD コンポーネントとは別に、回路基板によっては、スルーホールコンポーネントや PTH コンポーネントなどの他の種類のコンポーネントを組み立てる必要がある場合があります。では、これらのコンポーネントをどのように組み立てるのでしょうか? 回路基板にはメッキされた穴があり、PCB コンポーネントが基板の一方の側からもう一方の側に信号を転送するためのアクセスを提供します。したがって、この場合ははんだ付けペーストが使用できるため、PTH コンポーネントを挿入するには、手動はんだ付けやウェーブはんだ付けなどの他のはんだ付け方法を使用する必要があります。

ステップ 6: 機能テスト

最後のステップでは、PCBA の機能をテストするための最終検査が実行されます。このプロセスを「機能テスト」と呼びます。このテストは、PCB の通常の動作をシミュレートし、電源とアナログ信号が PCB を通過するときの PCB の電気的特性を監視して、PCBA が適格であるかどうかを判断します。

PCB アセンブリをより良く実行するための提案

プリント回路アセンブリの詳細なプロセスを説明した後、PCBA の品質を向上させることができるいくつかの提案を提供したいと思います。

コンポーネントのサイズ

PCB 設計期間中に、ボード上の各コンポーネントに正しいパッケージサイズを選択することが非常に重要です。一般的には、より大きなパッケージを選択することをお勧めします。より小さいパッケージを選択すると、回路カードの組み立て段階で潜在的な問題が発生する可能性があり、回路の変更に多くの時間がかかります。コンポーネントを分解してはんだ付けするなど、複雑な変更を行う場合は、回路基板全体を再度組み立てる方がはるかに簡単です。

コンポーネントの設置面積

コンポーネントの設置面積も、PCB アセンブリの重要な考慮事項です。各フットプリントは、各統合コンポーネントのデータシートに指定されているランドパターンに従って正確に作成する必要があります。不適切なフットプリントによって多くの問題が発生する可能性があります。たとえば、はんだ付けプロセス中に統合コンポーネントに不均一な熱が加わり、PCB の両面ではなく片面のみにくっついてしまうなどです。さらに、抵抗器、コンデンサ、インダクタなどの受動 SMD コンポーネントも、主にコンポーネントに関連するランドパターンの寸法が正しくないこと、およびコンポーネントの 2 つのパッドに接続されているトラックの大きさが異なること、またはトラックの影響を受ける可能性があります。幅が広すぎる。

コンポーネント間の間隔

コンポーネント間のスペース不足によって引き起こされる過熱は、PCB 故障の主な原因の 1 つであり、この問題は一部の非常に複雑な回路でより顕著になります。あるコンポーネントを別のコンポーネントに近づけすぎると、さまざまな問題が発生する可能性があります。そのうちの最も深刻な問題は、PCB の再設計と再製造につながる可能性があり、これは時間のかかるプロセスであり、不必要なコストが追加されます。自動組立およびテスト機械を適用する場合、各コンポーネントが機械部品、基板の端、および他のすべてのコンポーネントから確実に遠く離れたところに配置されることが重要です。コンポーネント間の間隔が小さすぎる場合、またはコンポーネントが不適切に回転されている場合は、ウェーブはんだ付けプロセス中に問題が発生する可能性があります。たとえば、波が伝わる経路に沿って高さの高いコンポーネントが高さの低いコンポーネントよりも先にある場合、溶接は弱くなります。

更新された BOM

PCB 設計と組み立てプロセスの両方において、部品表 (BOM) が常に更新されていることを確認することが重要です。 BOM の間違いや不正確さは大きな問題を引き起こす可能性があり、メーカーは問題を把握して解決するために多くの時間を費やす必要があるため、組み立て段階全体が延期される可能性があります。 BOM の正確性と有効性を確認するには、PCB 設計を更新するたびに、BOM を徹底的かつ慎重にレビューする必要があります。たとえば、既存のプロジェクトに新しいコンポーネントが追加された場合、それに応じて BOM が更新されていることを確認する必要があります。

基準の使用

フィデューシャルは丸い銅の形状で、ピックアンドプレイス組立機の目印の役割を果たします。基準を使用することにより、自動化装置は基板の方向を識別し、ファインピッチの表面実装コンポーネントを組み立てることができます。フィデューシャルは、グローバルフィデューシャルとローカルフィデューシャルの 2 つのクラスに分類できます。グローバル基準を使用してプリント基板の端に配置すると、X-Y 平面内の基板の向きがピックアンドプレースマシンで検出できるようになります。ローカル基準に関しては、正方形の SMD コンポーネントの角の近くに配置されるため、ピックアンドプレースマシンがコンポーネントの設置面積を正確に特定できるようになり、PCB 組み立て中の位置決め誤差を減らすことができます。一言で言えば、基準は PCB アセンブリにとって非常に重要であり、特に基板上に互いに遠く離れた多数のコンポーネントが含まれる場合には重要です。