Asutetut piirilevyt (PCBA): Prosessi- ja kustannusopas

Täydennetty piirilevy on painettu piirilevy, johon on asennettu ja juotettu elektronisia komponentteja – vastuksia, kondensaattoreita, integroituja piirejä, liittimiä ja muita. Sitä kutsutaan myös täytetyksi piirilevyksi tai virallisemmin painetuksi piirilevykokoonpanoksi (PCBA). Paljas piirilevy tarjoaa johdotuksen; täyttö on vaihe, joka muuttaa sen toimivaksi elektroniikkalaitteeksi.

Mikä on asuttu piirilevy?

Sana "asuttu" kuvaa yksinkertaisesti levyn tilaa. Piirilevy, joka on valmistettu kuparijohtimilla, juotosmaskilla ja silkkipainolla, mutta ilman komponentteja, on paljas levy. Kun komponentit on asetettu ja juotettu paikoilleen, levy on asukkaiden käytössä. Tämä asukkaiden käytössä oleva, testattu ja käyttövalmis piirilevy asetetaan tuotteen sisään.

Tällä terminologialla on merkitystä tilausta tehdessä. ”Piirilevyn” pyytäminen on epäselvää – toimittajan on tiedettävä, haluatko paljaita piirilevyjä (vain valmistus) vai valmiita piirilevyjä (valmistus ja kokoonpano). Jälkimmäinen vaatii paitsi piirilevytiedostot myös osaluettelon, komponenttien hankinnan ja sijoittelutiedot.

Paljas piirilevy vs. asutettu piirilevy

Kahden rinnakkainen tarkastelu selventää, mitä kokoonpano lisää. Paljas piirilevy on perusta; täytetty piirilevy on valmis sähköjärjestelmä. Jokainen niiden välinen ero – kustannukset, läpimenoaika, testaus – johtuu komponenteista ja niiden asennukseen tarvittavasta työstä.

Miten paljas piirilevy täyttyy

Piirilevyn täyttö on kokoonpanoprosessi, ja menetelmä riippuu komponenttityypistä. Useimmissa nykyaikaisissa piirilevyissä käytetään pääasiassa pintaliitostekniikkaa (SMT), jossa komponentit istuvat pinnalla ja juotetaan uudelleenjuottamalla. Läpireikätekniikkaa (THT) käytetään osissa, joiden johtimet kulkevat levyn läpi, tyypillisesti liittimissä ja suurjännitekomponenteissa. Molempia tekniikoita käyttävät piirilevyt kootaan sekatekniikalla.

Ydinväestön vaiheet

• Juotospastan tulostus: Sapluuna levittää tahnaa pinta-asennusalustoille.
• Komponenttien sijoittelu: Poiminta- ja sijoituskoneet paikoittavat osia suurella nopeudella ja tarkkuudella.
• Reflow juottaminen: levy kulkee uunin läpi, joka sulattaa tahnan muodostaen liitoksia.
• Läpivientireiän asennus: lyijytetyt osat lisätään ja juotetaan aalto- tai selektiivisesti.
• tarkastus: Automatisoidut ja manuaaliset tarkastukset varmistavat sijoituksen ja liitoksen laadun.

Sijoittelun tarkkuus ja uudelleensulatusprofiilin hallinta erottavat luotettavasti täytetyn piirilevyn piileviä vikoja sisältävästä piirilevystä. Tämä on avaimet käteen -periaatteella toimivan piirilevyjen kokoonpanolinjan ydin , mukaan lukien pienten passiivisten komponenttien ja hienojakoisten integroitujen piirilevyjen tarkka sijoittelu.

Täysin vs. osittain täytetyt taulut

Kaikkia tauluja ei täytetä kokonaan yhdellä kerralla. Täysin täytetyssä taulussa on kaikki määritellyt komponentit asennettuna ja se on käyttövalmis. Osittain täytetyssä taulussa on vain joitakin komponentteja asennettuna – taulut on ehkä koottu vaiheittain, tietyt osat on lisätty myöhemmin tai jotkin kohdat on tarkoituksella jätetty täyttämättä (merkitty DNP, ”älä täytä”).

Osittainen täyttö on yleistä todellisessa tuotannossa. Yritys voi varastoida osittain koottuja piirilevyjä ja lisätä niihin asiakaskohtaisia ​​osia pyynnöstä tai jättää valinnaisia ​​ominaisuuksia täyttämättä tarjotakseen tuotevariantteja yhdestä piirilevysuunnittelusta. Selkeä dokumentaatio siitä, mitkä positiot on täytetty ja mitkä ovat osittain täytettyjä, on välttämätöntä, jotta kokoonpanija voi rakentaa juuri tarkoitetun kokoonpanon.

Syitä osittaiseen asutukseen

• Tuotevariantit: yksi kortti, useita kokoonpanoja asuttujen/asukkaiden vaihtoehtojen kautta.
• Vaiheittaiset koontiversiot: asentaa pitkän johdon tai asiakaskohtaiset osat myöhemmin.
• Kustannusten hallinta: jätä pois käyttämättömät ominaisuudet edullisemman version saamiseksi.
• testaus: Täytä testi- tai debug-otsikot vain teknisissä yksiköissä.

Asuttujen taulujen tarkastaminen ja testaaminen

Täytetty piirilevy näyttää valmiilta, mutta valmiin ulkonäkö ei ole sama asia kuin oikea. Juotosliitokset voivat olla auki, oikosuljettuja tai heikkoja; osat voivat olla väärin kohdistettuja, väärin päin tai väärin; ja koteloiden, kuten BGA-korttien, alla olevia liitoksia ei voi nähdä lainkaan. Tarkastukset ja testaus ovat olemassa laadun mitattavaksi eikä oletetuksi tekemiseksi.

Erityisesti hienojakoiset ja pohjassa päätetyt osat sisältävät piirilevyt hyötyvät röntgenistä, minkä vuoksi monimutkaiset kokoonpanot – mukaan lukien tiheät robotiikkaohjauspiirilevyt – yhdistävät optisen tarkastuksen röntgeniin ja tarvittaessa toiminnalliseen testaukseen.

Täytetyn piirilevyn tarkastaminen yhdistää useita menetelmiä, jotka on sovitettu siinä oleviin osiin. Automaattinen optinen tarkastus (AOI) tarkistaa sijoittelun, napaisuuden ja juotosliitokset, jotka se voi nähdä; röntgentarkastus tarkastelee BGA-piirilevyjen ja muiden piilotettujen liitäntäkohtien alle, joihin kamera ei yllä; piirien sisäinen testaus tarkistaa yksittäisten komponenttien sähköiset ominaisuudet; ja toiminnallinen testaus varmistaa, että valmis kokoonpano toimii niin kuin sen pitäisi. Oikea yhdistelmä riippuu piirilevyn monimutkaisuudesta ja tuotteen vaatimasta luotettavuudesta.

Mikä vaikuttaa asutun piirilevyn hintaan

Täytetyn piirilevyn hinta on paljaan piirilevyn, komponenttien sekä kokoonpanotyön ja -asetusten summa – ja epäselvyys missä tahansa näistä nostaa tarjousta. Suurimmat muuttujat ovat yleensä itse komponentit ja kokoonpanon monimutkaisuus.

Selkeän ja kattavan datapaketin avulla tehdas voi antaa tarjouksen todellisesta kokoonpanosta sen sijaan, että täytettäisiin tuntemattomia tietoja. Alkuvaiheen kokoonpanopalvelu pitää asennuskustannukset oikeasuhteisina, kun taas lämpöä vaativissa tuotteissa voidaan käyttää metalliydinkokoonpanoa ja tehointensiiviset mallit hyödyntävät tehoelektroniikan valmistusosaamista.

Täytetyn piirilevyn hintaan vaikuttaa muukin kuin pelkkä piirilevy. Komponenttien lukumäärä ja sijoituskertojen määrä määräävät suuren osan kokoonpanoajasta, kun taas hienojakoiset ja BGA-osat lisäävät tarkastus- ja uudelleentyöstötyötä. Myös hankintalähteillä on merkitystä: pitkän toimitusajan tai yhden toimittajan osat nostavat sekä hintaa että riskiä. Testien laajuus ja tilausmäärä muuttavat sitten yksikkökohtaista hintaa, koska asennuskustannukset jakautuvat suuremmalle sarjalle ja laskevat yksikköhintaa.

Valmistajan täyttämä taulu

Jotta piirilevy saadaan täytettyä, valmistaja tarvitsee valmistustiedostojen lisäksi kolme asiaa: osaluettelon, jossa on tarkat osanumerot, keskipistetiedot (poiminta-ja-sijoitustiedot) ja kokoonpanopiirustuksen, jossa on merkitty napaisuus ja suunta. Näiden avulla avaimet käteen -toimittaja voi hankkia osat, valmistaa paljaan piirilevyn, täyttää sen ja testata sitä.

Mitä kokousta varten on annettava

• Materiaaliluettelo: valmistajan osanumerot, määrät, viitenumerot ja hyväksytyt vaihtoehtoiset osat.
• Centroid-tiedosto: kunkin osan XY-sijainti ja kierto.
• Kokoonpanopiirustus: napaisuus, nasta yksi, vertailuarvot ja mahdolliset DNP-huomautukset.
• Kokoonpanohuomautuksia: mitkä paikat täytetään rakennettavaa varianttia varten.

Näiden lähettäminen valmistettavuusarvioinnin rinnalla antaa kokoonpanijalle mahdollisuuden merkitä jalanjälkeen tai hankintaan liittyvät ongelmat ennen rakentamista. Valmistuksen ja kokoonpanon käsittely yhden EMS-toimittajan alaisuudessa pitää suunnittelutiedot ja tuloksen yhdenmukaisina – olipa kyseessä sitten yksinkertainen ohjain tai tiivis, joustavaan kokoonpanoon perustuva piirilevy, kuten flex- piirilevyjen kokoonpanoprosessilla rakennetut.

Yksipuolisten vs. kaksipuolisten korttien käyttöaste

Levyn täyttötapa riippuu osittain siitä, sijaitsevatko komponentit toisella vai molemmilla puolilla. Kaksipuolinen täyttö sopii useampiin osiin samalle alueelle, mutta lisää prosessivaiheita, joten valinta vaikuttaa sekä kustannuksiin että kokoonpanoaikaan.

Keskeiset väestömenetelmät

• Yksipuolinen SMT: yksi uudelleenjuoksutuskerta täyttää vain yläosan.
• Kaksipuolinen SMT: kaksi reflow-kulkua, usein liimalla ensimmäisellä puolella.
• Sekakokoonpano: SMT toisella puolella, ja läpireikäosat lisätty jälkeenpäin.
• Monimutkaisuus: Useammat sivut ja osatyypit tarkoittavat enemmän asetuksia ja tarkastuksia.
• Kustannusajuri: Jokainen lisätty läpikulku ja prosessivaihe nostaa yksikköhintaa.

Väestöstrategian päättäminen etukäteen pitää kustannukset ennustettavina, ja se on yksi ensimmäisistä asioista, joita tarkastellaan, kun levy saapuu kokoonpanolaitokseemme.

Usein Kysytyt Kysymykset

Mitä tarkoittaa täytetty piirilevy?

Se tarkoittaa piirilevyä, jonka elektroniset komponentit on asennettu ja juotettu, mikä tekee siitä toimivan kokoonpanon. Levyä, jossa ei ole komponentteja, kutsutaan paljaaksi levyksi; kun se on täytetty, siitä tulee PCBA.

Mitä eroa on piirilevyllä ja piirilevyasetuksella?

Piirilevy on paljas painettu piirilevy, jossa on kuparia, maskia ja silkkipainoa, mutta ei komponentteja. PCBA eli täynnä oleva piirilevy on kokoonpanon jälkeinen levy, johon on asennettu ja juotettu kaikki vastukset, kondensaattorit, mikropiirit ja liittimet.

Mikä on osittain asuttu piirilevy?

Se on piirilevy, jolle on asennettu vain osa määritellyistä komponenteista. Tämä voi olla tarkoituksellista – tuotevarianttien tai vaiheittaisten koontien tapauksessa – tai se voi heijastaa "ei täytä" -merkinnällä merkittyjä paikkoja. Selkeä dokumentaatio kertoo kokoonpanijalle, mitkä osat sopivat.

Mitä tiedostoja tarvitsen taulun täyttämiseen?

Paljaan piirilevyn Gerber- ja poraustiedostojen lisäksi tarvitset osaluettelon, jossa on tarkat osanumerot, keskipistetiedot (poiminta-ja-sijoitus) ja kokoonpanopiirustuksen, joka osoittaa napaisuuden ja suunnan. Näiden avulla valmistaja voi hankkia osia ja rakentaa oikean kokoonpanon.

Miten täytettyjä keskustelupalstoja testataan?

Yleisiä menetelmiä ovat automaattinen optinen tarkastus sijoittelua varten, röntgenkuvaus piilotettujen liitosten tarkistamiseksi koteloiden, kuten BGA-piirien, alla, piirin sisäinen testaus sähköarvojen tarkistamiseksi ja toiminnallinen testaus tuotteen toiminnan varmistamiseksi. Yhdistelmä riippuu piirilevyn monimutkaisuudesta ja luotettavuusvaatimuksista.

Miksi täytetty lauta on niin paljon kalliimpi kuin tyhjä lauta?

Koska hinta sisältää komponentit, työ- ja koneajan niiden asennukseen ja juottamiseen sekä tarkastuksen ja testauksen, komponentit ja kokoonpanon monimutkaisuus yleensä hallitsevat kustannuksia ja ylittävät huomattavasti pelkän piirilevyn hinnan.

Voiko yksi toimittaja valmistaa ja täyttää taulun?

Kyllä. Avaimet käteen -periaatteella toimiva valmistaja valmistaa paljaan piirilevyn, hankkii komponentit, täyttää piirilevyn ja testaa sen. Valmistuksen ja kokoonpanon pitäminen yhdessä nopeuttaa rakentamisen koordinointia ja helpottaa vianmääritystä.

Mitä eroa on tyhjällä laudalla ja täyteen ahdetulla laudalla?

Paljas piirilevy on valmistettu piirilevy ilman komponentteja. Täytetty piirilevy eli PCBA on juotettu komponenteillaan ja valmis toimimaan. Täytetty piirilevy on kokoonpanovaihe, jossa tyhjä piirilevy muuttuu toimivaksi elektroniikaksi.

Voiko taulun täyttää vain osittain?

Kyllä. Osittainen täyttö jättää osan alueista tyhjiä, usein useiden tuotevarianttien tukemiseksi yhdestä suunnittelusta tai vaihtoehtojen lisäämiseksi myöhemmin. Tyhjät kohdat on merkitty DNP:nä (älä täytä) kokoonpanotiedoissa.

Kuinka kauan piirilevyn täyttäminen kestää?

Prototyypin kokoonpano kestää usein muutaman päivän, kun osat ovat käsillä; suurtuotantoerät kootaan kerran, ja sitten ne etenevät nopeasti levyä kohden. Suurin muuttuja on yleensä komponenttien läpimenoaika eikä niinkään itse sijoittelu.