Birçok PCB üretileceği zaman, bileşenlerin elle lehimlenmeyeceği ihtimali yüksektir. Bu noktada, Seeed gibi profesyonel montaj evleri devreye girer ve hem çıplak kartların üretilmesine hem de tüm parçaların Baskılı Devre Kartları (PCB) üzerine montajına yardımcı olurlar.
Ama üreticilerinizin bu kadar çok küçük bileşeni PCB’lerinize nasıl yerleştirdiğini hiç merak ettiniz mi? Ben merak ettim, ama bu, işin nasıl yapıldığına dair teknik terimlerle dolu paragrafları çevirmek zorunda kalana kadar sürdü. PCBA üretiminin çekici bir yanı yok, ancak tüm elektroniğin beyinlerinin nasıl yapıldığını anlamak kesinlikle bir mutluluk ve başarı hissi getiriyor. Her aşamada mükemmel çalışan bir kart sunmak için çok fazla düşünce harcanıyor. Elektronikler giderek daha gelişmiş hale geldikçe, PCB’leri üretmek için kullanılan makineler de sürekli olarak gelişiyor ve her zamankinden daha heyecan verici hale geliyor.
Bu blog yazısında, PCB montajında perde arkasında neler olduğunu keşfedeceğiz!
PCB montajında, reflow yöntemiyle SMT (Yüzeye Montaj Teknolojisi) montajının 4 ana aşaması vardır: pasta uygulama, otomatik bileşen yerleştirme, lehimleme ve denetim (isteğe bağlı testler). PCB montajı için gereken temel ekipmanlar şunlardır:
- Lehim Pasta Baskı Makinesi
- Lehim Pasta Denetim (SPI) Makinesi
- Yapıştırıcı Dağıtım Makinesi
- Pick-and-Place Makinesi
- Reflow Lehimleme Makinesi
- Dalgasal Lehimleme Makinesi (delikli bileşenler için)
- Otomatik Optik Denetim (AOI) Makinesi
- Devre İçi Test (ICT) Aparatı
- Fonksiyonel Doğrulama Testi (FVT) Aparatı
Aşama 1: Pasta Uygulama
1. Lehim Pasta Baskı Makinesi
PCB montajındaki ilk adım, kart üzerine lehim pastasının uygulanmasıdır. Lehim pastası, genellikle kalay, kurşun ve gümüş alaşımının küçük parçacıklarının karışımından oluşan gri renkli bir macundur. Bunu, tamamlanmış kartınızı bir arada tutacak bir yapıştırıcı olarak düşünün. Olmadan, bileşenler çıplak kartınıza yapışmaz.
(kaynak: Chip Quik)
Pasta uygulanmadan önce, bir PCB şablonu kartın üzerine yerleştirilir. PCB şablonu, lehim pastasının yalnızca bileşenlerin kontaklarının yer alacağı alanlara uygulanmasına izin veren küçük lazerle kesilmiş deliklere sahip paslanmaz çelik bir levhadır, yani SMD pedlerine.
Lehim pastası uygulanırken, PCB şablonu ve PCB otomatik pasta baskı makinesinde yerinde kilitlenir. Bir squeegee, pedlere belirli miktarlarda kurşunsuz lehim pastası uygular. Makine daha sonra şablonun üzerinden bir bıçak geçirerek, pastayı istenen alanlara eşit bir şekilde yayar ve bırakır. Şablon çıkarıldıktan sonra, lehim pastası tam olarak istediğimiz yerde olacaktır (umarım).
2. Lehim Pasta Denetim (SPI) Makinesi
(Kaynak: ce-exchange)
Birçok endüstri çalışması, SMD lehimleme sorunlarının %70’inin uygunsuz veya kalitesiz lehim pasta baskısından kaynaklandığını göstermiştir. Bu nedenle, bir sonraki adım, lehim pastasının kart üzerine düzgün bir şekilde basılıp basılmadığını kontrol etmektir. Düşük hacimli PCB’ler için iyi lehim pasta baskı yöntemleri genellikle yeterli olsa da, yüksek hacimli PCB üretiminde yüksek yeniden işleme maliyetlerini önlemek için SPI dikkate alınmalıdır.
SPI makinesi, lehim pastasının kalitesini lehim hacmi, hizalama ve yükseklik gibi faktörler aracılığıyla değerlendirmek için 3D görüntüleri yakalayabilen kameralar kullanır. Makine, uygunsuz lehim hacimlerini veya hatalı hizalamayı hızlı bir şekilde tanımlar ve üreticilerin kötü lehim pasta baskılarını hızla tespit edip sorunu düzeltmesine olanak tanır. Otomatik Optik Denetim ile birlikte kullanıldığında (bunun hakkında daha fazla bilgi daha sonra..), bu, üreticilerin lehim baskı sürecini etkili bir şekilde izlemelerini ve kontrol etmelerini sağlar, böylece yeniden işleme maliyetlerini azaltır ve yüksek kaliteli PCB’lerin daha verimli bir şekilde üretilmesini sağlar.
Aşama 2: Otomatik Bileşen Yerleştirme
3. Yapıştırıcı Dağıtım Makinesi
(kaynak: Fritsch)
Bileşen yerleştirmeden önce, yapıştırıcı dağıtım makinesi, bileşenlerin oturacağı PCB üzerine yapıştırıcı noktaları uygular, böylece lehim ayakları ve kontaklar lehimlenene kadar yerinde kalır. Bu, dalgasal lehimleme için önemlidir; çünkü lehim dalgasının kuvveti daha büyük bileşenleri yerinden oynatabilir veya çift taraflı dalgasal veya reflow lehimleme için bileşenlerin düşmesini önlemek için gereklidir.
4. Pick-and-Place Makinesi
Pick-and-place makinesi, tüm montaj hattındaki en büyüleyici makine olabilir. Adından da anlaşılacağı gibi, pick-and-place makinesi bileşenleri alır ve çıplak kartın üzerine yerleştirir. Geleneksel olarak, PCB montaj sürecinin bu aşaması elle yapılır; bir insan, bir çift cımbız kullanarak bileşenleri dikkatlice alır ve yerleştirir. Ancak şans eseri, günümüzde PCB üreticileri bu adımı pick-and-place makinesi ile otomatik hale getirmiştir; çünkü makineler insanlar kadar hassas çalışabilir ve 24 saat boyunca çalışabilirler.
Pick-and-place makineleri, SMT bileşenlerini emerek lehim pastasının üzerine önceden programlanmış pozisyonlarına doğru yerleştirir. Bileşenler, makineler kolayca saatte 30,000 bileşen hızına ulaşarak, yıldırım hızında bırakılır. Makine bileşenleri düzenli ama neredeyse telaşlı bir şekilde yerleştirirken, pick-and-place makinelerinin işlerini yaparken izlemek kesinlikle en eğlenceli şeydir!
(Kaynak: Essemtec, Youtube)
Ayrıca, SMD bileşenlerinin küçüklüğü konusunda abartmadığımızı da belirtelim.
İşte bileşenleri pick-and-place makinesine beslediğimiz açının yakın çekimi. Şimdi, bu resimde SMD bileşenlerinin nerede olduğunu görebiliyor musunuz?
Biraz daha yakın…
İŞTE ONLAR.
Resimdekiler küçük yüzeye montelenmiş dirençlerdir. Aslında, bu dirençlerden çok daha küçük SMD bileşenleri de mevcuttur. Bu yüzden, pick-and-place makinelerine ne kadar minnettarız!
Aşama 3: Lehimleme
5. Reflow Lehimleme Makinesi
Reflow lehimleme, PCB montajı için en yaygın kullanılan lehimleme tekniğidir. Kart tamamen bileşenlerle doldurulduktan sonra, montaj bir konveyör boyunca, reflow lehimleme makinesi adı verilen uzun, dev bir fırın üzerinden taşınır. PCB’ler, lehim pastasının eriyip sabit bir şekilde sertleşmesini sağlamak için dikkatlice kontrol edilen sıcaklıklarda çeşitli bölgelerden geçer, böylece bileşenler ile ilgili pad’ler arasında güçlü elektrik bağlantıları oluşur.
Konveyör sistemi, devre kartını ekipmandaki her set sıcaklık bölgesinden geçirir ve lehim pastası kurutulur, ön ısıtılır, eriyip ıslanır ve soğutulur, bileşenler baskılı karta lehimlenir. Reflow lehimlemenin temel kısmı, lehimin eriyip akmasını ve tekrar sızmasını sağlamak için dış bir ısı kaynağı kullanmaktır, böylece devre kartının lehimleme işlemi tamamlanır.
Reflow lehimlemenin bir dizi avantajı vardır:
- Zor montajlar için daha uygundur
Reflow lehimleme, SMT yama montajının lehimlenmesinde ana olarak kullanıldığından, zor montaj gereksinimlerini daha iyi karşılayabilir. BGA ve QFN gibi bileşenler yalnızca reflow lehimleme ile tamamlanabilir. - Yüksek lehimleme kalitesi
Reflow fırını, reflow için sıcak hava kullanır, konveksiyon ile iletim, eşit sıcaklık, iyi lehimleme kalitesi ve oldukça tatmin edici bir lehimleme etkisi sağlar. - Seri üretim için uygundur
Reflow lehimlemenin lehimleme verimliliği yüksektir. Sıcaklık ayarlandığında, lehimleme parametreleri sonsuz bir şekilde kopyalanabilir, bu da seri üretim için uygundur. Reflow lehimleme fırınının bu avantajı, ilk parça onay hizmeti ile işbirliği yapıldığında daha tam olarak kullanılacaktır.
6. Dalga Lehimleme Makinesi
Dalga lehimleme makineleri, PCB’lerin bileşenleri lehimlemek için erimiş lehim dalgasının üzerinden geçmesi gerektiğinden bu ismi almıştır. Dalga lehimleme sürecinin başlangıcında, lehimin düzgün bir şekilde yapışabilmesi için tüm bileşen bağlantı noktalarına ve pad’lerine temizlemek amacıyla bir flux tabakası uygulanır. Flux uygulamasından sonra, kartın ısınmasını önlemek için ön ısıtılır. Son olarak, erimiş lehim tankında bir lehim dalgası oluşturulur ve PCB’ler, kartların alt yüzeylerinin lehim dalgası ile temas etmesini sağlayacak şekilde geçirilir, böylece bileşenlerin bağlantı uçları veya kontakları ile ilgili delik ve pad’ler arasında bir bağlantı oluşur.
Ancak, dalga lehimleme günümüzde PCB montajı için reflow lehimleme ile karşılaştırıldığında daha az yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü reflow lehimleme, günümüzde yüzeye montelenmiş bileşenlerde kullanılan ince özellikleri lehimlemede çok daha etkilidir. Sonuç olarak, dalga lehimleme ve daha yakın zamanda, seçici dalga lehimleme yöntemleri, delikli bileşenleri monte etmek için kullanılmaktadır.
Dalga lehimlemenin de kendine özgü avantajları vardır:
- Devre kartının yüksek sıcaklık lehimleme süresi ile kısa bir teması vardır, bu da devre kartının eğilmesini azaltabilir.
- Dalga lehimleme makinesinin lehimin yeterli aktivitesi, lehim bağlantılarının kalitesini artırmaya yardımcı olur.
Aşama 4: Muayene
7. Otomatik Optik Muayene (AOI)
Artık kartlar tamamen monte edildiğine göre, muayene ve test aşamasına geçiyoruz. PCB kartlarının karmaşıklığının artmasıyla birlikte, otomatik optik muayene her zamankinden daha önemli hale geldi. Hala gözlerinizi kısarak hataları tespit etmeye çalışabilirsiniz, ancak manuel muayene seri üretim için etkili değildir, çünkü operatörler çabuk yorulur ve hatalar kolayca gözden kaçabilir. PCB montajlarının test edilmesi, maliyetli yeniden üretim ücretlerini ve malzeme israfını önlemek için PCBA üretiminde kritik bir adımdır. AOI sistemleri, üretim sürecinin erken aşamalarında sorunları tespit etmek ve süreçlerin değiştirilmesine veya bireysel kartların düzeltilmesine olanak tanımak için kullanılır.
Optik yöntemler kullanarak kusurları tespit eden AOI sistemleri, daha önce insanlar tarafından yapılan kontrolleri çok daha hızlı ve doğru bir şekilde gerçekleştirebilir. AOI makinesi, kartın yüzeyini yakalamak ve analiz için bir görüntü oluşturmak üzere yüksek çözünürlüklü kameralar kullanır.
Bu yakalanan görüntü, doğru bir referans kartının görüntüleri ile karşılaştırılarak, yanlış ve eksik bileşenlerden kısa devrelere ve çiziklere kadar çeşitli kusurların tanımlanmasını sağlar.
8. Devre İçi Test (ICT) – Çivili Test Aparatı
(Kaynak: Spea)
Çivili test aparatı kullanılarak gerçekleştirilen devre içi test (ICT) aşaması, monte edilmiş PCB kartlarının işlevselliğini hızlı bir şekilde test etmenin en yaygın tanınan yollarından biridir. Gerçek dünyadaki çivili yatak ile test yatağının işkence aletine benzerliği nedeniyle bu ismi almıştır; test aparatı, her bir pinin PCB devresindeki bir düğümle temas etmesini sağlayacak şekilde düzenlenmiş bir dizi yaylı pogo pini içerir. Tamamlanmış her kart, bu pinlerin üzerine yerleştirilir ve aşağıya bastırılır, böylece PCB üzerindeki yüzlerce test noktası ile hızlı bir şekilde temas sağlanabilir. Bu test noktaları aracılığıyla, aparat PCB’lere test sinyalleri hızlı bir şekilde iletebilir, performansını değerlendirebilir ve elektriksel süreklilikteki kopmaları veya kısa devreleri tespit edebilir.
Test edilmiş PCBAs, iğnelerin keskin uçları nedeniyle lehimlenmiş bağlantılarda görülen küçük çukurlar ile bu durumu gösterebilir. Bu nedenle, PCBAs’ınız küçük çukurlarla geldiğinde endişelenmeyin! Bu, kutlama sebebidir çünkü üreticinizin kartlarınızın kullanılabilirliğini sağlamak için uygun testler yaptığını gösterir.
9. Fonksiyonel Doğrulama Testi (FVT)
Fonksiyonel Doğrulama Testi (FVT), tamamlanmış PCB’lerin sevkiyatından önce go veya no-go kararını veren son adımdır. Bu aşamada, artık sadece lehim köprüleri veya mezar taşları gibi fiziksel kusurları test etmiyoruz. Bunun yerine, yazılım yükleniyor ve kartın, müşterilerimizin aklındaki uygulamada nasıl çalışacağını test ediyoruz.
FVT, PCB’nin kullanılacağı son operasyonel ortamı simüle eder, genellikle PCB’yi konektörü veya test noktası aracılığıyla arayüze bağlayarak. Fonksiyonel testler, her test edilen PCB’nin benzersiz olması nedeniyle üründen ürüne farklılık gösterir. En yaygın fonksiyonel test biçimi “sıcak maketlerdir”, bu da PCB’nin kullanılacağı son ürünü simüle etmek için yapılandırılmış bir kurulumdur. Ancak FVT’nin nasıl özelleştirildiğinden bağımsız olarak, sistemin ortak bileşenleri, donanım ve yazılımı paylaşırlar.
Daha endüstriyel düzeyde uygulamalar için, havacılık, tıp, otomotiv ve enerji gibi alanlarda, Seeed Premium PCB/PCB montaj hizmeti sunar; burada PCB üretim süreçleri, RoHS, UL, ISO9001, TS16949, COC ve ISO13485 gibi dünyanın en katı standartlarına uygundur, böylece profesyonel bir mühendis veya hevesli bir yapımcı olsanız da kaliteli ve güvenilir PCB’ler sunabiliriz.
Seeed ayrıca tam anahtar hizmeti sunar; bu, parça temini ve montajı içerir. Prototip oluşturuyor veya seri üretime geçiyorsanız, Seeed Fusion, sorunsuz ve zahmetsiz PCB Montajı için tek durak noktasıdır.
Geliştiricileri desteklerken, aksaklıkları en aza indirmek ve verimliliği maksimize etmek amacıyla eşsiz bir PCBA deneyimi sağlamak için çeşitli sponsorluklar ve katma değerli hizmetler sunuyoruz. Her PCBA siparişi ile PCB DFM ve PCBA DFA tasarım kontrollerini ve bir parça için ücretsiz fonksiyonel test sunuyoruz ve işletme kullanıcıları için ücretsiz prototipleme ve Raspberry Pi CM4, Raspberry Pi Pico ve Wio RP2040 tasarımları için ek sponsorluklar sunuyoruz.
Şimdilik söyleyeceklerimiz bu kadar. Aşağıdaki yorumlar bölümünde düşüncelerinizi bizimle paylaşın!
Şimdi Seeed Fusion Anahtar PCB Montaj hizmeti ile 5 PCB için ücretsiz montaj alın.
Seeed Fusion PCBA hakkında daha fazla bilgi edinin