Processi di Fabbricazione e Assemblaggio di PCB e Dove la Saldatura a Onda Risulta Adatta

Puzzle with missing pieces

Quando ero piccolo, a volte mi sentivo come un moccioso dell'esercito. Mio padre era nell'aviazione (Air Force), precisamente, non nell'esercito, e perciò ci siamo trasferiti solo un paio di volte. Tuttavia, ogni volta che ci siamo trasferiti in una nuova città, ho avuto gli stessi problemi da affrontare. Fondamentalmente, il problema era quello di adattarmi a un nuovo ambiente, con nuove persone.

Da un certo punto di vista, questi problemi si possono paragonare a quelli riguardanti l'imparare a fabbricare e assemblare PCB. Per la progettazione e lo sviluppo è sicuramente un vantaggio applicare delle buone pratiche di progettazione per la fabbricazione (DFM) al fine di garantire che le nostre schede possano essere realizzate e che siano affidabili. Pertanto, è importante sapere dove e come il processo di produzione possa essere ottimizzato.

Sebbene la produzione di PCB preveda delle procedure ben definite, i produttori possono utilizzare tecniche e materiali alternativi. Ad esempio, uno di questi processi è quello del metodo di saldatura utilizzato per fissare i componenti. Il metodo più noto e utilizzato nel corso degli anni è stato quello della saldatura ad onda, che comunque presenta sia vantaggi che svantaggi. Diamo un'occhiata ai processi di fabbricazione e assemblaggio del PCB e vediamo come sia possibile progettare una scheda in modo che la saldatura ad onda possa adattarsi facilmente.

Processo di fabbricazione dei PCB

L'obiettivo della produzione di PCB è quello di convertire la progettazione del software in un dispositivo utilizzabile, il PCB, che contiene i componenti definiti e la connettività definita. Qui, il primo processo è la fabbricazione. Durante questo processo, la basetta viene preparata per i componenti da aggiungere. Ogni passaggio si basa su quello precedente, considerando che un PCB contiene tutte le tracce, i fori, i componenti pad e qualsiasi immagine aggiuntiva (es. logo o testo).

Il primo passo del processo di fabbricazione dei PCB consiste nella preparazione di un'immagine del layout. Questa immagine dovrebbe essere esattamente come quella che si crea nel software e può essere stampata sulla scheda o su un'immagine in sovrapposizione. Il passo successivo è l'incisione dello strato interno. Durante questa fase, il rame in eccesso viene rimosso dagli strati interni del pannello, in modo tale da lasciare solo le tracce di rame.

Il passo seguente è l'aggiunta di tutti i livelli che compongono la scheda, che è chiamato stack up (impilaggio). Fatto ciò, il PCB sarà stato costruito, inclusi tutti gli strati interni. Successivamente, si passerà alla creazione dei fori tramite perforazione, che include via e fori di montaggio. Una volta eseguita questa operazione, si effettua l'incisione dello strato esterno che lascia le tracce di rame dello strato superficiale. Una volta praticati i fori, può essere eseguita la placcatura per le via.

La mascheratura per la saldatura viene eseguita in un secondo momento e copre tutte le aree della scheda in cui non deve essere applicata la saldatura. La fase di serigrafia è il momento in cui vengono aggiunti simboli, indicatori pin 1, logo e altre immagini. Infine, la scheda viene pulita e tutti i detriti vengono rimossi. Viene inoltre aggiunto uno strato protettivo per la protezione. Questa è la fase finale del processo di fabbricazione dei PCB. Ora, la base su cui i componenti verranno aggiunti tramite saldatura, è completa.

PCB being manufactured on a CNC machine

Sapere come ottimizzare il processo di fabbricazione ti darà una visione più chiara degli obiettivi finali del tuo prodotto.

Processo di assemblaggio PCB

Una volta realizzata, la scheda è pronta per il montaggio dei componenti. Ogni fase del processo di assemblaggio è a supporto del fissaggio dei componenti sul PCB. Il metodo effettivo di fissaggio dei componenti è la saldatura. Questo è vero sia che i componenti siano dispositivi a foro passante, che a montaggio superficiale (SMD).

Il metodo di saldatura utilizzato per il foro passante e gli SMD è generalmente diverso. A seconda dei componenti del tuo progetto, l'assemblaggio può variare leggermente; tuttavia, l'intero processo può generalmente essere definito da una serie di passaggi specifici. La prima cosa da fare sulla scheda fabbricata è di applicare uno strato iniziale di saldatura. Se il tuo progetto li include, gli SMD vengono posizionati in modo che siano collegati ai pad appropriati. Per fissare gli SMD, la saldatura di riflusso viene eseguita dove il materiale di saldatura viene riscaldato in un forno per formare i collegamenti.

A questo punto, i collegamenti vengono controllati per garantire la loro buona connettività. Se necessario, viene eseguita una rilavorazione, che può includere la saldatura manuale o il riposizionamento dei componenti. Successivamente, vengono montati i componenti a foro passante, sempre se il progetto li includa. Per fissare i componenti a foro passante, può essere eseguita una forma di saldatura ad onda, che rappresenta il metodo più vantaggioso.

Questa può essere una saldatura ad onda a scheda intera, se il tuo progetto ha tutti i componenti a foro passante e adeguatamente distanziati, oppure una saldatura ad onda selettiva, in cui viene utilizzato uno spray a getto diretto per applicare la saldatura. Anche in questo caso, viene eseguita un'ispezione delle connessioni dei componenti. Eventuali detriti in eccesso o potenziali contaminanti vengono rimossi mediante lavaggio e le schede vengono separate in singole unità.

Quando Sono Adatte le Saldature a Onda

La saldatura ad onda è stato il primo metodo automatizzato per fissare i componenti ai PCB. Nel corso degli anni il metodo è stato adattato per tenere il passo con i cambiamenti dei tipi e delle dimensioni dei componenti nel corso degli anni. Oggi, la saldatura ad onda è in concorrenza con altri metodi nati principalmente per migliorare la precisione nelle applicazioni di saldatura. A seconda dei componenti che sceglierai per il layout della tua scheda, la saldatura ad onda può ancora essere la migliore tecnica per il tuo assemblaggio di PCB.

La saldatura ad onda presenta i seguenti vantaggi:

  • Velocità - poiché tutti i componenti per un'area determinata vengono saldati in una sola volta, ed è più veloce dei metodi che richiedono la saldatura di singoli pad.

  • Montaggio di componenti a foro passante - sviluppato per saldare contemporaneamente più componenti a foro passante

e svantaggi:

  • Mancanza di precisione - possono formarsi ponti di saldatura tra pattini vicini tra loro, richiedendo quindi una rilavorazione.

  • Utilizzo delle risorse - utilizza più saldature, flusso e potenza rispetto ad altri processi

Per contrastare questi problemi è stata sviluppata la saldatura ad onda selettiva dove la saldatura viene applicata con uno spray a getto per fornire un'applicazione mirata. Ciò consente di applicare la saldatura ad onda quando è richiesta maggiore precisione.

last piece of the puzzle

Adattamento

Come per tutte le progettazioni di PCB, dovrebbe essere applicato un buon design per la fabbricazione (DFM). Questo può includere il facilitare l'applicazione della saldatura ad onda in modo da poterla inserire nella produzione PCB della tua scheda.

La fabbricazione e l'assemblaggio di PCB hanno lo scopo di creare una piattaforma per montare i componenti in modo che il progetto funzioni come previsto. La tua selezione dei componenti e del loro tipo con un giusto pacchetto software di progettazione PCB, come Altium, insieme agli strumenti per la creazione, ti faciliteranno l'applicazione di saldature a onda per assicurare i tuoi componenti. 

Per ulteriori informazioni sui vantaggi e gli svantaggi della saldatura ad onda o di altri metodi e su come progettare il PCB in modo da farli adattare, contatta un esperto di progettazione PCB Altium.

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