PCBアセンブリについて知っておくべきこと

ジャンプ先： PCBA用語|スルーホールアセンブリ|表面実装技術|混合テクノロジー| MillenniumCircuitsLimitedでのPCB製造

プリント回路基板（PCB）の組み立てプロセスは、完成品が設計どおりに機能するために適切な順序で実行する必要のあるさまざまな手順とガイドラインで構成されています。これを確実に行うために、PCBメーカーは、スクリーンテンプレートと制御された加熱および冷却メカニズムを使用して、コンポーネントの適用方法と所定の位置への固定方法を調整します。

プリント回路基板を組み立てるときは、手元にあるコンポーネントのタイプに適したテクノロジーを選択する必要があります。 PCB設計で指定されているように、すべての部品が指定された場所に正しく位置合わせされている必要があります。わずかな逸脱でも、完成したボードの機能に大きな影響を与える可能性があります。

PCBA用語

PCBアセンブリプロセスを理解するには、いくつかの用語の意味を知る必要があります。

• 基板： プリント回路基板の基礎となる素材である基板により、各基板は堅固で剛性が高くなります。
• 銅： PCBの各作業面には、導電性の目的で銅の薄層が含まれています。単層ボードでは、銅がアクティブ側に配置されます。両面PCBでは、銅が両面に表示されます。
• ソルダーマスク： これは、すべてのプリント回路基板の表面（通常は緑色）の層です。はんだマスクは、銅と他の材料の間の絶縁を提供し、異なる導電性材料が接触した場合に発生する可能性のある短絡を防ぎます。ソルダーマスクは、すべてを所定の位置に保持することにより、PCBのレイアウトの構造を提供します。各ボードには、ソルダーマスクを貫通する穴があります。はんだは各穴の中に配置され、ボードに追加される各コンポーネントの基盤を提供します。
• シルクスクリーン： すべてのプリント回路基板の最後の仕上げはシルクスクリーンです。これは、特定の基板のさまざまな部分の横に数字と文字を表示する透明な層です。これにより、メーカーは各ボードの特定のコンポーネントを識別できます。
• 手動はんだ付け： これは、技術者が一連のプリント回路基板上の指定された場所に単一のコンポーネントを手動で挿入するプロセスです。完了すると、各ボードは次の技術者に送られ、次の技術者は別の部品を追加してボードを先に渡します。
• ウェーブはんだ付け： ウェーブはんだ付けでは、ボードをコンベヤーに配置し、加熱チャンバーに通して正しくはんだ付けします。ここでは、はんだの波が底に適用され、ボードのすべてのアンダーピンを1回のプロセスで所定の位置に固定します。

スルーホール、表面実装、および混合技術アセンブリの違いを理解することも重要です。

スルーホールPCBアセンブリ

スルーホール技術は、基板の穴に通され、反対側がはんだで固定されるリード線またはワイヤを備えたプリント回路基板に最適です。大きなコンポーネントを備えたPCBは、スルーホール技術、特にコンデンサに特に適しています。

スルーホールPCBテクノロジーの基本的な手順は、次のように要約できます。

1. 技術者は、PCBの設計仕様に従って、プリント回路基板の特定の領域に部品を手動で組み立てます。 PCBが正しく機能するには、指定されたとおりに各コンポーネントを正確な位置に設定する必要があります。
2. ボードを調べて、すべての部品が適切に組み立てられ、各コンポーネントが正確な位置にセットされていることを確認します。 PCB部品のいずれかが置き忘れられた場合は、今がそれらの欠陥を修正するときです。
3. これで、コンポーネントが回路基板の所定の位置にはんだ付けされました。これは通常、ボードがPCBアセンブリを固化する高温はんだ液の波の上を移動するウェーブはんだ付けで行われます。これは、手動または選択はんだを使用して行うこともできます。選択的はんだ付けはウェーブはんだ付けに似ていますが、オペレーターは領域を選択的にはんだ付けできるため、特定の領域にはんだ付けしたくない場合に役立ちます。

スルーホールボードには通常、アキシャルまたはラジアルのリード線を備えたコンポーネントが含まれています。表面実装技術と比較して、スルーホール基板は一般的に強い結合を特徴としています。ただし、追加の穴あけが必要になるため、スルーホールアセンブリを作成するにはさらに多くの作業が必要です。

スルーホールボードが複数の層で構成されている場合、穴が上面と下面の間を貫通するため、信号トレースは内部層でのルーティングが制限されます。したがって、スルーホール技術は、電解コンデンサや半導体などのかさばるPCBコンポーネントの一部に制限されることがよくあります。電気機械式リレーやプラグコネクタなど、追加の剛性とサポートが必要なボードも、スルーホール技術で作られています。

プロトタイピングの段階では、技術者は表面実装よりも大きなスルーホールを好むことがよくあります。これは、前者がブレッドボードソケットでより簡単に機能するためです。ただし、ボードが高速または高周波を目的としている場合は、漂遊磁気抵抗を低減するために、設計に表面実装技術が必要になる場合があります。そうしないと、リード線のインダクタンスまたは静電容量のために回路の機能が低下します。

はんだペーストの塗布中、はんだステンシルがプリント回路基板の上に配置され、はんだが設計で指定された制限内にとどまるようにします。ステンシルは、元のデザインの薄いレプリカであり、コンポーネントが配置される領域に切り欠きがあります。

コンポーネントが所定の位置に配置され、ボードが最初の検査を受けたら、ペースト内の小さな金属ボールが結合化学物質であるフラックスで固化するまで、はんだペーストを高温の液体上で加熱します。これにより、コンポーネントがボードに永続的に結合されます。加熱と接着が終了した後、ボードは制御された設定で冷却されます。これにより、ボードが通常の状態に戻り、ショックが防止されます。

これで完成です。プリント回路基板のコンポーネントを調べて、ずれの可能性がないかどうかを確認する必要があります。コンポーネントが比較的大きい場合、これは多くの場合、目視検査で行うことができます。しかし、最近では、光学およびX線検査官は、はるかに高い精度でPCBを検査できます。設計上の欠陥が検出された場合は、さらに多くのボードがプロセスを実行する前に、問題を修正する必要があります。

表面実装技術

表面実装技術は、損傷なしに設置するのが難しい可能性のある小さくて敏感なコンポーネントを含むプリント回路基板の実用的なオプションです。このプロセスを経るコンポーネントの種類の例には、ダイオードと抵抗器が含まれます。

表面実装技術の基本的な手順は次のように要約できます。

1. 最初のステップは、はんだペーストの塗布用に設計されたプリンターです。はんだスクリーンテンプレートを使用して、小さなコンポーネントが適切な場所に配置されていることを確認します。コンポーネントを実際に配置する前に、ステンシルを検査して、テンプレートが正しく配置されていることを確認します。
2. これで、ボードがマシンに運ばれ、はんだスクリーンテンプレートの設計に従ってコンポーネントが配置されます。機械のリールは、部品が対応するパッドに位置合わせされ、取り付けられていることを確認します。
3. コンポーネントがボードに適切にセットされた状態で、加熱プロセスを使用してすべてを所定の位置に固化します。この段階で、PCBははんだを液化する加熱チャンバーを通過し、プロセスで部品を固定します。

コンポーネントをPCBに配置する前に、ボード自体の選択した領域を最初にはんだペーストでコーティングする必要があります。これは、ボードの固有の部分の接着剤として機能します。はんだが必要な領域は、主に、対応するコンポーネントのパッドが存在する場所です。

はんだペーストは小さな粒子とフラックスでできています。はんだペーストをプリント回路基板に配置するプロセスは、印刷アプリケーションのプロセスとよく似ています。はんだスクリーンは、ボード上に正確に指定された位置合わせに設定されます。次に、ローラーを画面上で動かして、はんだペーストをボードに押し付けます。

はんだスクリーンは、PCBの設計に従って事前に印刷されています。したがって、画面の開口部はボード上のコンポーネントパッドに位置合わせされます。これにより、ソルダーマスクがこれらの領域にのみ分散されます。このプロセス中に分散されるはんだの量は、各ジョイントがオーバーカバーまたはアンダーカバーされないように調整する必要があります。

ペーストが塗布されると、ボードはピックアンドプレースマシンに送られ、そこで指定されたコンポーネントがはんだ付けされた領域に塗布されます。このプロセス中に外力がボードを揺さぶらない限り、はんだの張力はコンポーネントを所定の位置に保持するのに十分でなければなりません。

一部のピックアンドプレース機では、コンポーネントを固定するために、指定された領域に少量の接着剤が追加されます。これは主に、ウェーブはんだ付けのプロセスを経るプリント回路基板を対象としています。この追加された接着剤の欠点は、コンポーネントが元の設計の仕様にずれているボードでの修正が困難になる可能性があることです。

コンポーネントが適切な場所に固定された状態で、PCBははんだ付け機に送られます。古いボードでは、メーカーはウェーブはんだ付けを採用することがよくありましたが、これはほとんど実践されていません。この方法が採用されている生産では、はんだはウェーブはんだ付け機によって塗布されるため、はんだペーストは使用されません。しかし、今日では、リフローはんだ付けがPCBメーカーの間でより一般的に使用されている方法です。

プリント回路基板がはんだ付け機から出てきたら、技術者は基板の構成に欠陥がないか検査します。ボードに100を超える異なるコンポーネントが含まれている場合、ボードは自動光学インスペクター（AOI）を介して送信されます。このインスペクターは、ジョイントの位置がずれている、コンポーネントがずれている、配置が正しくないなどのわずかな欠陥も検出できます。

各プリント回路基板は、アセンブリを離れる前に一連のテストを受ける必要があります。ボードは、元の設計で意図したとおりに機能することを確認するために、いくつかのテストに耐えます。

操作の進行中は、すべてが意図したとおりに機能することを確認するために機器を検査する必要があります。最初に確認する場所は出力です。これらは、特定のプロダクションの成功を確認するのに役立ちます。はんだごての出力は、各生産の開始時に、出力を通過する最初のボードとともに検査する必要があります。このようにして、誤植エラーが大きくなり、コストがかかる前に、欠陥を早期に発見できます。

混合テクノロジー

コンピュータ化された技術の急速な進化により、ますます多くのプリント回路基板がますます小さな部品で作られています。これは、今日、多くのPCBが、一般に混合技術と呼ばれる方法の組み合わせで製造されていることを意味します。混合テクノロジーを含むアセンブリには、次のいずれかのアプローチが含まれます。

• 片面混合アセンブリ。プリント回路基板は、基板の同じ側で表面実装技術とスルーホール技術の両方を受けます。
• プリント回路基板の片面が表面実装技術で組み立てられ、基板のもう一方の面がスルーホール技術で組み立てられる分割アセンブリ。このようなPCBは、片側に通常サイズのコンポーネントがあり、反対側に小さなコンポーネントがあります。
• 両面混合アセンブリ。プリント回路基板の両面が、スルーホール技術と表面実装技術の組み合わせで組み立てられます。このタイプのボードは、通常のコンポーネントだけでなく、両側に小さくて繊細なコンポーネントを備えています。

PCB設計を生産に移す前に、使用を目的としたボードを品質目的で検査する必要があります。コンポーネントでは、足の酸化または油性の残留物が危険信号として機能する可能性があります。涼しい環境で保管する場合、はんだペーストは、解凍して攪拌した後にのみ塗布できます。ペーストを表面に塗布する前に、PCBを乾燥させる必要があります。

混合技術のプリント回路基板では、ピックアンドプレースマシン内でより複雑な一連のプロセスが必要です。ここでは、ボードの片面または両面のいずれかで、さまざまなコンポーネントサイズの混合を考慮する必要があります。

プリント回路基板が両面アセンブリで構成されている場合は、はんだ付けプロセスを両面に適用する必要があります。基本的に、一方の側で発生することはすべて、もう一方の側でも発生します。唯一の違いは、特定のコンポーネントとその配置です。一方の側にもう一方の側よりも小さいコンポーネントが含まれている可能性があるためです。両面PCBの場合、2面目のボードを再提出すると、1面のデリケートな部品が破損するため、ウェーブはんだ付けはできません。

混合技術で構成されるプリント回路基板は、自動光学検査官に提出する必要があります。このようにして、技術者は、微細な部品のわずかな置き忘れなど、ごくわずかな欠陥も検出する確実な検査を確実に行うことができます。

両面混合テクノロジーボードの複雑さを説明するために、このようなラインで製造される最初のPCBには、より徹底的な一連のテストが必要です。考慮すべきコンポーネントが多いため、1つのパーツでも位置がずれていると、問題が発生する可能性が高くなります。

MillenniumCircuitsLimitedでのPCB製造

今日のハイテクの世界では、技術者がより小さなチップにさらに多くのデータとエネルギーをロードする方法を見つけるにつれて、プリント回路基板はますます複雑になっています。コンピュータデバイスと電子機器が小さくなるにつれて、これらのデバイスに電力を供給してワイヤレスグリッドに接続するPCBも小さくなります。 PCBメーカーにとって、これはプリント回路基板の製造には高度なレベルのエンジニアリングが必要になることを意味します。

現在の規格でPCBを効率的にするには、組み立てプロセスの各ステップをより効率的に実行するために、適切に指定されたベアPCBが必要です。ミレニアムサーキットでは、お客様の仕様に応じて、施設で最新のテクノロジーを使用して、ベアPCBの各注文を処理します。 PCB製造の詳細については、MillenniumCircuitsにお問い合わせください。

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