PCBA, kurz fürLeiterplattenbestückung, bezieht sich auf die Kombination aus Leiterplatte (PCB), Bauteilen und elektronischem Zubehör. Einfach ausgedrückt ist PCBA tatsächlich die mit Bauteilen bestückte Leiterplatte. Dieser Artikel bietet eine umfassende Einführung in PCBA, von der jeder viel lernen kann.
Die Hauptmontagearten von PCBA sind in Tabelle 1 unten dargestellt.
Bis jetzt werden einseitige SMD-Bestückung und doppelseitige SMD-Bestückung hauptsächlich für Leistungspanels und Kommunikationsrückwände verwendet, während die anderen Montagearten bei komplexen Geräten wie Computern, DVDs, Mobiltelefonen usw. eingesetzt werden.
Das SMT-Verfahren gehört zu einer Art Löttechnik, bei der zuvor auf die Leiterplattenpads aufgetragene Lotpaste im Reflow-Ofen geschmolzen wird, sodass eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Lötstellen oder Pins der SMDs und den Leiterplattenpads hergestellt wird. Es eignet sich für das Löten aller Arten von SMDs. Die Hauptschritte des SMT umfassen das Drucken der Lötpaste, das Bestücken der Bauteile und das Reflow-Löten.
• Lötpastendruckstation
Diese Station besteht hauptsächlich aus Lotpaste, Modell undLötpastendrucker. Lötpaste wird zunächst mit einem professionellen Lötpasten-Schablonenmodell an den entsprechenden Stellen der Leiterplatten (PCBs) mittels Lötpastendrucker aufgetragen. Anschließend erfolgt das Löten der elektronischen Bauteile durch Bestückung und Reflow-Löten.
• Komponenten-Montagestation
Diese Station besteht hauptsächlich aus SMDs, Bestückungsautomaten und Ladern. SMDs werden mithilfe eines Komponentenladers und einer professionellen Bestückungssoftware an bestimmten Positionen auf den Leiterplatten platziert und anschließend durch Reflow-Löten befestigt. Bestückungsautomaten werden in Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten und allgemeine Bestückungsautomaten unterteilt. Erstere werden für die Bestückung von Kristallchips und kleinen Bauteilen eingesetzt, während letztere für die Bestückung von ICs, unregelmäßigen und großen Bauteilen verwendet werden.
• Reflow-Lötstation
Diese Station besteht hauptsächlich aus einem Reflow-Ofen. Das Löten der SMDs erfolgt, indem Leiterplatten mit darauf montierten Bauteilen durch den Reflow-Ofen geführt werden, wobei die Lötparameter eingestellt sind, um das Löten der Bauteile zu ermöglichen. Der Reflow-Ofen umfasst hauptsächlich Infrarot-Heizung und Heißluft-Heizung.
Im Wellenlötprozess wird geschmolzenes Lot durch einen mechanischen oder elektromagnetischen Bump, der einen Strahlfluss erzeugt, in die erforderliche Lötwelle umgewandelt. Anschließend müssen die mit Bauteilen bestückten Leiterplatten durch die Lötwelle geführt werden, sodass eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Lötstellen der Bauteile oder den Leiterplattenpads hergestellt wird.
Die wichtigsten Schritte des Wellenlötens umfassen das Formen der Bauteile, das Einstecken oder Montieren der Bauteile, das Löten und das Abkühlen durch die Lötwelle. Das bedeutet, dass geformte Bauteile gemäß den Anforderungen auf die Leiterplatte gesteckt werden. Anschließend wird die mit Bauteilen bestückte Leiterplatte durch ein Transportsystem in die Wellenlötanlage befördert. Danach wird Flussmittel aufgesprüht und die Leiterplatte wird im Vorheizbereich vorgeheizt. Der letzte Schritt ist das Wellenlöten und Abkühlen.
• Komponentenformung und Steckkomponenten
Die Hauptaufgabe dieser Station besteht darin, einige Komponenten vorzupressen, damit sie die Anforderungen für das Montieren, Stecken und Wellenlöten erfüllen.
• Wellenlöten
Die Hauptaufgabe des Wellenlötens besteht darin, Formbauteile gemäß bestimmten Anforderungen an den vorgesehenen Stellen einzusetzen. Anschließend gelangt die mit Bauteilen bestückte Leiterplatte über ein Transportsystem in die Wellenlötanlage. Zuerst wird Flussmittel aufgesprüht und die Leiterplatte wird im Vorheizbereich vorgeheizt. Danach folgt das Wellenlöten, wobei das Abkühlen den letzten Schritt bildet.
Das Löten kann in die folgenden drei Kategorien unterteilt werden: Schmelzschweißen, Pressschweißen und Hartlöten, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Außerdem gibt es beim Löten weitere Kategorien wie Ultraschall-Pressschweißen, Goldkugel-Bonden und Laserlöten.
Das Löten kann auch in Hartlöten und Weichlöten unterteilt werden. Ersteres bezieht sich auf das Löten bei hohen Temperaturen und im großen Maßstab, während letzteres das Löten bei relativ niedrigen Temperaturen und im kleinen Maßstab, wie zum Beispiel das Löten von Bauteilen, bezeichnet. Im Hinblick auf einige Aspekte des Weichlötens wird der folgende Inhalt ergänzt.
a. Definition: Weichlöten bezeichnet das Löten mit einer Temperatur unter 450°C.
b. Merkmale: Die folgende Abbildung zeigt die Merkmale des Weichlötens.
c. Grundlegende Theorie
Wenn Metall gelötet wird und das gelötete Metall auf einen bestimmten Temperaturbereich erhitzt wird, werden die Oxidschicht und Verunreinigungen durch die Aktivierung des Lötflussmittels entfernt und die Metalloberfläche erhält ausreichend Aktivierungsenergie. Das schmelzende Lot wird geschmolzen, benetzt, ausgedehnt und metallurgisch verbunden. Während die Verbindung zwischen Lot und der gelöteten Metalloberfläche entsteht, wird das Lot nach dem Abkühlen fest und es bilden sich Lötstellen. Die Zugfestigkeit steht im Zusammenhang mit der Gitterstruktur und der Dicke der Bindungsschicht zwischen den Metallen.
d. Lötverfahren: Das Hauptverfahren des Weichlötens umfasst Benetzung, Diffusion, Auflösung und metallurgische Verbindung.
Abschließend lässt sich sagen, dass das Verständnis der Feinheiten der Leiterplattenbestückung (PCBA) entscheidend für die Qualität und Zuverlässigkeit elektronischer Geräte ist. Von der Definition der PCBA als Integration von Leiterplatten mit Zubehör und Bauteilen bis hin zur Erläuterung des SMT- und Wellenlötprozesses werden in dieser umfassenden Erklärung die einzelnen Schritte des Montageprozesses aufgezeigt. Jeder Schritt, vom Drucken der Lötpaste und dem Platzieren der Bauteile bis hin zum Reflow- und Wellenlöten, ist entscheidend, um robuste Verbindungen zu schaffen, die sowohl mechanische Stabilität als auch elektrische Funktionalität bieten. Durch die Optimierung dieser Prozesse sind Hersteller in der Lage, komplexe Geräte – von Mobiltelefonen bis hin zu Kommunikations-Backplanes – effizient und präzise zu fertigen.
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