PCBA-Prozess

Die Leiterplattenbestückung ist ein sorgfältiger Prozess, bei dem eine leere Leiterplatte in eine voll funktionsfähige elektronische Komponente umgewandelt wird. Im Folgenden sind die sieben wichtigsten Schritte des Prozesses aufgeführt:

Schritt 1: Schablonieren der Lötpaste

Der PCBA-Prozess beginnt mit dem Schablonieren der Lötpaste. Eine dünne Edelstahlschablone wird über die Leiterplatte gelegt und Lötpaste wird nur auf die Pads aufgetragen, auf denen die Komponenten montiert werden sollen. Dies gewährleistet die korrekte Positionierung und gute Lötstellen im weiteren Verlauf des Prozesses.

Schritt 2: SMT-Montage

Nach dem Auftragen der Lötpaste durchläuft die Leiterplatte die Phase der Oberflächenmontagetechnik (SMT). Mit automatisierten Maschinen werden SMDs direkt auf die mit Lötpaste bedeckten Pads platziert. Moderne SMT-Linien können mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit arbeiten, sodass Fehler, die bei der manuellen Platzierung auftreten können, reduziert werden. Die SMT-Montage ist zum Standard für die meisten elektronischen Produkte geworden, da sie eine Miniaturisierung, eine höhere Komponentendichte und eine schnellere Produktion ermöglicht.

Schritt 3: Reflow-Löten

Nach dem Platzieren der SMDs wird die Leiterplatte reflow-gelötet. Die Leiterplatte wird auf ein Förderband gelegt, in einen Reflow-Ofen eingeführt und auf etwa 250 °C erhitzt, bis die Lötpaste schmilzt. Bei der Abkühlung in einem kontrollierten Prozess verfestigt sich das Lot und es entstehen dauerhafte elektrische und mechanische Verbindungen. Bei doppelseitigen Baugruppen wird dieser Vorgang für beide Seiten wiederholt.

Schritt 4: Inspektion und Qualitätskontrolle

Nach dem Reflow-Löten wird eine Inspektion durchgeführt, um festzustellen, ob die Komponenten ordnungsgemäß gelötet und platziert wurden. Zu den gängigen Methoden gehören:

Manuelle Inspektion: Die visuelle Inspektion durch geschulte Techniker ist bei kleinen Chargen oder Prototypen nach wie vor üblich. Die Inspektoren verwenden Werkzeuge wie Lupen und Mikroskope, um Fehler wie Lötbrücken, falsch ausgerichtete Teile und fehlende Komponenten zu erkennen.

Automatische optische Inspektion (AOI): Bei der Massenproduktion wird der Einsatz von AOI-Maschinen bevorzugt. Diese Maschinen verwenden hochauflösende Kameras, um Bilder der Leiterplatte aus verschiedenen Winkeln aufzunehmen. Die Bilder werden mit einer Software analysiert, wodurch Probleme wie unzureichende Lötstellen, abgehobene Pads oder verschobene Teile erkannt werden können.

Röntgeninspektion: Die Röntgeninspektion wird für Leiterplatten mit komplizierten Bauteilen wie BGAs (Ball Grid Arrays) oder dichten mehrschichtigen Layouts verwendet, bei denen die Lötstellen unter dem Bauteil verborgen sind. Mit dieser Methode können Ingenieure die Leiterplatte durchleuchten und diese verborgenen Verbindungen überprüfen. Dieser Prozess stellt sicher, dass die inneren Lötstellen von guter Qualität sind, ohne dass Bauteile beschädigt werden.

Schritt 5: Einbau von Durchsteckkomponenten

Manchmal werden Durchsteckkomponenten benötigt, wie z. B. Steckverbinder oder große Kondensatoren. Diese Komponenten verfügen über durchkontaktierte Löcher (PTHs), um Signalverbindungen zwischen den Schichten herzustellen. In diesem Fall ist Lötpaste nicht geeignet, und es werden andere Lötverfahren im PCBA-Prozess verwendet:

Manuelles Löten: Beim manuellen Löten wird jedes Bauteil in eine bestimmte Bohrung eingesetzt und von Hand verlötet. Diese Methode ist flexibel und ermöglicht die exakte Handhabung von Bauteilen mit unregelmäßigen Formen oder solchen, die eine spezielle Ausrichtung erfordern. Manuelles Löten wird in der Regel bei der Kleinserienfertigung, beim Prototyping oder bei komplexen Baugruppen angewendet.

Wellenlöten: Bei der Großserienfertigung automatisiert das Wellenlöten den Prozess. Platinen mit eingesetzten Durchsteckkomponenten werden über eine Welle aus geschmolzenem Lot geführt, die die Unterseite der Platine berührt und alle Pins gleichzeitig verlötet. Dieser Prozess ist effektiv und sorgt für zuverlässige, gleichmäßige Lötstellen. Er eignet sich jedoch in der Regel nur für einseitige oder selektiv bestückte doppelseitige Leiterplatten, da die Komponenten auf der anderen Seite durch Hitze oder den Fluss des Lotes beschädigt werden können.

Schritt 6: Funktionstest

Als Nächstes wird ein Funktionstest durchgeführt. Bei diesem Test wird die Platine in einem simulierten Betriebszustand eingeschaltet. Es werden elektrische Lasten und Signale angelegt, und die Ingenieure überprüfen, ob die Leiterplatte wie erwartet funktioniert. Dieser Schritt ist notwendig, da er bestätigt, dass alle Verbindungen korrekt sind und die Platine vor der Auslieferung betriebsbereit ist.

Schritt 7: Reinigen und Trocknen

Schließlich werden alle Flussmittelrückstände, Lötpaste oder Verschmutzungen entfernt. Die Leiterplatten werden mit entionisiertem Wasser oder Ultraschall gereinigt und anschließend mit Druckluft getrocknet. Dieser letzte Schritt des Leiterplattenbestückungsprozesses verbessert sowohl das Aussehen als auch die langfristige Zuverlässigkeit, da Verunreinigungen im Laufe der Zeit zu Korrosion oder elektrischen Fehlern führen können.