A nyomtatott áramköri lapok illusztrált története

/0 Hozzászólások/a oldalon. /a

A nyomtatott áramköri lapok illusztrált története

Az első nyomtatott áramköri lapot (PCB) az 1930-as években fejlesztette ki Paul Eisler, aki mérnöki tanulmányokat folytatott, majd magazinszerkesztő volt, mielőtt a villamosmérnöki pályára lépett volna. Eislernek az az ötlete támadt, hogy a papírra nyomtatást nem csak újságok esetében lehetne használni. Az ötletet egy apró, egyszobás lakásban fejlesztette ki a londoni Hampsteadben.

Moe Abramson

A nyomtatott áramköri lapok történetét számos technológiai fejlesztés befolyásolta. Az első nyomtatott áramköri lapok közül néhányat Moe Abramson, egy számítógépes mérnök készített, aki segített az automatikus összeszerelési folyamat kifejlesztésében. Abramson fejlesztette ki a rézfóliás összekapcsolási mintákat és a merülőforrasztási technikákat is. Az ő eljárását később továbbfejlesztették, és az ő munkája vezetett a nyomtatott áramköri lapok gyártásának szabványos folyamatához.

A nyomtatott áramköri lap olyan áramkör, amely mechanikusan hordozza és elektromosan összeköti az elektronikus alkatrészeket. Általában két vagy több réteg rézlemezből készül. Gyártási eljárása nagyobb alkatrészsűrűséget tesz lehetővé. Az elektromos csatlakozásokhoz galvanizált átmenő lyukakkal is rendelkezik. A fejlettebb NYÁK-ok beágyazott elektronikus alkatrészeket is tartalmaznak.

Stanislaus F. Danko

A nyomtatott áramköri lapok története a 20. század közepére nyúlik vissza. Ezt megelőzően az elektronikus alkatrészek vezetékes vezetékkel rendelkeztek, és közvetlenül a nyomtatott áramköri lap nyomvonalára forrasztották őket. Az első automatikus összeszerelési eljárást Moe Abramson és Stanislaus F. Danko fejlesztette ki, akik az amerikai híradósok voltak. Ezt az eljárást szabadalmaztatták, és azóta ez lett a nyomtatott áramköri lapok gyártásának szabványos módszere.

A nyomtatott áramköri lapok az elektronikus eszközök fontos részét képezik. A 19. század közepén történt szerény kezdeteikből mára mindennapossá váltak. Fejlődésüket a növekvő fogyasztói igények vezérelték. A mai fogyasztók azonnali választ várnak el elektronikus eszközeiktől. 1925-ben Charles Ducas kifejlesztette a "nyomtatott huzal" nevű eljárást, hogy csökkentse a vezetékezés bonyolultságát. Dr. Paul Eisler 1943-ban Ausztriában megépítette az első működőképes nyomtatott áramkört.

Harry W. Rubinstein

A nyomtatott áramköri lapok történetét nagyban alakította egy Harry W. Rubinstein nevű férfi, aki 1927-től 1946-ig a Globe-Union Centralab részlegének kutatója és vezetője volt. Rubinstein a Centralabnál számos újításért volt felelős, többek között továbbfejlesztett görkorcsolyákért, gyújtógyertyákért és akkumulátorokért. Leghíresebb találmánya azonban a nyomtatott elektronikus áramkör volt.

A nyomtatott áramköri lapok története az 1900-as évek elején kezdődött, amikor az elektronikus alkatrészeket még a NYÁK-ra forrasztották. A nyomtatott áramköri lapon lyukak voltak a vezetékeknek, a vezetékeket pedig ezeken a lyukakon keresztül illesztették be, majd a lapon lévő réz nyomvonalakhoz forrasztották. Moe Abramson és Stanislaus F. Danko azonban 1949-ben kifejlesztett egy olyan technikát, amelynek lényege, hogy az alkatrészek vezetékeit rézfóliás összekötő mintába helyezték, majd beforrasztották őket. Ezt az eljárást később az Egyesült Államok hadseregének jelzőcsapatai is átvették, és végül a nyomtatott áramköri lapok gyártásának szabványos módjává vált.

Felületi szerelési technológia (SMT) alkatrészek

Az SMT egy olyan technológia, amely lehetővé teszi, hogy az elektronikus alkatrészek közvetlenül a nyomtatott áramköri lap (PCB) felületére kerüljenek. Ez hatékonyabb gyártást és kompaktabb kialakítást tesz lehetővé. Emellett csökkenti a fúrt lyukak számát, ami alacsonyabb gyártási költséget eredményezhet. Az SMT-alkatrészek robusztusabbak is, és nagyobb rezgés- és ütésállóságot képesek elviselni.

A felületszerelési technológia fő előnye az átmenő furatú alkatrészekkel szemben, hogy nagymértékben automatizálható, és csökkenti a hegesztési folyamat során fellépő hibák számát. Ezenkívül az SMT-alkatrészek csomagolása sokkal olcsóbb, mint THT-alkatrészeiké, ami azt jelenti, hogy az eladási ár alacsonyabb. Ez hatalmas előny azoknak az ügyfeleknek, akik nagy mennyiségben keresnek nyomtatott áramköri lapokat.

Többrétegű réz

A többrétegű rézből készült nyomtatott áramköri lapok többrétegű rézfóliából és szigetelőanyagból készülnek. A rézrétegek jelenthetnek egy összefüggő rézterületet, vagy különálló nyomvonalakat. A vezető rézrétegek átjárókkal kapcsolódnak egymáshoz, amelyek olyan vékony csatornák, amelyek áramot képesek vezetni. Ezeket a vezető rétegeket gyakran használják az EMI csökkentésére és egyértelmű áramvisszavezető útvonal biztosítására. Az alábbiakban felsorolunk néhány előnyt a réz nyomtatott áramköri lapokon való használatából.

A többrétegű nyomtatott áramköri lapok drágábbak, mint az egyrétegűek. A gyártásuk is bonyolultabb, és bonyolultabb gyártási folyamatot igényel. A magas költségek ellenére népszerűek a professzionális elektronikai berendezésekben.

Elektromágneses kompatibilitás

Az elektromágneses összeférhetőség (EMC) a terméktervezés fontos szempontja. Az EMC-szabványok a termékek biztonságos működésének előfeltételei. A nyomtatott áramköri lap kialakításának elektromágnesesen kompatibilisnek kell lennie az alkatrészekkel és a környezettel. A nyomtatott áramköri lapok általában nem felelnek meg az EMC-szabványoknak elsőre. Ezért a tervezési folyamatnak már a kezdetektől fogva az EMC-szabványoknak való megfelelésre kell összpontosítania.

Az elektromágneses kompatibilitás elérésére többféle általános technika létezik. Az egyik módszer egy földelt réteg elhelyezése a NYÁK-on. Egy másik módszer az alacsony impedanciát biztosító földelőrácsok használatát foglalja magában. A rácsok közötti távolság nagysága fontos az áramköri lap földelési induktivitásának meghatározásában. A Faraday-ketrecek az EMI csökkentésének egy másik módja. Ez az eljárás földet dob a NYÁK köré, ami megakadályozza, hogy a jelek a földhatáron túlra jussanak. Ez segít csökkenteni a nyomtatott áramkörök által keltett kibocsátásokat és interferenciát.

Milyen hatással van a galvanikus korrózió a NYÁK-ra?

/0 Hozzászólások/a oldalon. /a

Milyen hatással van a galvanikus korrózió a NYÁK-ra?

Ha valaha is elgondolkodott már azon, hogy milyen hatással van a galvanikus korrózió a NYÁK-ra, nincs egyedül. Ez a fajta korrózió azt okozza, hogy a szomszédos nyomvonalakat egy oldat vagy ionos folyadék szennyezi, és a nyomvonalak között apró szilánkok nőnek. Ezek a szilánkok rövidzárlatokat okozhatnak, vagy akár ki is kapcsolhatnak egy funkcionális blokkot a NYÁK-on. Ha a korrózió a NYÁK tápvezetékeit is érinti, akkor az egész készülék meghibásodhat.

Példák a galvanikus korrózióra egy PCB-n

A galvánkorrózió olyan elektrokémiai folyamat, amelynek során az egyik fém felülete reakcióba lép egy másik fém felületével. Ez a reakció elektrolit jelenlétében megy végbe, és általában különböző fémek között játszódik le. Az elsődleges cellákban ezt a folyamatot használják ki hasznos feszültség létrehozására.

A korróziós folyamat akkor kezdődik, amikor a nedvesség vagy ionos folyadék érintkezik a fém alkatrésszel. Az érintkezést követően a fémoxidok növekedni kezdenek, és a felület korrodálódását okozzák. Ez a folyamat a szomszédos áramköri lapokat is érintheti, rövidzárlatokat és az egész lap károsodását okozva.

A galvánkorrózió minimalizálásának egyik módja a korróziógátlók használata. Ezek hatékonyan csökkentik a galvánpotenciált, de folyamatos ellenőrzést igényelnek. Emellett növelik a víz vezetőképességét. Ezért fontos, hogy megfelelően karbantartsuk a NYÁK-ot, amikor vele dolgozunk.

Egy másik módszer a galvánkorrózió megelőzésére az antioxidáns paszta használata a réz és az alumínium elektromos csatlakozások között. Ez a paszta a réznél alacsonyabb elektro-potenciállal rendelkező fémből áll. Ez segít abban, hogy a fémek ne érintkezzenek egymással, és minimalizálja a galvánkorrózió esélyét.

A galvánkorrózió gyakran a forrasztási kötésekben használt különböző fémek miatt alakul ki. Emiatt döntő fontosságú, hogy a megfelelő anyagot válasszuk a csatlakozók illesztéséhez. Az azonos ionpotenciállal rendelkező anyagok nagyobb valószínűséggel állnak ellen a korróziónak, mint az eltérő fémek.

Eljárás a galvanikus korrózió mértékének csökkentésére egy PCB-n

A galvanikus korrózió mértéke a nyomtatott áramköri lapon többféleképpen csökkenthető. Az első technika a hálózat elemzését és a galvanikus korrózió okainak felkutatását foglalja magában, a második technika pedig a szerves bevonatolási eljárás (OSP) lemezének területét növeli a hálózatban.

A nyomtatott áramköri lapok rézbetétjeit felületi bevonat védi, de a nedvesség bejuthat a bevonat alá. A nedvesség a belsejében reakcióba lép a rézzel, és elindítja a korróziós folyamatot. Ez a folyamat aztán a nyomvonal mentén terjedhet. Sok esetben a galvanikus korrózió két különböző fém, például a nyomtatott áramköri lapon lévő réz és egy alkatrész fémje közötti érintkezés miatt következik be. A korróziós elektrolit jelenléte szintén növeli a galvanikus korrózió esélyét.

A galvanikus korrózió gyakori probléma az elektronikában, különösen a nagy sebességű alkalmazásokban. Ez akkor következik be, amikor két különböző fém érintkezik egy elektrolittal. Amikor két különböző fém elektromos érintkezésbe kerül, a reaktívabb fématomok elektronokat veszítenek és oxidációt okoznak. Ez rövidzárlathoz vezet.

A nyomtatott áramköri lapok tisztán tartása kritikus fontosságú a hosszú élettartamuk és az eszközök hosszú élettartamának biztosítása szempontjából. A korrózió megelőzése azzal kezdődik, hogy szárazon és folyadékoktól mentesen tartjuk őket. Ennek eredményeképpen a NYÁK-gyártóknak és -tervezőknek gondosan védeniük kell a lapokat a szabadon lévő vezetőkön gyöngyöző nedvességtől.

Tipikus korróziós hibatípusok az elektronikában

Az elektronikai eszközökben a galvanikus korrózió tipikus hibatípusai különböző típusú folyamatok miatt fordulnak elő. Az egyik ilyen a vízréteg kialakulása a PCBA-n, ami szivárgási áramokhoz és az elektronikus eszköz hibás kimeneti jeléhez vezethet. A korróziós hiba másik típusát a gyártási folyamat hibája okozza. Ez a korróziós típus gyakran vezet rövidzárlathoz a kapcsolóban.

A korrózió mértéke számos tényezőtől függ, többek között a hőmérséklettől és a környező környezettől. A nedvesség, harmat vagy kondenzáció jelenléte felgyorsítja a folyamatot. A porszemcsék jelenléte szintén növeli a korrózió sebességét, mivel megtartják a nedvességet. A porszemcsék különböző forrásokból származnak, beleértve a talajt/homokot, füstöt, koromrészecskéket és sókat.

A rozsdamentes acél és a cink példák a nemes és aktív anyagokra. Minél nagyobb a relatív különbség a két fém között, annál nagyobb az az erő, amely a galvánkorrózió során kifejtésre kerül. A nagy felülettel rendelkező katód a nagy áram miatt nagy sebességgel fog korrodálni.

A galvanikus korrózió az ipari tervezés egyik fő problémája. A magnézium rendkívül aktív szerkezeti fém. A repülőgépiparban és az autóiparban használják. A katód és az anód területaránya is befolyásolja a galvánkorrózió által termelt áram mennyiségét. A két fém közötti szigetelő távtartók szintén csökkenthetik a galvánkorrózió kockázatát a köztük lévő távolság megváltoztatásával.

A BGA-összetevők forraszgolyó problémái és azok orvoslása

/0 Hozzászólások/a oldalon. /a

A BGA-összetevők forraszgolyó problémái és azok orvoslása

A BGA-alkatrészek forraszgolyó-problémái gyakori problémák, amelyek az alkatrészek károsodásához vezethetnek. Ezeket a problémákat a forraszgolyó delaminációja vagy oxidációja okozza. Szerencsére a megoldások egyszerűek, és nem igényelnek összetett műszaki ismereteket. Ezek a megoldások segítenek megelőzni az alkatrészek további károsodását.

Forrasztógolyó delamináció

A BGA alkatrészek hajlamosak a forraszgömbökkel kapcsolatos problémákra, amelyeket általában "fej a párnában hibának" neveznek. A probléma akkor jelentkezik, amikor két fémfelület mechanikusan összekapcsolódik, gyakran egy forraszgolyó által. A golyó és a forraszanyag közötti érintkezés mértéke a forrasztási eljárástól, valamint az alkatrészekre alkalmazott hőtől és nyomástól függően változik. Számos tanulmányt végeztek e hiba okának és a megelőzésére szolgáló megoldásoknak a megértésére.

Egy hibás BGA komoly hatással lehet a termék működésére. A tipikus orvoslás az érintett alkatrész cseréje egy új alkatrészre. Ez a megoldás azonban problémás és költséges lehet. A jobb alternatíva a BGA-alkatrész újbóli gömbölyítése. Ehhez egy technikusnak el kell távolítania az érintett alkatrészeket, és új forrasztást kell beépítenie a csupasz területekre.

A forraszgolyó-problémák megelőzése érdekében fontos, hogy a megfelelő tesztaljzatot használja. Kétféle tesztaljzat létezik: karom alakú aljzatok és tűhegyes aljzatok. Az előbbi a forraszgolyó kitágulását és deformálódását okozza, míg az utóbbi a forraszgolyó ütődését és kopását okozza.

Forrasztógolyó oxidáció

A BGA-alkatrészek forraszgolyó-oxidációs problémái egyre nagyobb problémát jelentenek az elektronikai gyártásban. Ezeket a hibákat a BGA/CSP alkatrészek forraszgömbjeinek az olvadt forraszpasztával való nem teljes összeolvadása okozza a forrasztási visszaolvasztási folyamat során. Ezek a hibák mind az ólommentes, mind az ón-ólomforrasztott szerelvényeket érintik. Vannak azonban módszerek e problémák mérséklésére.

A probléma elkerülésének egyik módja a félig folyékony forraszpaszta használata. Ez biztosítja, hogy a golyó melegítéskor ne zárjon rövidre. A szilárd forrasztási kötés biztosítása érdekében a felhasznált forrasztóötvözetet gondosan kell megválasztani. Ez az ötvözet szintén félig folyékony, lehetővé téve, hogy az egyes golyók külön maradjanak a szomszédos golyóktól.

A forraszgolyó oxidáció megelőzésének másik módja a BGA alkatrészek védelme a kezelés során. Szállításkor vagy szállításkor ügyeljen arra, hogy a BGA alkatrészeket nem statikus habszivacs raklapra helyezze. Ez késlelteti a forraszgolyók és foglalatok oxidációs folyamatát.

Forrasztógolyó eltávolítása

A BGA-alkatrészek forraszgolyó-eltávolítása kritikus folyamat. Ha a forraszgömböt nem megfelelően távolítják el, a BGA-alkatrész megsérülhet, és rendetlen terméket eredményezhet. Szerencsére a BGA-alkatrészekből a golyó eltávolításának több módja is létezik. Az első módszer a maradék forraszanyag eltávolítása vákuum segítségével. A második módszer a vízben oldódó pasztás folyasztószer használata.

Sok esetben a legköltséghatékonyabb módszer az újbóli golyózáporozás. Ez az eljárás ólommentes forraszgolyókat cserél ólmozottakra. Ez a módszer biztosítja, hogy a BGA-alkatrész megőrizze funkcionalitását. Az eljárás sokkal hatékonyabb, mint a teljes lap cseréje, különösen, ha az alkatrészt rendszeresen használják.

A folyamat megkezdése előtt a technikusnak kutatást kell végeznie a BGA-alkatrészekről. Mielőtt hozzányúlna az eszközhöz, fel kell mérnie a forraszgolyók méretét és alakját. Emellett meg kell határoznia, hogy milyen típusú forraszpasztát és sablont használjon. További figyelembe veendő tényezők a forraszanyag típusa és az alkatrészek kémiája.

Forrasztógolyó újraforrasztása

A BGA-alkatrészek forraszgolyó-újragolyózása olyan folyamat, amely az elektronikus szerelvények átdolgozását jelenti. Ehhez a folyamathoz reflow forrasztásra és sablonra van szükség. A sablonnak lyukak vannak a forraszgolyók számára, amelyekbe illeszkednek. A legjobb eredmény elérése érdekében a sablon kiváló minőségű acélból készül. A sablont forrólevegős pisztollyal vagy BGA géppel lehet melegíteni. A sablonnak a BGA-újraforrasztási folyamathoz van szüksége, és segít biztosítani, hogy a forraszgolyók a megfelelő helyükre kerüljenek.

A BGA alkatrész újbóli golyósítása előtt fontos a NYÁK előkészítése a folyamathoz. Ez megakadályozza az alkatrészek károsodását. Először a NYÁK-ot előmelegítjük. Ez lehetővé teszi, hogy a forraszgolyók megolvadjanak. Ezután a robotizált de-ball rendszer felveszi az alkatrészek egy sorát egy mátrixtálcáról. A forraszgolyókra fluxust visz fel. Ezután egy programozott előmelegítési szakaszon fut át. Ezt követően egy dinamikus forrasztási hullám eltávolítja a nem kívánt golyókat a lapról.

Sok esetben egy BGA alkatrész újbóli golyósítása gazdaságosabb, mint a teljes lap cseréje. Egy teljes lap cseréje költséges lehet, különösen, ha azt rendszeresen működő gépekben használják. Ilyen esetekben az újragolyózás a legjobb megoldás. A forraszgolyók újakra cserélésével a lap magasabb hőmérsékletet is elvisel, ami javítja a lap élettartamát.

A PCB hibák felderítésének módszerei

/0 Hozzászólások/a oldalon. /a

A PCB hibák felderítésének módszerei

A nyomtatott áramköri lapok meghibásodását többféleképpen lehet felismerni. Ezek közé a módszerek közé tartozik a röntgensugárzás, a szeletelemzés és az optikai mikroszkópia. E módszerek mindegyike hasznos a NYÁK-károsodás mértékének azonosítására és értékelésére. Azonban nem mindegyik módszer alkalmas minden egyes NYÁK-meghibásodásra. Például az elektrosztatikus kisülés okozta károsodást nehéz kimutatni. Az alkatrészeket a forraszanyag felpuhításával és többszörös rövidzárlatok előidézésével érinti. E probléma elkerülése érdekében a gyártási folyamatot aprólékosan ellenőrizni kell.

Röntgensugarak

A PCB röntgensugárzás hasznos eszköz a PCB hibák felderítésére. Ezek a képek olyan problémákat fedhetnek fel, mint az üregek és a forrasztási nyomok. Ezek a problémák a kiszabaduló gázok vagy a forraszanyag túlmelegedése miatt léphetnek fel.

Szeletelemzés

A szeletelemzés a nyomtatott áramköri lapok mikroszerkezetének elemzésére használt módszer. Segíthet a NYÁK-hibák széles körének felderítésében. A szeletelemzés során a NYÁK-ot függőleges és vízszintes szakaszokra vágják, és megvizsgálják a keresztmetszeti jellemzőket. Számos különböző NYÁK-meghibásodást, például a delaminációt, a szétrepedést és a rossz nedvesedést képes azonosítani. Ez az információ hasznos lehet a jövőben a minőségellenőrzésben.

Optikai mikroszkópia

Az optikai mikroszkópia hatékony módszer lehet a nyomtatott áramköri lapok hibáinak felderítésére. Részletes képeket készít a hibahelyekről, és felhasználható a nem megfelelőségek felderítésére és a szennyeződési források azonosítására. A módszer hasznos a minták beérkezésekor történő dokumentálására is.

ALT

Az ALT módszer a NYÁK meghibásodásának kimutatására egy közvetlenebb megközelítés a forraszkötések és a forraszpaszta lerakódásának mérésére. Ez a technológia lézersugárral pásztázza a NYÁK-szerelvényt és méri a különböző alkatrészek visszaverődését. A mért értéket ezután összehasonlítják a lap szabványos specifikációival, hogy megállapítsák, vannak-e hibák.

Mikro-infravörös elemzés

A nyomtatott áramköri lapok meghibásodását jellemzően a forrasztási kötések hibái okozzák. A hiba okának meghatározásával a gyártók megtehetik a szükséges lépéseket a megismétlődés megelőzésére. Ezek az intézkedések magukban foglalhatják a forraszpaszta-szennyeződések kiküszöbölését, annak biztosítását, hogy a NYÁK megfelelő oldalarányú legyen, valamint a NYÁK újraolvasztási idejének minimalizálását. A NYÁK hibák elemzésére számos módszer létezik, az egyszerű elektromos mérésektől kezdve a minták mikroszkópos keresztmetszeteinek elemzéséig.

Az ALT méri a forrasztási kötés lerakódását

Az ALT (Aligned Light Transmitter) egy újabb technológia a forrasztási kötések magasságának és alakjának, valamint a PCB-ken lévő forraszpaszta lerakódásának mérésére. Ez a technológia pontosabb és gyorsabb mérést tesz lehetővé. Az ALT rendszer több fényforrást, például kamerákat vagy programozható LED-eket használ a forrasztási kötés alkatrészeinek megvilágítására. Az egyes alkatrészekről visszavert fénymennyiséget a sugár teljesítménye alapján mérik. A másodlagos visszaverődés azonban hibát okozhat a mérésben, mivel a sugár több helyről is visszaverődhet.

Elektrosztatikus kisülés

Az elektrosztatikus kisülés (ESD) módszerét a nyomtatott áramköri lapok hibáinak felderítésére használják. Az ESD extrém elektromos feszültség eredménye, amely katasztrofális meghibásodást és rejtett károsodást okozhat. Ez számos okból bekövetkezhet, többek között nagy áramsűrűség, megnövekedett elektromos térgradiens és helyi hőképződés miatt. Az ebből eredő károsodást nehéz felismerni, és jelentős termékhibákat okozhat. A NYÁK-szerelvények akkor a legérzékenyebbek az ESD-re, amikor más töltéshordozó tárgyakkal érintkeznek.