ディップはんだ付けとSMDソレッドデバイス

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ディップはんだ付けとSMDソレッドデバイス

ディップはんだ付けとSMDはんだ付けは、電子機器の組み立てに用いられる2つの異なる処理方法である。どちらの方法も、はんだペーストを徐々に加熱するリフロー工程を用います。リフロープロセスが成功すると、溶融したはんだペーストが実装部品をプリント基板に効果的に接合し、安定した電気的接続を形成します。この2つの方法には、いくつかの共通の特徴があります。

非対称ウェーブはんだ付け

非対称ウェーブはんだ付けは、部品を取り囲むはんだのリングを形成し、周囲の空気から分離することができるプロセスです。また、はんだと酸素の間にバリアを作ります。このはんだ付け方法は簡単で多用途ですが、特に表面実装デバイスを使用する場合は、大きな課題が生じる可能性があります。

ウェーブはんだ付けプロセスは、最も一般的に使用されるはんだ付け方法のひとつである。これは、メーカーが迅速に多くの回路基板を大量生産することを可能にするバルクはんだ付けプロセスです。回路基板は、鍋の中でポンプによって作られる溶融はんだの上を通過します。そして、はんだの波がPCBの部品に付着する。この工程では、はんだがPCBを汚染しないように、回路基板を冷却して吹き飛ばす必要がある。

フラックス・バリア

フラックスとは、溶融はんだを流動させ、表面の酸化物を除去する液体である。フラックスには3種類ある。水性、アルコール性、溶剤性です。はんだ付け工程では、フラックスを活性化させるために基板を予熱する必要があります。はんだ付けプロセスが完了したら、溶剤系または水系の除去剤を使用してフラックスを除去する必要があります。

はんだ付けプロセスで望ましい結果を得るには、高品質のフラックスが不可欠です。高品質のフラックスは、はんだの濡れ性と接合性を向上させます。しかし、高活性フラックスは酸化のリスクを高める可能性があり、必ずしも望ましいとは言えません。

コールドジョイント

冷間はんだ付けでは、合金が完全に溶融またはリフローしない。これは電子機器に深刻な結果をもたらす可能性があります。はんだの導電性に影響を及ぼし、回路の故障につながる可能性があります。コールドソルダージョイントをテストするには、端子にマルチメータを接続します。マルチメーターが1000オーム以上の抵抗を示した場合、コールドジョイントは故障しています。

プリント基板のはんだ付けには、製品の機能を保証する良好なはんだ接合部が必要です。一般的に、良好なはんだ接合部は滑らかで明るく、はんだ付けされたワイヤの輪郭を含んでいます。はんだ接合部が悪いと、PCBがショートし、デバイスに損傷を与えます。

PCBに金属を加える

PCBに金属をディップまたはSMDはんだ付けする場合、はんだ付けの前にPCBにフィラーメタルを加える。ソフトはんだ付けは、PCBに小さな部品を取り付けるための最も一般的な方法です。従来のはんだ付けとは異なり、ソフトはんだ付けでは、酸化した表面にはんだが付着しないため、部品を溶かすことはありません。その代わり、フィラーメタル（通常は錫と鉛の合金）を加える。

部品をはんだ付けする前に、はんだごてを400℃に準備することが重要である。この熱は、こて先のはんだを溶かすのに十分な温度でなければならない。熱を伝えやすくするため、はんだ付けの前にこて先を錫メッキしておくと便利である。また、はんだ付けがストレスにならないよう、部品を整理しておくとよい。

手作業と自動ウェーブはんだ付け

ウェーブはんだ付け装置には、ロボット式、手動式、浸漬選択式など、さまざまな形式があります。それぞれのタイプには、いくつかの利点と欠点があります。自社のニーズに最も適したものを購入すべきである。例えば、リーンオペレーションでは、最もシンプルなモデルの購入を検討すべきである。ただし、装置のコストも考慮する必要があります。ほとんどの場合、手動のウェーブはんだ付け装置は、自動機よりもコストが低くなります。

手動はんだ付けは、自動ウェーブはんだ付けよりも時間がかかり、人為的ミスが起こりやすい。しかし、選択式はんだ付けでは、オペレーターが部品ごとに正確なスポットをプログラムできるため、こうした問題が解消される。さらに、選択式はんだ付けは接着剤を必要としません。さらに、高価なウェーブはんだパレットを必要としないため、費用対効果に優れています。

SMDはんだ付けの問題点

はんだ付けの問題はさまざまな理由で発生します。一般的な原因のひとつは、はんだフラックスを使用する際のペーストテンプレートの間違いや、アセンブリング・フィーダーの設定の間違いです。その他の問題としては、はんだが不十分であったり、部品やパッドのはんだ付け性が悪かったりすることが挙げられます。これらのミスは、溶接箇所が予期せぬ形状になる可能性があります。また、はんだボール、はんだつらら、穴が不適切なはんだ付けによって生じることもあります。

はんだ接合部が濡れないもう一つの一般的な原因は、不適切な洗浄である。濡れが不十分であるということは、はんだが部品に密着していないことを意味する。その結果、部品は接続されず、脱落する可能性がある。

PCBチップパッケージのはんだ付け方法とプロセス

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PCBチップパッケージのはんだ付け方法とプロセス

Soldering is a critical part of a PCB chip package. Soldering processes involve a combination of techniques, including focused IR, convection, and non-focused IR. Each method involves a gradual heating of the package, followed by cooling the entire assembly.

Soldering process

Soldering is the process of joining solder balls and other solder materials to PCB chip packages. This process is done using two types of methods. The convection method and the reflow process. The first type involves a heating process using a flux that forms a liquid. In both processes, the peak temperature is controlled. However, the reflow process must be performed with enough caution to prevent the formation of brittle solder joints.

Depending on the components used in the PCB, the soldering process can be either soft or hard. The type of soldering iron used must be suitable for the kind of components. The process should be done by a PCB assembly and manufacturing services provider who has extensive experience with PCBs and knows the exact way to implement each process.

Dimensions of solder pads

The dimensions of solder pads on a PCB chip package are critical to ensure that the component’s performance is optimized. This is especially true in the high-frequency area where component placement and soldering techniques may not be as accurate as required. The IPC-SM-782 standard is a valuable reference document for optimum component placement and soldering. However, blindly following the document’s requirements may result in suboptimal high-frequency performance or high-voltage problems. In order to avoid these problems, PCBA123 recommends that solder pads be kept small and in a single row.

In addition to pad sizes, other factors such as component placement and alignment are also important. Using incorrectly sized pads can result in electrical problems, as well as limiting the manufacturability of the board. Therefore, it is important to follow the industry’s recommended PCB pad sizes and shapes.

Fluxing

Fluxing is an important component of the soldering process. It removes metallic impurities and oxides from the soldering surface to present a clean surface for high-integrity solder joints. The flux residue is removed in a final cleaning step, which will depend on the type of flux used.

There are many different fluxes used for the soldering process. They range from resin to rosin-based. Each of them serves a different purpose and is categorized by activity level. The activity level of the flux solution is usually listed as L (low activity or halide-free) or M (medium activity, 0 to 2% halide), or H (high activity, up to 3% halide content).

One of the most common defects is mid-chip solder balls. A common solution for this problem is to alter the stencil design. Other methods include using nitrogen during the soldering process. This prevents the solder from vaporizing, allowing the paste to form a superior bond. Finally, a washing step helps remove any grit and chemical residue from the board.

検査

There are several different types of testing tools that can be used to inspect PCB chip packages. Some of them include in-circuit testing, which uses probes that connect to different test points on the PCB. These probes can detect poor soldering or component failures. They can also measure voltage levels and resistance.

Improper soldering can cause problems with the circuitry of the PCB. Open circuits occur when solder does not reach the pads properly or when solder climbs up on the surface of the component. When this happens, the connections will not be complete, and the components will fail to work correctly. Often, this can be avoided by carefully cleaning the holes and ensuring that molten solder covers the leads evenly. Otherwise, excess or incomplete solder coverage can cause the leads to dewet or become non-wetting. To prevent dewetting, use high quality solder and quality assembly equipment.

Another common way to detect defect on PCBs is through Automated Optical Inspection (AOI). This technology uses cameras to take HD pictures of the PCB. It then compares these images with pre-programmed parameters to identify the components’ defect status. If any defect is detected, the machine will mark it accordingly. AOI equipment is generally user-friendly, with simple operations and programming. However, AOI may not be useful for structural inspections, or for PCBs with large numbers of components.

Rectification

The soldering processes used in the manufacture of electronic products should adhere to certain standards and guidelines. In general, a solder mask should be at least 75% thick to guarantee reliable solder joints. Solder pastes should be applied onto PCBs directly, not screen-printed. It is best to use a stencil and jig suited to a particular package type. These stencils use a metal squeegee blade to apply solder paste onto a package’s surface.

There are several benefits to using a wave soldering process instead of the traditional flux spraying method. The wave solder process uses a mechanical wave soldering process to adhere parts to PCBs with high levels of stability. This method is more expensive, but provides a safe and reliable method of fixing electronic components.

はじめに 片面および両面SMTアセンブリについて

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はじめに 片面実装と両面実装について

片面SMTアセンブリと両面SMTアセンブリは、部品密度の点で異なる。片面SMTアセンブリーは両面SMTアセンブリーよりも密度が高く、加工に必要な熱量も多くなる。ほとんどのアセンブラーは、密度の高い面を先に加工します。これにより、加熱中に部品が脱落するリスクを最小限に抑えることができる。リフロー・アセンブリー工程では、加熱中に部品を所定の位置に固定するため、両面ともSMT接着剤の添加が必要です。

FR4 PCB

片面基板が最も一般的です。片面基板では、すべての部品が基板の片面に配置されており、組み立てはその面だけで済みます。両面基板は、基板の両面にトレースがあるため、フットプリントが小さくなります。また、両面基板は放熱性にも優れています。両面基板の製造工程は、片面基板とは異なります。両面工程では、両面基板から銅を除去し、エッチング工程を経て再び銅を挿入します。

また、片面PCBは製造が容易で、コストも低い。片面PCBの製造には、切断、穴あけ、回路処理、ソルダーレジスト、文字印刷などいくつかの段階がある。片面PCBはまた、電気測定、表面処理、AOIを受けます。

PI銅張板

PI 銅張板片面・両面 smt 組立工程では、ポリイミドカバーフィルムを使い、PCB の片面に銅をラミネートします。その後、銅張板は特定の位置で開く接着剤で所定の位置に押し込まれます。その後、銅張り基板に耐溶着性のパターン加工を施し、部品ガイド穴を開ける。

片面フレキシブルプリント基板は、PI銅張基板に1層の導体層、通常は圧延銅箔で構成される。このフレキシブル回路は、回路完成後に保護フィルムで覆われる。片面フレキシブルPCBは、回路を保護するバリアとして機能するカバー層の有無にかかわらず製造できる。片面PCBは導体層が1層しかないため、ポータブル製品によく使用されます。

FR4

FR4は、PCB製造に一般的に使用されるエポキシ樹脂のグレードです。この材料は優れた耐熱性と難燃性を備えている。FR4はガラス転移温度が高く、高速用途に適しています。機械的特性には、引張強さとせん断強さが含まれます。寸法安定性は、材料が様々な作業環境で形状を変えたり強度を失ったりしないことを確認するために試験されます。

FR4片面および両面多層基板は、FR4絶縁コアと底面の薄い銅コーティングで構成されています。製造中、スルーホール部品は基板の部品面に実装され、リード線は底面の銅トラックまたはパッドに通される。対照的に、表面実装部品ははんだ面に直接実装される。両者の構造や構造はよく似ていますが、主な違いは導体の配置にあります。

FR6

表面実装技術（SMT）アセンブリは、穴を開けずに電子部品をプリント回路基板に取り付ける効率的な方法です。このタイプの技術は、リード付き部品とリードなし部品の両方に適しています。両面SMT技術では、プリント回路基板（PCB）は上下に2つの導電層を持ちます。基板の両面にある銅被覆は、電流を伝える材料として機能し、PCBへの部品の取り付けを助けます。

片面ボードの場合、単純な支柱を使うのは簡単だ。両面ボードの場合は、追加の支柱が必要です。ボードの周囲に少なくとも10 mmの自由領域が必要です。

FR8

FR8片面およびダブルSMTの組立工程は、一般的な組立工程と似ているが、いくつかの違いがある。どちらの工程も接着剤とはんだペーストを使用する。その後、洗浄、検査、テストが行われる。完成品は設計者が指定した仕様を満たしていなければなりません。

片面基板はより一般的で、フットプリントも小さい。しかし、両面基板はスペース要件を減らし、熱放散を最大化する。エッチング・プロセス中、銅は両面側から取り除かれる。プロセスの後、銅は再び挿入されます。

PCBインピーダンス計算モデルの作成方法

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PCBインピーダンス計算モデルの作成方法

スミス・チャートの使用

スミスチャートは、回路のインピーダン スを求めるときに便利なツールである。これは、電気回路の周波数に対する複素抵抗を視覚的に表したものである。また、周波数に対するインピーダンスの軌跡を表示することもでき、安定性解析や発振回避に必要である。多くのパソコンはインピーダンスの値を数値で表示する機能を備えているが、スミスチャートを使えば、その可能性を視覚化することができる。

スミスチャートは、PCボードのコンタクトパッドと電子デバイス間の信号経路を評価するために使用できます。このデバイスはIC、トランジスタ、または受動部品です。また、内部回路を含むこともあります。こ の チ ャ ー ト を 使 用 す れ ば 、回 路 基 板 の イ ン ピ ー ダ ン ス を 判 定 し 、電 気 回 路 の 設 計 に 利 用 す る こ と が で き る 。

スミスチャートは、PCB設計で遭遇するさまざまなタイプのインピーダンスモデルを特定するために用いることができる。スミスチャートには、有界、非有界、および反転の3つの形状がある。スミスチャートの中央の点は非拘束インピー ダンスモデルを表し、外側の円の点は反転インピー ダンスモデルを表す。

スミスチャートを使ってインピーダンスを計算すれ ば、ソースとデスティネーションのインピーダンスを簡単に合 わせることができる。そ れ か ら マ ッ チ ン グ ネ ッ ト ワ ー ク の サ イ ズ を 計 算 す る こ と が で き る 。マ ッ チ ン グ ネ ッ ト ワ ー ク の サ イ ズ は 、 ソ ー ス イ ン ピ ー ダ ン ス と デ ィ ス テ ィ ン グ イ ン ピ ー ダ ン ス の 間 に必要なシフト量によって決まる。ま た 、直 列 お よ び 並 列 の L と C の 値 は 、定 抵 抗 曲 線 と リ ア ク タ ン ス 曲 線 に 沿 っ た 点 を シ フ ト さ せ る 。抵抗が減少する場合は、線の端にR値を追加すればよい。

3Dフィールドソルバーの使用

PCBインピーダンス計算は、PCB設計プロセスにおいて必要なステップです。これは、設計構成に基づいてPCB上の伝送ラインまたはトレースのインピーダンスを計算することを含みます。PCBが複雑であったり、多層であったりする場合は、3Dフィールドソルバーを使用することで、最も正確なインピーダンス計算を行うことができます。

インピーダンス計算モデルは通常、断面が長方形で、電流が完全に戻ってくると仮定している。しかし、実際の断面は多角形であることがあり、基準層のギャップを横切ることさえあります。これにより、特に高速ネットでは、信号に大きな歪みが生じる可能性があります。

ソルバーは、波動ポートと集中ポートの2種類のポートをサポートしています。どちらの場合も、どちらのタイプのポートを使用するかを明示的に定義する必要があります。ジオメトリを使用してウェーブポートの平面を指定するか、ウェーブカスタムサイズタイプを使用して手動で定義します。

ほとんどの3Dフィールド・ソルバは、Sパラメータ・ビヘイビア・モデルを生成します。これらのモデルは、実際のデバイスを簡略化した回路図表現です。そのため、何度も反復する必要があります。例えば、多くの回路モデルを使ってシミュレーションを行い、その結果を比較することができます。

PCBのインピーダンス計算はPCB設計に不可欠です。インピーダンスのミスマッチを避けるた め、PCBの調整インピーダンスをモデ ル化することが重要である。さらに、PCBメーカーと緊密に連携することも重要です。PCBメーカーにはCAM専 門の部署があり、インピーダンスに関 する設計上の疑問を解決するための適切 な指針を与えてくれるかもしれない。しかし、インピー ダンスの問題を完全に外部に委ねてしま わないことが重要である。

RFおよびマイクロ波設計におけるロジャーPCB材料の選択と使用方法

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RFおよびマイクロ波設計におけるロジャーPCB材料の選択と使用方法

When choosing a PCB material for your next RF or microwave design, there are a few important considerations you should make. These include the bearing temperature, the maximum and minimum operating temperatures, and the reversibility of the material. For example, if your project requires a high bearing temperature, you’ll probably want to use Rogers PCB.
RF

If your circuit board design requires a high-frequency and low-dielectric constant material, you might be wondering how to choose and use Roger PCB material. Fortunately, you have several options. Teflon-based cores are available from many companies. These materials can be very flexible. This makes them great for single-bend applications. They also offer the high reliability and electrical performance associated with a PTFE substrate.

Microwave

When deciding which PCB material is best for your RF or microwave design, consider the type of frequencies that you need to cover. In general, you should choose a low dielectric constant material for these applications. Low dielectric constant materials have low signal losses and are ideal for RF microwave circuits.

High-speed

The selection of the right PCB material is crucial for radio-frequency and microwave designs. Rogers PCB material has the characteristics necessary to withstand high temperatures and maintain reliability. It has a high glass transition temperature of approximately 280 degrees Celsius and stable expansion characteristics throughout the entire circuit processing temperature range.

Dielectric layer

When designing RF or microwave PCBs, the dielectric layer is an important performance parameter. The material must have a low dielectric constant and smallest tangent to resist dielectric losses, and it must have high thermal and mechanical stability. Teflon is an excellent material for this purpose. It is also known as Teflon PCBs. A dielectric material with a low thermal coefficient of expansion is necessary for the stability of a filter or oscillator. The material should also have matching X and Z-axis coefficients of thermal expansion.

Trace width

Using Rogers PCB material is an excellent way to improve the performance of your designs. This dielectric material has a wide range of dielectric constant values, which makes it an excellent choice for high-speed applications. Besides, it is compatible with FR-4.

Signal loss tolerance

As PCB designs become more complex, smaller, and faster, the need for control over impedance becomes increasingly important. Controlling substrate impedance is essential to allowing signals to travel efficiently across the trace or reference plane. Improper substrate impedance can cause signals to fall outside of their specified range. By incorporating a Rogers 4000 Series laminate, designers can provide impedance control while still enhancing the overall design. This is particularly important in high-speed digital applications.

PTFE

When implementing RF or microwave PCBs, the dielectric constant (Dk) of the circuit board material is critical. The higher the dielectric constant, the shorter the wavelength of the circuit. A PTFE Rogers PCB material with a high Dk is a great choice for microwave PCBs.

Rogers RT/Duroid 5880

RT/Duroid 5880 is a glass microfiber reinforced PCB material, with low dielectric constant and low loss. This material is a good choice for microwave or RF designs. It has low density and is compatible with high-temperature soldering.

両面SMD基板はどのように組み立てられるか？全工程と比較

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両面SMD基板はどのように組み立てられるか？全工程と比較

この記事では、両面SMD基板と片面SMD基板のコストと組み立て工程を比較します。また、両タイプの基板のメリットとデメリットについても取り上げます。さらに、はんだ付けとはんだペースト印刷の違いを理解するのにも役立ちます。

片面基板と両面基板の比較

片面SMD基板と両面SMD基板は多くの点で異なる。両面基板はスペースが広く、より多くの部品や接続を搭載できます。複雑な電子機器に最適です。両面基板は一般的に高価で、組み立ても複雑です。しかし、いくつかの利点があります。

片面プリント基板は、製造工程がよりシンプルです。はんだごてを使用する必要がなく、複雑な工具も必要ありません。片面PCBは様々な材料があり、ほとんどの場合安価です。また、これらの基板は柔軟性が高く、製造コストが低くなります。

両面基板は表面積が広く、複雑な回路では好まれることが多い。片面基板は、スルーホールと表面実装の両方の部品で作ることができる。しかし、両面基板では、部品は上面か下面のどちらかに実装される。

両面基板は複雑な回路に対応できる柔軟性があるが、スペースに問題がある場合は片面基板が良い選択肢となる。片面基板は両面基板よりも大きな回路に対応できるが、片面基板では大きすぎることもある。多くの接続がある複雑な回路を作る必要がある場合、部品間にワイヤージャンパーを取り付ける必要があるかもしれません。

両面基板の利点には、回路レイアウトの複雑化とコスト効果がある。両面PCBは、より多くのステンシルと追加装置を必要とするため、より高価でもある。さらに、両面PCBは間接費が高くなる可能性があります。基板の設計によっては、両面PCBはより複雑な回路設計とより多くの穴が必要になる場合があります。

ソルダーペースト印刷とはんだ付け

はんだペースト印刷は、はんだペーストをベアボードや部品実装部分に塗布するプロセスです。その工程は複雑で、細かな工程が必要となります。精度を確保するため、ソルダーペーストは3Dで測定され、誤差を少なくすることができます。はんだペーストがベアボードに塗布されると、次のステップは表面実装部品を配置することです。正確でミスのない工程を提供する機械は、この工程に最適です。

ソルダーペーストにはさまざまな種類と品質があり、大規模なPCBアセンブリ工場から工業用として大量に購入することができます。また、ステンシルベンダーやソルダーペーストサプライヤーから少量ずつ購入することもできます。どちらのタイプのソルダーペーストも適切な保管が必要で、気密性の高い容器で保管する必要があります。ソルダーペーストは表面積が大きいため、酸化が深刻な問題になることがあります。

電子製品の複雑化により、PCBA基板は小型化している。さらに、多くのPCBAには複数の種類の部品が含まれています。ほとんどのPCBAは、SMD部品とスルーホール部品の組み合わせで梱包されています。

さまざまな部品が多すぎると、はんだ付けプロセスに影響を与える可能性があります。

ソルダーペースト印刷には正確な印刷工程が必要です。ソルダーペースト印刷に使用するスキージはステンレス製で、45～60度の角度が必要です。スキージの角度によって、表面に塗布されるソルダーペーストの量が決まります。さらに、スキージの圧力もペーストの形状を決定します。ステンシルストリップの速度も印刷されるソルダーペーストの量に影響します。速度が速すぎると、ペーストのエッジが高くなってしまいます。

両面SMD基板の組み立てコスト

両面SMD基板の組み立ては、標準的な片面基板よりも高価で複雑です。正確なコストは、特定のセットアップによって異なります。2つの大きな違いは、スルーホールの数と導体の配置です。この2つのオプションを比較することで、コストの目安を知ることができます。

両面SMD基板の組み立て工程は、まず基板の第1面を加工することから始まる。その後、第2面をはんだ付けする。リフローはんだ付け工程では、部品の重量を考慮する必要がある。部品が重い場合は、はんだ付けの前に接着剤で固定することができる。

PCBアセンブリの平均的なコストは、3～4ドルから数百ドルである。しかし、価格は設計の複雑さや諸経費によって異なります。また、PCBに穴あけ加工が必要な場合、製造・組立コストは平均より高くなります。

両面SMD基板の組み立てにかかる全体的なコストは、設計の複雑さと製品の性能要件によって異なります。PCBアセンブリは、熟練した人間の労働力と自動化された機械が関与する非常に複雑なプロセスです。この工程には多くの層が含まれるため、部品点数が増えるにつれて総コストも増加します。

さまざまなPCBはんだ付けプロセス

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さまざまなPCBはんだ付けプロセス

プリント基板のはんだ付けに関しては、いくつかの選択肢があります。リフロー、表面実装技術、ウェーブはんだ付けです。これらについて詳しく学びましょう。それぞれに利点と欠点があります。あなたのプリント基板にはどれが最適ですか？

ウェーブはんだ付け

プリント基板上の電子部品のはんだ付けには、ウェーブはんだ付けプロセスが使用される。このプロセスでは、プリント基板を溶融はんだの鍋に通し、はんだの定在波を発生させて、電気的および機械的に信頼性の高い接合部を形成します。この工程は、スルーホールの部品組み立てに最も一般的に使用されるが、表面実装にも使用できる。

当初、スルーホールのはんだ付けにはウェーブはんだが使用されていた。このプロセスにより、両面プリント基板や多層プリント基板の開発が可能になった。最終的には、スルーホールとSMD部品の両方を使用するハイブリッドPCBアセンブリにつながった。今日では、フレキシブル・リボンで構成された回路「基板」もある。

初期のウェーブはんだ付けプロセスでは、ロジン濃度の高いフラックスが使用されていた。通常、これらの液体フラックスは、SMDを含まないウェーブはんだ付けアセンブリにのみ使用されていました。この方法では、高価なはんだ付け後の洗浄が必要でした。

表面実装技術

表面実装技術は、プリント基板を製造する一般的な方法である。部品を小型化し、プリント回路基板に近接して実装することができる。これにより、集積回路を小型化し、より多くの機能を提供することができる。しかし、より多くの設備投資を必要とする。

表面実装技術では、PCB表面に部品をはんだ付けします。スルーホール実装やウェーブはんだ付けなど、他のPCBはんだ付けプロセスよりも優れています。スルーホール実装と比較して、表面実装PCBはより高い実装密度と信頼性を達成することができます。また、振動や衝撃にも強くなります。これらは一般的に民生用電子機器に使用されています。

表面実装技術は1960年代に初めて導入され、エレクトロニクス分野で非常に普及している。今日、表面実装技術を用いて作られた部品は多岐にわたる。これには、多種多様なトランジスタやアナログIC、ロジックICが含まれる。

選択はんだ付け

プリント基板の選択はんだ付けは、メーカーが製品をより迅速かつ容易に販売できるようにする費用対効果の高いプロセスです。その利点には、繊細な部品を熱から保護し、はんだ付け時間を短縮できることが挙げられます。さらに、このプロセスは、一度はんだ付けされた基板の修理や手直しにも使用できます。

選択はんだ付けには、主に2つの方法がある。ドラッグソルダリングとディップソルダリングである。これらのプロセスにはそれぞれ長所と短所があります。そのため、それぞれを理解した上で、どちらが最適かを判断することが重要です。

選択はんだ付けには多くの利点があり、多くのPCBアセンブリに適した方法です。回路基板の全コンポーネントを手作業ではんだ付けする必要がなくなるため、組み立てが迅速になります。さらに、基板の熱による劣化を抑えることができます。

PCBの種類と機能

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PCBの種類と機能

医療用PCB

医療分野では、血圧モニター、輸液ポンプ、心拍数モニターなど、さまざまな製品でPCBが重用されています。これらのデバイスは、小さな電子部品を通して患者に正確な量の液体を供給します。技術の向上とともに、医療業界はPCBの新しい用途を見つけ続けるでしょう。

プリント基板

プリント回路基板は、多くの産業にとって不可欠なものである。巨大な機械から消費者向け機器まで、さまざまな製品に使用されている。ここでは、これらの基板の一般的な用途をいくつか紹介する。産業用アプリケーションでは、高い電力と極端な温度に耐えることが要求されます。また、過酷な化学薬品や振動する機械にさらされることもあります。そのため、多くの産業用PCBは、より厚く耐熱性のある金属で作られています。

冷蔵庫の電源からモノのインターネットの実現まで、プリント基板の用途は多岐にわたる。以前は電子化されていなかった機器でさえ、今では電子部品が使われている。プリント回路基板は産業環境でも広く使用されており、物流センターや製造施設の機器の多くに電力を供給している。

環境への影響

PCBは、多くの製品の製造に広く使われているプラスチック化学物質である。1929年に初めて製造され、シーリング材、インク、切削油などに幅広く使用された。1966年に五大湖で検出され、北米全域でPCBの製造と輸入が禁止された。PCB濃度は1980年代後半まで下がり続け、その後再び上昇に転じた。

PCBには、化学物質のほかに、内分泌かく乱作用や神経毒性を引き起こす類似物質も含まれている。これらの類似体はポリ臭化ビフェニルであり、同じ環境問題の多くを共有している。化学的性質が似ており、加水分解や酸、温度変化に強い。さらに、高温や化学物質にさらされるとジベンゾジオキシンを生成する可能性がある。

多層PCB

多層PCBは一般的なプリント回路基板の一種で、さまざまな用途に使用されています。多層設計は、柔軟性、軽量性、耐久性を必要とする電子機器に最適です。これらの基板は、フレキシブルPCBとリジッドPCBの両方の機能を果たすことができ、ほとんどすべての現代の複雑な電子機器に使用されています。

PCBは医療業界でもよく使われている。X線やCATスキャン装置、血圧や糖分の検査装置などに使用されています。多層PCBは、強力な性能を発揮しながら非常に小型化できるため、これらの用途で特に有用です。

健康への影響

低レベルのPCB暴露では、健康に悪影響を及ぼす可能性は低い。しかし、大量に暴露されると、健康への悪影響のリスクが高くなる可能性がある。アボリジニの人々、猟師や釣り人、そして家族は特にリスクが高い。幸い、PCB暴露を減らす方法はいくつかある。PCBを含まない食品を食べること、頻繁に手を洗うこと、汚染された水や魚を避けることなどである。

PCBは人間や動物に健康への悪影響を及ぼす可能性があることが、これまでの研究で明らかになっている。PCBは発がん性の可能性が高い物質として分類されており、脳の発達や神経機能に影響を与える可能性がある。PCBへの暴露は、短期記憶力の低下やIQの低下にもつながる可能性がある。

高周波設計におけるアースの扱い方

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高周波設計におけるアースの扱い方

High frequency designs need to address the issue of grounding. There are several issues that need to be addressed when it comes to grounding. These include the impedance of grounding conductors and grounding bonds, DC path dominating low-frequency signals, and single-point grounding.

Impedance of grounding conductors

The grounding electrode of a typical grounded electrical system is in parallel with the ground rods located on the line side of the service, transformers, and poles. The rod under test is connected to the grounding electrode. The equivalent resistance of the line side ground rods is negligible.

A single-point grounding method is acceptable for frequencies below one MHz, but it is less desirable for high frequencies. A single-point grounding lead will raise the ground impedance due to wire inductance and track capacitance, while stray capacitance will create unintended ground return paths. For high-frequency circuits, multipoint grounding is necessary. However, this method creates ground loops that are susceptible to magnetic field induction. Therefore, it is important to avoid using hybrid ground loops, especially if the circuit will contain sensitive components.

Ground noise can be a major problem in high frequency circuits, especially when the circuits draw large varying currents from the supply. This current flows in the common-ground return and causes error voltage, or DV. This varies with the frequency of the circuit.

Impedance of bonding conductors

Ideally, the resistance of bonding conductors should be less than one milli-ohm. However, at higher frequencies, the behavior of a bonding conductor is more complex. It can exhibit parasitic effects and residual capacitance in parallel. In this case, the bonding conductor becomes a parallel resonant circuit. It can also exhibit high resistance due to the skin effect, which is the flow of current through the outer surface of the conductor.

A typical example of a conducted interference coupling is a motor or switching circuit fed into a microprocessor with an earth return. In this situation, the earthing conductor’s impedance is higher than its operating frequency, and it is likely to cause the circuit to resonant. Because of this, bonding conductors are typically bonded at multiple points, with different bonding lengths.

DC path dominating for low-frequency signals

It is widely assumed that DC path dominating for low-frequency signals is easier to implement than high-frequency circuits. However, this method has several limitations, especially in integrated implementations. These limitations include flicker noise, DC current offsets, and large time constants. Moreover, these designs usually use large resistors and capacitors, which can produce large thermal noise.

In general, the return current of high-frequency signals will follow the path of least loop area and least inductance. This means that the majority of the signal current returns on the plane via a narrow path directly below the signal trace.

Single-point grounding

Single-point grounding is an essential element in protecting communications sites from lightning. In addition to effective bonding, this technique offers structural lightning protection. It has been extensively tested in lightning-prone areas and has proven to be an effective method. However, single-point grounding isn’t the only consideration.

If the power level difference between the circuits is large, it may not be practical to use series single-point grounding. The resulting large return current can interfere with low-power circuits. If the power level difference is low, a parallel single-point grounding scheme can be used. However, this method has many disadvantages. In addition to being inefficient, single-point grounding requires a larger amount of grounding, and it also increases the ground impedance.

Single-point grounding systems are generally used in lower frequency designs. However, if the circuits are operated at high frequencies, a multipoint grounding system can be a good choice. The ground plane of a high-frequency circuit should be shared by two or more circuits. This will reduce the chances of magnetic loops.

Power interference

Power interferences can degrade the performance of a circuit and can even cause serious signal integrity problems. Hence, it is imperative to deal with power interferences in high frequency design. Fortunately, there are methods for dealing with these problems. The following tips will help you reduce the amount of power interference in your high frequency designs.

First, understand how electromagnetic interferences occur. There are two main types of interference: continuous and impulse. Continuous interference arises from man-made and natural sources. Both types of interference are characterized by a coupling mechanism and a response. Impulse noise, on the other hand, occurs intermittently and within a short time.

無電解錫めっきPCBパッドにおけるはんだ付け不良の故障解析

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無電解錫めっきPCBパッドにおけるはんだ付け不良の故障解析

Soldering defects are a common cause of PCB failure. There are several different types of defects that can lead to PCB failure. The article below explores three types of defects: Wetting, Plating through hole barrel cracking, and Liquid fluxes.

Wetting defects

Exposure to environmental factors during the manufacturing process can affect the wetting ability of immersion tin pcb pads. This can reduce assembly yield and second level reliability. Therefore, it is important to avoid or correct poor wetting defects. This research explored the effects of different temperature conditions on the wetting ability of these pads.

Immersion tin pads exhibit a variety of defects that can cause the assembly process to fail. Unlike dewetting, which is a defect in which the soldering joint is not formed, wetting defects occur when the molten solder does not adhere to the wettable surface of the PCB pads or components. This can result in holes or voids in the solder joints.

Non-wetting defects can also cause serious structural issues. In addition, they may result in poor electrical conductivity, loose components, and poor PCB pad performance.

Plating through hole barrel cracking

This study evaluated the reliability of immersion tin pcb pads through a failure analysis of soldering defects. To do this, we studied the behavior of the intermetallics inside solder joints by SEM. We compared the results of the aged and non-aged assemblies to understand how the intermetallics affect joint reliability.

The results of the investigation show that the electroless nickel coating on immersion tin PCB pads is characterized by deep crevasses and fissures. These open boundaries are attributed to the corrosive environment generated during ENIG plating. This problem can be solved by introducing a nickel controller into the plating process. This countermeasure helps to maintain good wettability in the pad and prevent oxidation.

Liquid fluxes

This failure analysis of soldering defects also includes the analysis of the flux used in the process. The use of different liquid fluxes in the reflow process may lead to different results. One method used for analyzing the effects of flux on soldering defects on immersion tin PCB pads is to assemble the flip-chip assemblies with readout chips on the bottom.