En illustrerad historik över tryckta kretskort

Det första tryckta kretskortet (PCB) utvecklades på 1930-talet av Paul Eisler, som studerade teknik och var tidningsredaktör innan han började arbeta med elektroteknik. Eisler hade en idé om att tryck på papper skulle kunna användas till mer än bara tidningar. Han utvecklade idén i en liten enrumslägenhet i Hampstead, London.

Moe Abramson

Kretskortens historia har påverkats av många tekniska framsteg. Några av de första kretskorten skapades av Moe Abramson, en dataingenjör som hjälpte till att utveckla den automatiska monteringsprocessen. Abramson utvecklade också kopparfoliens sammankopplingsmönster och tekniker för dopplödning. Hans process förbättrades senare, och hans arbete ledde till standardprocessen för tillverkning av kretskort.

Ett kretskort är en krets som mekaniskt stöder och elektriskt kopplar samman elektroniska komponenter. Det tillverkas vanligen av två eller flera lager kopparplåt. Tillverkningsprocessen möjliggör högre komponentdensitet. Det har också genompläterade hål för elektriska anslutningar. Mer avancerade kretskort har även inbyggda elektroniska komponenter.

Stanislaus F. Danko

De tryckta kretskortens historia går tillbaka till mitten av 1900-talet. Innan dess hade elektroniska komponenter trådledningar och löddes direkt till kretskortets spår. Den första automatiska monteringsprocessen utvecklades av Moe Abramson och Stanislaus F. Danko, som var medlemmar i U.S. Signal Corps. De patenterade processen och den har sedan dess blivit standardmetoden för tillverkning av kretskort.

Tryckta kretskort är en viktig del av elektroniska apparater. Från en blygsam början i mitten av 1800-talet har de blivit vardagsmat. Utvecklingen har drivits på av ökade konsumentkrav. Dagens konsumenter förväntar sig omedelbar respons från sina elektroniska enheter. 1925 utvecklade Charles Ducas en process som kallas "tryckt tråd" för att minska komplexiteten i kabeldragningen. Dr. Paul Eisler byggde det första fungerande kretskortet i Österrike 1943.

Harry W. Rubinstein

De tryckta kretskortens historia har till stor del formats av en man vid namn Harry W. Rubinstein, som arbetade som forskare och chef på Globe-Unions Centralab-division från 1927 till 1946. Rubinstein var ansvarig för flera innovationer under sin tid på Centralab, inklusive förbättrade rullskridskor, tändstift och lagringsbatterier. Hans mest kända uppfinning var dock den tryckta elektroniska kretsen.

Historien om kretskort börjar i början av 1900-talet, då elektroniska komponenter löddes fast på ett kretskort. Kretskortet hade hål för trådledningar, och ledningarna fördes in genom hålen och löddes sedan till kopparspåren på kortet. Men 1949 utvecklade Moe Abramson och Stanislaus F. Danko en teknik som innebar att komponentledningarna fördes in i ett sammankopplingsmönster av kopparfolie och löddes med dopplödning. Denna process antogs senare av U.S. Army Signal Corps och blev så småningom ett standardiserat sätt att tillverka tryckta kretskort.

Komponenter för ytmonteringsteknik (SMT)

SMT är en teknik som gör det möjligt att applicera elektroniska komponenter direkt på ytan av ett tryckt kretskort (PCB). Detta möjliggör en effektivare produktion och en mer kompakt design. Dessutom minskar antalet borrhål, vilket kan leda till en lägre produktionskostnad. SMT-komponenter är också mer robusta och tål högre nivåer av vibrationer och stötar.

Den stora fördelen med ytmonteringsteknik jämfört med komponenter med genomgående hål är att den är mycket automatiserad och minskar antalet fel under svetsprocessen. Dessutom är SMT-komponenter mycket billigare att paketera än THT-komponenter, vilket innebär att försäljningspriset blir lägre. Detta är en stor fördel för de kunder som letar efter tryckta kretskort i stora volymer.

Flera lager av koppar

PCB med flera kopparlager är uppbyggda av flera lager kopparfolie och isoleringsmaterial. Kopparskikten kan utgöras av en sammanhängande kopparyta eller av separata spår. De ledande kopparskikten är anslutna till varandra med hjälp av vior, som är tunna kanaler som kan leda ström. Dessa ledande lager används ofta för att minska EMI och ge en tydlig returväg för strömmen. Nedan listas några fördelar med att använda koppar på kretskort.

Flerskiktade mönsterkort är dyrare än enkelskiktade. De är också mer komplicerade att tillverka och kräver en mer komplicerad tillverkningsprocess. Trots den höga kostnaden är de populära i professionell elektronisk utrustning.

Elektromagnetisk kompatibilitet

Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) är en viktig aspekt av en produkts design. EMC-standarder är en förutsättning för säker drift av produkter. Konstruktionen av ett kretskort måste vara elektromagnetiskt kompatibel med dess komponenter och omgivning. Vanligtvis uppfyller kretskorten inte EMC-standarderna vid första genomgången. Därför bör konstruktionsprocessen redan från början inriktas på att uppfylla EMC-standarderna.

Det finns flera vanliga tekniker för att uppnå elektromagnetisk kompatibilitet. En metod är att lägga ett jordlager på ett kretskort. En annan metod är att använda jordnät för att ge låg impedans. Avståndet mellan jordgallren är viktigt för att bestämma kretskortets jordinduktans. Faraday-burar är ett annat sätt att minska EMI. Denna process innebär att man lägger jord runt kretskortet, vilket förhindrar signaler från att färdas bortom jordgränsen. Detta bidrar till att minska utsläpp och störningar från kretskort.

Problem med lödkulor i BGA-komponenter och hur de kan lösas

Problem med lödkulor i BGA-komponenter är vanliga problem som kan leda till att komponenterna försämras. Dessa problem orsakas av delaminering eller oxidation av lödkulan. Lyckligtvis är lösningarna enkla och kräver ingen komplicerad teknisk kunskap. Dessa lösningar hjälper dig att förhindra ytterligare skador på dina komponenter.

Delaminering av lödkulor

BGA-komponenter är utsatta för problem relaterade till lödkulor, vanligen kallade "head-in-pillow defects". Problemet uppstår när två metallytor är mekaniskt sammankopplade, ofta med en lödkula. Hur mycket kontakt det blir mellan kulan och lodet varierar beroende på lödprocessen och den värme och det tryck som appliceras på delarna. Flera studier har genomförts för att förstå orsaken till denna defekt och hur den kan förebyggas.

En felaktig BGA kan ha allvarliga effekter på produktens funktionalitet. En vanlig åtgärd är att ersätta den berörda komponenten med en ny. Denna lösning kan dock vara problematisk och dyr. Ett bättre alternativ är att återmontera BGA-komponenten. Det kräver att en tekniker tar bort de drabbade komponenterna och installerar nytt lödtenn i de kala områdena.

För att undvika problem med lödkulor är det viktigt att använda rätt testhylsa. Det finns två typer av testhylsor: kloformade hylsor och nålspetshylsor. Den första typen gör att lödkulan expanderar och deformeras, medan den andra typen gör att lödkulan stöter emot och slits.

Oxidation av lödkulor

Oxidation av lödkulor i BGA-komponenter är ett växande problem inom elektroniktillverkningen. Dessa defekter orsakas av ofullständig sammansmältning av BGA/CSP-komponenternas lödkulor med smält lödpasta under återflödningsprocessen. Dessa defekter påverkar både blyfria och tenn-bly-lödda enheter. Det finns dock sätt att minska dessa problem.

Ett sätt att undvika detta problem är att använda lödpasta som är halvflytande. Detta säkerställer att kulan inte kortsluts vid uppvärmning. För att säkerställa en solid lödfog är den använda lödlegeringen noggrant utvald. Denna legering är också halvflytande, vilket gör att enskilda kulor kan hållas åtskilda från sina grannkulor.

Ett annat sätt att förhindra oxidation av lödkulor är att skydda BGA-komponenterna under hanteringen. Vid transport eller leverans, se till att dina BGA-komponenter placeras i en pall av icke-statiskt skum. Detta fördröjer oxidationsprocessen hos lödkulorna och socklarna.

Avlägsnande av lödkulor

Avlägsnande av lödkulor för BGA-komponenter är en kritisk process. Om lödkulan inte avlägsnas på rätt sätt kan BGA-komponenten skadas och resultera i en smutsig produkt. Som tur är finns det flera sätt att avlägsna lödkulan från BGA-komponenter. Det första sättet är att använda ett vakuum för att avlägsna eventuella lödrester. Ett andra sätt är att använda ett vattenlösligt flussmedel.

I många fall är den mest kostnadseffektiva metoden reballing. I denna process ersätts blyfria lödkulor med blyade. Denna metod säkerställer att BGA-komponenten behåller sin funktionalitet. Processen är mycket effektivare än att byta ut hela kortet, särskilt om komponenten används regelbundet.

Innan processen påbörjas bör en tekniker undersöka BGA-komponenter. Innan han eller hon rör vid enheten måste han eller hon bedöma storleken och formen på lödkulorna. Dessutom måste han eller hon bestämma vilken typ av lödpasta och stencil som ska användas. Andra faktorer att ta hänsyn till är typen av lödmetall och komponenternas kemi.

Lödning av kulor

Omlödning av BGA-komponenter är en process som innebär omarbetning av elektroniska enheter. Denna process kräver återflödeslödning och en stencil. Stencilen har hål som lödkulorna passar in i. För bästa resultat är stencilen tillverkad av högkvalitativt stål. Stencilen kan värmas upp med en varmluftspistol eller en BGA-maskin. Stencilen är nödvändig för BGA reballing-processen och hjälper till att säkerställa att lödkulorna passar in på sina rätta platser.

Innan en BGA-komponent återbultas är det viktigt att förbereda kretskortet för processen. Detta förhindrar skador på komponenterna. Först förvärms kretskortet. Detta gör att lödkulorna kan smälta. Därefter plockar det robotiserade de-ball-systemet upp en rad komponenter från ett matrisfack. Den applicerar flussmedel på lödkulorna. Sedan körs den genom ett programmerat förvärmningssteg. Därefter avlägsnar en dynamisk lödvåg de oönskade kulorna från kortet.

I många fall är det mer ekonomiskt att återmontera en BGA-komponent än att byta ut hela kortet. Att byta ut ett helt kort kan vara kostsamt, särskilt om det används i maskiner som körs regelbundet. I sådana fall är reballing det bästa alternativet. Genom att ersätta lödkulorna med nya kan kortet klara högre temperaturer, vilket förbättrar kortets livslängd.