Selvom der er klare trin, som alle PCB-udviklinger og -produktioner deler, følger hvert printkortdesign stadig sin egen tilpassede vej. Målet med produktet, korttypen, antallet af dele, kortmaterialet og opbygningen, antallet af prototypespins, testkravene og produktionsmængden kan alle være forskellige fra et design til et andet. I nogle brancher er forskellen endnu større. Det gælder for design til medicinsk udstyr, rumfartssystemer eller avanceret industrielt udstyr, hvor produktionen ofte er højt specialiseret og i små mængder.
Så lad os først se på produktion af små partier, derefter se på nogle produkttyper, der har brug for specialfremstillede printkort, og så se, hvordan man kan maksimere effektiviteten af produktion af specialfremstillede printkort i små partier.
PCB-montering i små serier: Et testområde for design
PCB-udvikling er et godt eksempel på en proces, hvor et team ofte har brug for at bevise, at designet er korrekt. Det skyldes, at processen med at bringe et printkortdesign til live består af tre faser: design, fremstilling og test.
For ethvert printkort med en hvilken som helst grad af kompleksitet er udvikling en cyklus. Den omfatter ofte iterationer af PCB-prototyper. Effektiviteten af denne proces afhænger i høj grad af, hvor godt man udnytter fleksibiliteten i printmontagen. Før vi forklarer de muligheder, der er tilgængelige under prototyping, skal vi først definere printkortmontering i små partier.
Er PCB-montage i små serier anderledes end standarder for massemontage?
PCB-fremstillingsprocessen består af tre dele. Det er fremstilling af printkort, indkøb af komponenter og montering af printkort. Hvordan disse tre produktionstrin optimeres, afhænger af, hvor godt kontraktproducenten (CM) matcher det udstyr og den proces, der er brugt i designet.
Faktisk er der en direkte forbindelse mellem kvaliteten af dit printkort og hvor godt din CM følger DFM-regler og -retningslinjer. I produktionen, uanset om det drejer sig om små eller store serier, er streng overholdelse af DFM og DFA nøglen til det højeste udbytte og de laveste produktionsomkostninger.
Uanset udviklingsstadiet eller produktionsstadiet kan processen for fremstilling af printkort være den samme, medmindre designet ændres og kræver noget andet. På den anden side kan monteringen ændre sig, afhængigt af om du bygger en prototype eller laver printplader til levering. I nogle tilfælde kan produktionsmængden være lille. Det er almindeligt, når man fremstiller kritiske eller specielle PCBA-produkter til rumfart, medicinsk udstyr, industrisystemer, bilsystemer eller militære anvendelser.
Som vi vil forklare nedenfor, er PCB-montage i små serier en vigtig del af al printkortudvikling.
Små partier PCB-samling betyder, at man monterer komponenter på et relativt lille antal blanke plader, fra nogle få stykker til 250 stykker eller færre.
Samlingstrinnene er klart definerede, men de giver stadig en masse fleksibilitet, som vi vil se i næste afsnit. Når den bruges godt, kan denne fleksibilitet i høj grad forbedre effektiviteten i kortudviklingen.
PCBA-produktion i små serier
Mange mennesker tror, at PCB-produktion og PCB-produktion betyder det samme. De bruges ofte, som om de er det samme, men deres betydning er mere præcis, når vi adskiller dem på følgende måde:
1. PCBA-fremstillingsproces
PCBA-fremstilling har to hovedtrin: fremstilling og samling. Fremstilling betyder, at råmaterialer som laminater, substrater, loddemasker og andre basismaterialer omdannes til et printkort. Samling betyder montering eller fastgørelse af elektroniske komponenter på printkortet gennem loddeprocessen. Hele processen omfatter klare trin, der omdanner designpakken, som indeholder printkortets layout, materialer, stykliste, komponentliste og andre instruktioner, til et fysisk og fungerende produkt, der kan udføre målfunktionen. PCBA-fremstilling kan bruges til at skabe proof-of-concept-boards, prototyper eller færdige boards.
2. PCBA-produktion
PCBA-produktion er den proces, hvor man bruger PCBA-fremstillingsprocessen til at skabe færdige printkortsamlinger. Færdige printkort bruges normalt i mere komplekse systemer og i produktionsmiljøer. PCBA-produktion har to typer: små serier og store serier.
Large-batch PCBA-produktion og large-batch PCBA-produktion kan i praksis ses som den samme proces. Det er en af grundene til, at folk ofte forveksler fremstilling og produktion. I begge tilfælde er resultatet et stort antal færdige kort, og antallet kan nå op på tusindvis eller endnu flere.
Det er ikke det samme for produkter i små serier, fordi ikke alt PCBA-arbejde laves til slutbrugere eller direkte salg. Under udviklingen er det meget almindeligt at lave flere PCBA-prototype-iterationer for at opnå den bedste designkvalitet. Hvert spin involverer måske kun dusinvis af boards eller et par dusin boards.
Ved produktion af små partier afhænger mængden af produktet, og det kan være hundreder af enheder eller færre. Nogle eksempler er givet nedenfor.
Tabellen ovenfor omfatter ikke alle specialfremstillede boardprodukter, der kan bruge small-batch-produktion. Men den giver almindelige eksempler på small-batch-produktion, og disse eksempler involverer normalt specialdesignet arbejde. Det hjælper os med at definere, hvordan vi kan gøre produktionsprocessen mere effektiv.
Effektiv produktion af brugerdefinerede printkort i små serier
Effektiv printkortproduktion i små serier kan defineres som at bygge printkort på en måde, der giver det højeste udbytte, den korteste gennemløbstid og de bedste omkostninger. Disse mål kan nås ved at gøre følgende.
Sådan opnår du det højeste udbytte
Udbytte er forholdet mellem brugbare boards og det samlede antal producerede boards. Udbyttet kan forbedres ved at bruge gode designregler, herunder at følge CM's DFM-regler og forbedre designkvaliteten i prototypestadiet.
Et godt udbytte kommer ikke af sig selv. Det starter med et klart design, en ren stykliste og korrekte fodaftryk. Det afhænger også af, om PCB-layoutet understøtter nem fremstilling og nem montering. For eksempel påvirker padstørrelse, sporafstand, via-struktur, komponentafstand og loddemaskeåbning alt sammen det endelige resultat. Hvis designet er produktionsvenligt, er printet meget lettere at bygge, og antallet af fejl falder.
Sådan får du den korteste gennemløbstid for printkort
En god PCB-produktionsproces måles ofte på, hvor hurtigt printet kan bygges. Men hastighed bør aldrig erstatte kvalitet. Derfor er det meget vigtigt at vælge produktions- og monteringstjenester, der kan optimere begge dele på samme tid.
Hurtig levering kræver god planlægning. Det kræver korrekte filer, klare tekniske data, komplette komponentlister og stabile forsyningskæder. Hvis delene er klar, printet er klar, og processen er klar, kan produktionen gå meget hurtigere. Hvis en af disse dele mangler, kan tidsplanen skride.
Sådan får du den bedste pris
Ved små serier af specialfremstillede printkort er den laveste pris ikke altid det bedste valg. Målet er at få den bedste pris.
Det betyder, at man skal finde den rette balance mellem tid og omkostninger. Det betyder også, at du skal sørge for, at din CM kan producere plader af højeste kvalitet med mindst muligt spild. I mange tilfælde kan en lidt højere enhedspris spare mange penge senere, fordi det kan reducere omarbejde, skrot og forsinkelser.
Kort sagt er den bedste pris ikke bare det billigste tilbud. Det er de samlede omkostninger fra start til slut, inklusive udbytte, arbejdskraft, omarbejde, materialetab og leveringstid.
SMT Prototyping og Small-Batch PCBA Process Flow
Nedenfor ses det normale procesflow for SMT-prototyper, behandling af små partier eller PCBA-behandling:
1. Enkeltsidet overflademonteret samling
Udskrivning af loddepasta → placering af komponenter → reflow-lodning
Dette er den simpleste SMT-proces. Den bruges, når alle SMD-dele er monteret på den ene side af printet. Loddepastaen trykkes først, delene placeres, og derefter går printet gennem reflow-lodning.
2. Dobbeltsidet overflademonteret samling
Side A loddepastatryk → komponentplacering → reflow-lodning → board flip → Side B loddepastatryk → komponentplacering → reflow-lodning
Denne proces bruges, når SMD-dele er monteret på begge sider af printkortet. Den første side samles og reflowes først, derefter vendes printet, og den anden side laves som det næste.
3. Enkeltsidet blandet samling
(SMD- og through-hole-komponenter på samme side)
Udskrivning af loddepasta → placering af komponenter → reflow-lodning → manuel indsættelse af gennemgående komponenter (THC / THT) → bølgelodning
Denne proces bruges, når printet har både SMD- og through-hole-dele på samme side. SMD-delene placeres og reflowes først. Derefter indsættes de gennemgående dele i hånden, og printet gennemgår bølgelodning.
4. Enkeltsidet blandet samling
(SMD- og through-hole-komponenter på forskellige sider af printet)
Print med rød lim på side B → placering af komponenter → hærdning med rød lim → vending af printplade → indsættelse af gennemgående huller på side A → bølgelodning på side B
Denne metode bruges, når SMD- og through-hole-dele er på forskellige sider. Den røde lim hjælper med at holde delene på plads, og hærdningen gør limen hård inden næste trin.
5. Dobbeltsidet blandet samling
(THC på side A, SMD på både side A og side B)
Side A loddepastaprint → komponentplacering → reflow-lodning → board flip → Side B rød limprint → komponentplacering → rød limhærdning → board flip → Side A gennemgående hulindsættelse → Side B bølgelodning
Denne proces er mere kompleks. Den bruges, når kortet har SMD-dele på begge sider og gennemgående dele på side A.
6. Dobbeltsidet blandet samling
(SMD og THC på både side A og side B)
Side A loddepastaprint → komponentplacering → reflow-lodning → board flip → Side B rød limprint → komponentplacering → rød limhærdning → board flip → Side A gennemgående hulindsættelse → Side B bølgelodning → Side B gennemgående hulindsættelse
Dette er den mest komplekse proces på listen. Den bruges, når der er både SMD- og through-hole-komponenter på begge sider af printet.
Efter disse trin kan kortet bruges til computerprodukter, relaterede produkter, kommunikationsprodukter, forbrugerelektronik og mange andre anvendelser.
Det er den slags processer, som SMT-værksteder håndterer hver dag. Hvert produkt, der forlader fabrikken, skal igennem en streng inspektion. Det er for at sikre, at alle kunder får et produkt uden problemer. Det er også en af kerneopgaverne for en god printkortproducent.
Hvorfor specialproduktion af printkort i små serier er vigtig
Produktion af brugerdefinerede printkort i små serier er meget vigtig i det virkelige produktionsarbejde. Det giver ingeniørerne mulighed for at teste ideer, forbedre design og reducere risici, før den fulde produktion starter. Det er også meget nyttigt for specialprodukter, fordi nogle produkter ikke har brug for store mængder, men de har brug for høj kvalitet og høj pålidelighed.
I mange tilfælde er produktion af små partier ikke bare et første skridt. Det er en del af hele produktets livscyklus. Et board kan gå gennem flere prototyper, flere testrunder og flere procesændringer, før det er klar til endelig brug. Hvis processen styres godt, kan teamet spare tid og penge og få et bedre slutresultat.
Afsluttende tanker
For at maksimere effektiviteten af små serier af specialfremstillede printkort er nøglen ikke kun at fremstille pladerne hurtigt. Det egentlige mål er at lave printpladerne godt, med højt udbytte, kort gennemløbstid og god omkostningskontrol.
Det betyder, at du har brug for stærk DFM- og DFA-support, god prototypekontrol, en klar monteringsproces, stabil levering af dele og streng testning. Når alle disse dele arbejder sammen, bliver produktion af brugerdefinerede printkort i små serier mere effektiv, mere stabil og mere nyttig til produktudvikling i den virkelige verden.