Was ist Leiterplattenmontage?

Bei der Leiterplattenmontage werden elektronische Komponenten auf einer Leiterplatte (PCB Printed Circuit Board) zusammengesetzt und verlötet, so dass eine Leiterplattenmontage (PCBA Printed Circuit Board Assembly) entsteht.

Dies ist eine verkürzte Beschreibung des Prozesses, da die Leiterplattenmontage manchmal mit der Leiterplattenherstellung verwechselt wird, obwohl es sich um zwei völlig unterschiedliche Prozesse handelt. Die Leiterplattenherstellung umfasst ein sehr breites Spektrum an Aktivitäten, einschließlich Design und Prototyping, während die Leiterplattenmontage nach der Herstellung der Leiterplatte beginnt und sich auf die korrekte Platzierung der Komponenten auf der Leiterplatte, ihre Montage/Lötung, die Sicherung der PCBA-Baugruppe und die Durchführung vieler Kontrollen beschränkt.

Industrie-Standards

Bei der Leiterplattenmontage werden IPC-Industriestandards verwendet. Die Norm IPC-A-610 beispielsweise, die die Qualität der Leiterplattenmontage festlegt, beschreibt auf mehreren hundert Seiten die elektronischen Komponenten/Baugruppen, ihre Verbindung, das Löten, die Montagetechnologien, kritische Fehler und akzeptable Abweichungen, um ein Produkt herzustellen, das einer bestimmten IPC-Klasse angehört.

Eine Beschreibung der IPC-Klassen finden Sie unserem Artikel über die IPC A-610 Genauigkeitsklassen in der elektronischen Auftragsfertigung.

Technologien für die Leiterplattenmontage

Die Fortschritte in der Elektroniktechnologie haben zu mehr Möglichkeiten der Leiterplattenmontage geführt. Drei Montagetechniken werden heute üblicherweise verwendet:

• SMT-Montage, oder Oberflächenmontagetechnik (Surface Mount Technology)
• THT, oder Thru-Hole Technologie
• und eine Kombination aus SMT- und THT-Montage-Methoden.

Prozess der Leiterplattenmontage: SMT-Technologie

Die SMT-Oberflächenmontagetechnik ist eine Technik, die bereits in den 1960er Jahren entwickelt wurde, sich in den 1980er Jahren weiterentwickelte und heute von vielen EMS-Vertragsanbietern als vollautomatische Montagetechnik eingesetzt wird.

SMT-Montagesysteme ermöglichen es, elektronische Komponenten automatisch aufzunehmen, mit sehr hoher Präzision und Wiederholbarkeit auf einer Leiterplatte zu platzieren und anschließend zu verlöten und zu prüfen. Der gesamte Prozess muss aufgrund der geringen Größe der Bauteile und der Notwendigkeit, eine hohe Genauigkeit und angemessene Lötstellentemperaturen zu gewährleisten, sorgfältig kontrolliert werden.

Phasen der SMT-Oberflächenmontage:

• Auftragen von Lotpaste (Schablonieren von Lotpaste). In dieser Phase ist eine speziell für eine bestimmte Leiterplatte erstellte Metallschablone/ein Sieb erforderlich. Die Schablone/das Sieb wird in die Maschine eingelegt, die damit die Lotpaste präzise auf die Leiterplatte aufträgt.
• Applikation elektronischer Bauteile (Pick and Place). In dieser Phase wird ein automatisiertes System verwendet, um die elektronischen Bauteile/Komponenten mit hoher Präzision, Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit auf die Leiterplatte aufzubringen.
• Löten (reflow soldering). In dieser Phase durchläuft eine Leiterplatte mit präzise positionierten elektronischen Bauteilen/Komponenten einen beheizten Ofen, in dem die aufgetragene Lötpaste schmilzt und nach dem Abkühlen die Komponenten dauerhaft mit der Leiterplatte verbindet, um eine PCBA-Baugruppe zu bilden.
• Inspektion und Qualitätskontrolle der Leiterplattenmontage in verschiedenen Phasen des SMT-Oberflächenmontageprozesses durch: automatische Röntgeninspektionssysteme, automatische optische AOI-Inspektionssysteme mit 3D-Option und SPI-Lotpasteninspektionssysteme zur Überprüfung und Dokumentation der Korrektheit des Montage- und Lötprozesses.

Prozesse der Leiterplattenmontage: THT-Technologie

Bei der Thru-Hole-Technologie (THT) werden in die Leiterplatten Löcher gebohrt, durch die die Enden der elektronischen Komponenten und Baugruppen geschraubt werden.

Montageschritte in der Thru-Hole Technologie

• In der THT-Technologie werden die Komponenten in der Regel manuell auf der Leiterplatte platziert, obwohl manchmal auch automatische Lösungen verwendet werden (z.B. radial).
• Die Leiterplatten mit den Bauteilen kommen dann in eine Wellenlötmaschine, wo das Löten von der Unterseite der Leiterplatte aus erfolgt, indem die Gewindeenden der Bauteile mit der Leiterplatte verbunden werden. Einige Komponenten in Leiterplatten werden jedoch manuell gelötet.

Bei der Thru-Hole-Technologie können auch automatisierte Lötsysteme, wie z.B. die Selektivwelle, eingesetzt werden, um die Qualität des Gesamtprozesses und seine Wiederholbarkeit zu verbessern.

SMT vs. THT

Die Hauptunterschiede zwischen SMT- und THT-Montage-Technologien sind die viel höhere Präzision, Wiederholbarkeit und Geschwindigkeit der SMT-Montage sowie die Möglichkeit, sehr kleine Bauteile bis zu einer Größe von 01005 zu montieren. Mit der THT-Technologie hingegen können schwerere Komponenten auf einer Leiterplatte montiert werden.

Die THT-Monate birgt jedoch eine höhere Wahrscheinlichkeit für menschliche Fehler, da die Komponenten in der Regel manuell auf die Leiterplatten gesetzt werden.

Die SMT-Montage hingegen erfordert hohe Vorabinvestitionen in die automatische Montage, das Löten und die Inspektionssysteme. Die SMT-Montage-Technologie ist daher aufgrund ihrer Wiederholbarkeit, Geschwindigkeit und der Möglichkeit, kleinere Komponenten zu montieren, eine weitaus bessere Lösung für die Massenproduktion. Darüber hinaus sind bei der SMT-Montage die Kosten für die Montage eines einzelnen Bauteils nach der anfänglichen Investition in automatisierte Produktionssysteme deutlich niedriger als bei der THT-Technologie.

Endkontrolle und Funktionstest

Nach dem Zusammenbau wird die Leiterplattenmontage einer abschließenden Inspektion und Funktionsprüfung unterzogen, bei der elektrische Signale und Versorgungsspannung an bestimmte Leiterplattenmontage-Eingänge angelegt und ausgewählte Testpunkte und Anschlüsse auf korrekte Ausgangssignale überprüft werden.

Diese Tests dienen dazu, die Funktionalität und die elektrischen Eigenschaften der Leiterplattenmontage zu prüfen, zu verifizieren, dass die Strom- und Spannungssignale den Spezifikationen entsprechen, die auf der PCBA montierten Komponenten elektrisch zu überprüfen und ihr korrektes Zusammenspiel zu bestätigen.

Die Testphase ist sehr wichtig, da sie über den Erfolg oder Misserfolg der Leiterplattenmontage des EMS-Anbieters entscheidet.

Sichern von Leiterplattenmontagen: Conformal Coating raz Potting

Sobald eine Leiterplattenmontage fertiggestellt ist, sollten Sie darauf achten, dass die Baugruppe vor Verunreinigungen, schädlichen Umweltbedingungen und Diebstahl geistigen Eigentums geschützt wird. Über Methoden zur Sicherung von Leiterplattenmontagen schreiben wir in unserem Artikel über Beschichtung und Verguss in der Elektronikmontage.

Die Korrektheit und Effizienz der Leiterplattenmontage hat einen direkten Einfluss auf die Qualität und die Produktionszeit des Endprodukts und damit auf den Erfolg des OEM-Projekts. Daher lohnt es sich, bei der Entscheidung für eine bestimmte Lösung über die Wahl der richtigen Technologie nachzudenken und erfahrene EMS-Anbieter zu konsultieren, die sich – aus naheliegenden Gründen – mit der Leiterplattenmontage bestens auskennen.