회로 카드 조립(CCA) 작동 방식: 구성 요소, 프로세스 및 과제

회로 카드 조립(CCA)은 현대 전자 제품에 필수적이며, 소형 고성능 장치를 생산할 수 있게 해줍니다. 이러한 유형의 제조에는 숙련된 전문가가 설계를 레이아웃한 다음 조립해야 합니다. CCA의 주요 장점 중 하나는 다른 제조 방법에 비해 더 복잡한 설계를 지원할 수 있다는 것입니다. 또한 CCA는 더 빠른 생산 공정으로 시간과 비용을 모두 줄여 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 이 문서에서는 회로 카드 조립과 관련된 몇 가지 일반적인 방법론, 설계 절차 및 과제에 대해 설명합니다.

회로 카드 조립(CCA)의 필수 구성 요소

회로 카드 어셈블리에는 적절한 회로 기능을 가능하게 하는 여러 측면이 있습니다. 이는 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

● 인쇄회로기판(PCB)

● 전자부품

● 온보드 커넥터

1. 인쇄 회로 기판(PCB):

회로 조립은 모든 전자 기기에 적용되며, PCB는 전자 부품의 조립 및 배선을 위한 기본 플랫폼을 제공합니다. PCB의 필수적인 기본 구성 요소는 다음과 같습니다.

● 기판: 모든 전기 부품을 제자리에 고정하는 회로 조립의 기초입니다. 기판 재료는 유연한, 단단한 또는 금속 코어 보드와 같이 PCBA 유형에 따라 다릅니다. 대부분 유리 섬유는 단단한 PCB에 사용되는 반면 폴리이미드는 유연한 PCB에 일반적인 재료입니다.

● 구리 트레이스: 구리 트레이스는 다양한 PCB 구성 요소를 연결하는 전도 경로를 제공합니다. 회로 카드 조립 기판과 구리 호일은 열을 사용하여 함께 적층됩니다. PCB 층에 따라 회로도에 따라 여러 구리 층이 에칭될 수 있습니다.

● 솔더 마스크: 회로의 전도성 부분을 덮는 얇은 보호층으로 부식을 방지하고 솔더 단락 위험을 줄입니다. 또한 제조업체가 PCB에 부품을 정확하게 배치하는 데 도움이 됩니다.

● 실크스크린: 필수적인 기호, 값, 텍스트를 특징으로 하는 최상위 PCB 레이어입니다. 실크스크린은 사용자가 PCB의 배치와 기능을 더 쉽게 이해할 수 있도록 해줍니다.

2. 전자 부품:

전자 부품은 회로 카드 어셈블리(CCA)에서 구동력 역할을 합니다. 이들의 배치는 최적의 설계와 성능을 달성하는 데 중요합니다. CCA에는 수많은 구성 요소가 포함될 수 있지만 다음은 거의 모든 어셈블리에서 일반적으로 발견됩니다.

전자 회로는 저항기, 커패시터, 인덕터, 집적 회로와 같은 구성 요소를 사용하여 설계됩니다. 이러한 회로의 동작은 회로 이론과 수학적 모델을 사용하여 분석하고 예측할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 구성 요소와 그 응용 프로그램에 대한 자세한 가이드는 다음과 같습니다.

● 저항기: 저항기는 전류 흐름을 제한하는 부품입니다. 회로 내에서 전류 레벨을 제어하고 전압을 분배하는 데 필수적입니다. 저항기는 "저항기 단자에 인가되는 전압은 저항기를 흐르는 전류에 직접 비례한다"는 옴의 법칙 원리에 따라 작동합니다.

● 커패시터: 커패시터는 전기 에너지를 저장하고 방출합니다. 전기 에너지를 전기장의 형태로 저장합니다. 커패시터는 DC 신호를 차단하고 AC 신호를 허용하며 타이밍 회로에서 저항과 함께 사용됩니다. 또한 다양한 회로에서 필터링, 평활화 및 타이밍 애플리케이션에 사용됩니다.

● 인덕터: 인덕터는 AC 저항기라고도 하며, 자기 에너지 형태로 전기 에너지를 저장합니다. 전류의 변화에 ​​저항하며, 인덕턴스의 표준 단위는 헨리로, 전류가 흐를 때 자기장에 에너지를 저장합니다. 필터링, 튜닝 및 에너지 저장 애플리케이션에 사용됩니다.

● 트랜지스터: 트랜지스터는 3단자 반도체 소자입니다. 주로 스위칭 소자로 사용되며 증폭기로도 사용됩니다. 이 스위칭 소자는 전압 또는 전류로 제어될 수 있습니다 . 한 단자에 인가되는 전압을 제어함으로써 다른 두 단자를 통한 전류 흐름을 제어합니다.

● 다이오드: 다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하여 정류 및 신호 복조에 필수적입니다. 양극과 음극의 두 단자가 있습니다. 이는 주로 AC에서 DC 회로로 변환하는 회로에 사용됩니다.

● 집적 회로(IC): IC는 트랜지스터, 저항기, 커패시터와 같은 여러 전자 부품을 단일 반도체 칩에 제조한 소형화된 전자 회로입니다. 이는 휴대전화, 컴퓨터 등과 같은 현재 전자 장치의 구성 요소입니다. 이는 아날로그 또는 디지털 집적 회로가 될 수 있습니다.

3. 온보드 커넥터:

커넥터는 회로 카드의 중요한 부분입니다. 카드와 외부 구성 요소 간의 연결을 보장하여 신호가 회로로 원활하게 흐르고 나갈 수 있도록 합니다. 커넥터는 회로 카드 어셈블리와 PCB, 센서 또는 기타 구성 요소와 같은 외부 장치를 인터페이스합니다. 연결 외에도 이러한 구성 요소는 전자 회로에서 모듈식 접근 방식을 달성하는 데 도움이 됩니다. 용도에 따라 다음과 같은 여러 유형의 커넥터가 있습니다.

보드 대 보드 커넥터 - 두 개의 PCB를 연결합니다. 이는 회로 보드가 두 개 이상의 PCB와 통신해야 하는 시스템에서 종종 필요합니다. 예를 들어, 임베디드 시스템은 전용 커넥터 핀을 통해 다양한 센서 모듈과 연결됩니다.

I/O 커넥터 - 입력 출력(I/O) 커넥터는 CCA를 외부 구성 요소와 인터페이스합니다. 데이터 또는 전력 전송에 사용됩니다. 예를 들어, USB, HDMI 및 이더넷 커넥터는 I/O 커넥터의 몇 가지 예입니다.

와이어-보드 커넥터 - 이 커넥터는 센서, 액추에이터 및 PCB의 와이어 간 연결을 제공합니다. 이 커넥터는 신호 중단 없이 와이어의 유연성을 처리하도록 설계되었습니다.

고주파 커넥터 - 무선 주파수 및 마이크로파 신호를 연결하는 데 사용됩니다. 이 커넥터는 유전체, 엄격한 허용 오차 및 고급 차폐와 같은 다양한 요소 덕분에 최소한의 신호 손실을 보장합니다.

FPC/FFC 커넥터 - FPC(Flexible Printed Circuit) 및 FFC(Flexible Flat Cable) 커넥터는 유연한 전자 부품을 처리합니다. FPC 커넥터는 얇고 유연한 PCB를 연결하는 반면, FFC 커넥터는 리본과 같은 매우 얇고 유연한 플랫 케이블을 연결합니다.

회로 카드 조립의 종류

1) 박스 빌드 조립

박스 빌드 어셈블리는 시스템 통합이라고도 합니다. 이는 인클로저에 수용된 기본 PCBA 또는 CCA를 말합니다. 따라서 일반적인 박스 빌드 어셈블리에는 커넥터, 전원, 사용자 정의 케이블 어셈블리, 히트싱크 및 기타 열 부착물과 같은 전자 및 전기 기계 부품이 모두 포함됩니다. 박스는 시스템 설계의 일부이므로 인클로저도 PCBA에 따라 특별히 설계됩니다.

2) 표면실장기술(SMT) 조립

표면 실장 기술(SMT)은 전자 부품을 PCB 표면에 직접 적용하는 것을 말합니다. 이 공정은 컴팩트한 PCB 제작을 가능하게 하고 자동화를 촉진합니다. 부품은 PCB 표면의 금속 패드에 직접 납땜되므로 관통 구멍에 삽입할 필요가 없습니다. 따라서 SMT는 더 복잡하고 컴팩트한 회로를 생산하여 고밀도 PCB를 생산할 수 있습니다.

3) 관통홀 조립

관통 구멍 조립은 부품 리드가 통과할 수 있도록 뚫린 구멍이 있는 PCB를 말합니다. 그런 다음 리드를 PCB의 다른 면에 납땜합니다. 관통 구멍 조립은 단면에서 양면으로, 마지막으로 다층 보드로 발전했습니다. 관통 구멍 조립 은 부품이 SMT 조립을 지원하지 않는 애플리케이션에서 여전히 널리 사용됩니다. 예를 들어 변압기와 전해 커패시터에는 관통 구멍 조립이 필요합니다.

회로 카드 조립 공정은 무엇입니까?

회로 카드 조립 공정은 일반적으로 설계, PCB 제작, 솔더 페이스트 적용, 구성 요소 배치, 리플로우 솔더링 및 검사를 포함한 여러 단계로 구성됩니다. 자세한 조립 단계와 지침은 다음과 같습니다.

1) PCB 설계: 이 단계는 CAD 소프트웨어를 사용하여 PCB를 설계하는 것을 포함합니다. 설계는 구성 요소의 위치와 방향, 그리고 구성 요소 간의 전기적 연결을 지정합니다. 임피던스 매칭, EMI/EMC 감소 , 전력 소모와 같은 요소는 PCB를 설계하는 동안 고려됩니다.

2) PCB 제작: 그런 다음 디자인은 PCB 제작을 사용하여 구리 코팅된 보드에 인쇄됩니다. 모든 PCB 제작 단계를 알아보려면 PCB 제조에 ​​대한 단계별 가이드 를 방문 하세요.

3) 솔더 페이스트 적용: 솔더 페이스트는 스텐실을 사용하여 보드에 적용되며, 이를 통해 페이스트가 동일한 밀도로 올바른 위치에 적용됩니다.

4) 부품 배치: 자동화 기계나 기술자가 수동으로 SMD 및 TH 부품을 보드에 배치합니다.

5) 리플로우 솔더링: 그런 다음 보드를 리플로우 오븐에서 가열하여 솔더 페이스트를 녹이고 부품을 보드에 융합합니다. 보드 사양에 따라 다양한 솔더링 기술을 사용할 수 있습니다.

6) 검사: 보드를 검사하여 모든 구성 요소가 제대로 납땜되었는지, 결함이 없는지 확인합니다. 일반적으로 AOI, X-Ray, Flying probe 기계가 검사 목적으로 사용됩니다.

7) 컨포멀 코팅 및 패키징: 적용 분야에 따라 CCA는 보호 컨포멀 코팅을 받거나 환경 요인 및 기계적 스트레스에 대한 추가 보호를 위해 수지로 캡슐화될 수 있습니다. 그런 다음 CCA는 인클로저에 장착되고 다른 시스템 구성 요소에 연결되며 최종 사용자에게 배송하기 위해 포장됩니다.

SMT에 사용되는 납땜 기술:

표면 실장 조립 납땜에는 두 가지 주요 납땜 기술이 사용됩니다.

리플로우 솔더링:

1. PCB에 솔더 페이스트를 바릅니다.

2. 픽앤플레이스 기계를 사용하여 구성요소를 배치합니다.

3. 리플로우 오븐에서 예열, 침지, 리플로우, 냉각의 단계로 가열합니다.

정밀하고 자동화되어 있으며 복잡한 SMD에 적합합니다. 그러나 열 응력의 위험과 솔더 조인트의 공극 가능성이 있습니다.

웨이브 솔더링:

1. PCB에 플럭스를 도포합니다.

2. PCB를 예열합니다.

3. 녹은 땜납 위로 PCB를 넘깁니다.

4. 납땜 접합부를 굳히기 위해 식힙니다.

관통 홀 및 일부 SMD에 매우 효율적이며 대량 생산에 적합합니다. 생산량이 많고 관통 홀 구성 요소가 많은 경우 웨이브 솔더링이 올바른 선택입니다. 이 공정은 액체 솔더 풀을 사용하여 금속 부품을 보드 바닥에 붙입니다. 솔더 마스크는 솔더링이 필요하지 않은 영역에 솔더가 붙는 것을 방지합니다.  

그러나 미세 피치 구성 요소의 정밀도가 낮기 때문에 솔더 브릿지와 결함의 위험이 있습니다. 각 기술은 구성 요소 유형, 생산량 및 특정 PCB 요구 사항에 따라 선택됩니다.

일반적인 회로 카드 조립 문제 및 솔루션

회로 카드 조립 과정에서 발생할 수 있는 몇 가지 문제가 있습니다. 몇 가지 일반적인 문제와 해결책을 살펴보겠습니다.

1) 납땜 문제: 납땜 문제에는 불완전한 납땜 접합부, 건조한 납땜 접합부, 과도한 납땜이 포함될 수 있습니다. 이러한 문제는 잘못된 납땜 페이스트 적용 및 잘못된 온도 설정으로 인해 발생할 수 있습니다. 해결책에는 제조업체에서 제공한 납땜 페이스트에 나열된 대로 온도 설정을 조정하는 것이 포함됩니다.

2) 구성 요소 배치 문제: 구성 요소 배치 문제에는 구성 요소의 오배치 및 정렬 오류가 포함될 수 있습니다. 이러한 문제는 잘못된 구성 요소 방향 또는 잘못된 기계 설정으로 인해 발생할 수 있습니다. 해결책에는 구성 요소 위치를 수동으로 조정하거나 기계 설정을 조정하는 것이 포함됩니다.

3) 설계 문제: 설계 문제는 부정확한 설계 사양이나 잘못된 구성 요소 풋프린트에서 발생할 수 있습니다. 이러한 문제는 설계 파일의 오류나 부정확한 구성 요소 데이터에서 비롯될 수 있습니다. 해결책에는 설계 파일을 업데이트하거나 구성 요소 데이터를 수정하는 것이 포함됩니다.

4) 열 관리: 구성 요소 밀도와 전력 소비가 증가함에 따라 어셈블리 내에서 생성되는 열이 증가합니다. 이로 인해 구성 요소가 과열되고 성능이 저하되고 신뢰성이 감소합니다. 이 솔루션에는 전원 구성 요소를 서로 멀리 설계하고 이를 위해 더 많은 영역을 예약하는 것이 포함됩니다.

CCA 기술의 발전

CCA 기술은 처음 나온 이래로 많은 발전을 이루었습니다. 수년에 걸쳐 다음과 같은 발전이 CCA의 설계 개념을 혁신했습니다. 주요 사항은 다음과 같습니다.

● 고밀도 상호 연결(HDI) PCB

● 구성 요소 밀도 증가

● 개선된 3D 패키징 기술

● 향상된 열 관리

3단계로 CCA 조립 서비스를 받으세요:

업로드: Gerber, BOM 및 CPL 파일을 업로드하여 PCB에 대한 즉시 견적을 받아보세요.

선택: 조립을 위해 배치할 부품과 구성 요소를 선택합니다. 조립 가격은 $8.00의 설치 수수료 와 조인트당 최소 $0.0017의 조립 수수료로 시작합니다.

수신: 주문, 부품 조달, PCB 프로토타입 제작에 이르는 간소화된 프로세스를 통해 반복하고 개선하며 정해진 기한 내에 제품을 제공할 수 있습니다.

결론

회로 카드 조립(CCA)은 다른 제조 방법에 비해 복잡하기 때문에 대량 생산에 적합하지 않아 대량의 회로 카드를 효율적으로 생산하는 것이 어렵습니다. CCA의 또 다른 단점은 디자인을 복제하기 어려울 수 있다는 것입니다. 이는 디자인이 컴퓨터 프로그램을 사용하여 만들어지기 때문입니다. 디자인이 손실되면 다시 만드는 것이 매우 어려울 수 있습니다.

그러나 CCA 기술은 다양한 산업에서 소형 고성능 장치를 만들 수 있게 함으로써 전자 제품에 혁명을 일으켰습니다. CCA는 가전 제품에서 항공우주에 이르기까지 시스템에 필수적이며, 더 작은 폼 팩터 내에서 뛰어난 기능과 ​​안정성을 제공합니다. 고밀도 상호 연결(HDI) PCB 및 3D 패키징 기술과 같은 혁신은 설계 가능성의 경계를 넓히고 장치 성능을 개선하고 있습니다.