Diepgaande analyse van PCBA-oplossingen: technologische innovatie en industriële vooruitzichten

1. Analyse van de PCBA-kerntechnologie

1) Materiaalselectie en optimalisatie

◉ Printplaatsubstraat: Verschillende toepassingsscenario's stellen verschillende eisen aan printplaatsubstraat. Zo is het in de hoogfrequente communicatie, zoals 5G-basisstationapparatuur, noodzakelijk om hoogfrequente materialen met een lage diëlektrische constante en een laag verlies te gebruiken, zoals de hoogfrequente printplaten van Rogers, om signaaloverdrachtsverlies te verminderen en een snelle en stabiele signaaloverdracht te garanderen. In sommige prijsgevoelige sectoren van consumentenelektronica, zoals smartwatches en draadloze hoofdtelefoons, zijn FR-4-materialen een veelvoorkomende keuze geworden vanwege hun hoge prijs-kwaliteitverhouding.

◉ Soldeer: Met de verbetering van de milieueisen is loodvrij soldeer de norm geworden. SAC-legeringen (Sn-Ag-Cu) zijn momenteel de meest gebruikte loodvrije soldeersoorten. SAC305 (Sn96,5Ag3,0Cu0,5) heeft bijvoorbeeld goede lasprestaties en mechanische eigenschappen. Om de hoeveelheid holtes in het soldeer verder te verminderen, blijven er echter nieuwe legeringen met weinig holtes op de markt komen, zoals SAC-legeringen met sporen van Bi, Ni, Sb en andere elementen. Deze legeringen kunnen de korrels verfijnen, de smeltviscositeit verlagen en de vorming van holtes effectief verminderen.

◉ Componenten: De miniaturisatie en hoge prestaties van elektronische componenten zijn belangrijke trends in de ontwikkeling van PCBA. Neem bijvoorbeeld chips, van de eerste grootschalige geïntegreerde schakelingen tot de huidige nanochips, zoals de M-serie chips van Apple. Geavanceerde procestechnologie wordt gebruikt om miljarden transistors in een zeer klein formaat te integreren, wat resulteert in een krachtige rekenkracht en een laag stroomverbruik. Tegelijkertijd blijven er diverse nieuwe componenten op de markt komen om te voldoen aan de behoeften van verschillende toepassingsscenario's, zoals hoogspannings- en hoogstroomcomponenten, sensoren met een laag vermogen die geschikt zijn voor IoT-apparaten, enzovoort.

2) Montageproces en kwaliteitscontrole

◉ SMT (surface mount technology): Dit is het meest gebruikte assemblageproces voor PCBA. Bij het SMT-proces is nauwkeurig printen van soldeerpasta essentieel. Door het ontwerp van de stalen gaasopening en de schraperdruk te optimaliseren, kan worden gegarandeerd dat de soldeerpasta gelijkmatig en nauwkeurig op de printplaat wordt geprint, waardoor het inzakken van de soldeerpasta door lasdefecten wordt verminderd. Het gebruik van ultradun stalen gaas dat met een laser wordt gesneden, kan bijvoorbeeld een delicatere soldeerpastaprint opleveren en de laskwaliteit van kleine componenten verbeteren. De temperatuurcurve van reflow-solderen moet ook strikt worden gecontroleerd. Afhankelijk van de verschillende componenten en soldeereigenschappen worden parameters zoals verwarmingssnelheid, houdtijd en piektemperatuur aangepast om de betrouwbaarheid van soldeerverbindingen te garanderen.

◉ DIP (through-hole insertion technology): Hoewel de toepassing ervan in geminiaturiseerde elektronische producten geleidelijk afneemt, is het nog steeds onmisbaar in sommige producten met hoge vermogens- en betrouwbaarheidseisen, zoals vermogensmodules, industriële besturingspanelen, enz. Bij het DIP-proces worden de componentpennen in de doorlopende gaten van de printplaat geplaatst en vastgezet door middel van golfsolderen of handmatig solderen. Om de laskwaliteit te verbeteren, moeten de keuze van het vloeimiddel, de voorverwarmingstemperatuur en de lastijd strikt worden gecontroleerd.

◉ Kwaliteitsinspectie en -controle: PCBA-kwaliteitsinspectie loopt door het gehele productieproces. Veelgebruikte inspectiemethoden zijn AOI (automatische optische inspectie), röntgeninspectie en ICT (in-circuit testen). AOI kan snel oppervlaktedefecten detecteren, zoals ontbrekende componenten, offset, kortsluiting, enz. op de printplaat; röntgeninspectie kan problemen detecteren zoals holtes en koude soldeerverbindingen in de soldeerverbindingen, met name voor meerlaagse printplaten en BGA (ball grid array) verpakte componenten, wat een belangrijke inspectierol speelt; ICT kan volledig detecteren of de printplaat normaal functioneert door elektrische prestatietests uit te voeren op de componenten op de printplaat. Door een compleet kwaliteitsmanagementsysteem op te zetten, kan realtime monitoring en analyse van gegevens in het productieproces worden uitgevoerd om kwaliteitsproblemen snel te ontdekken en op te lossen en de kwaliteitsstabiliteit van PCBA te waarborgen.

2. Toepassing van PCBA-oplossingen in verschillende industrieën

1) Consumentenelektronica
◉ Smartphones: Als typische vertegenwoordiger van consumentenelektronica stellen smartphones extreem hoge eisen aan PCBA. Een groot aantal hoogwaardige componenten moet in een beperkte ruimte worden geïntegreerd om meerdere functies te realiseren, zoals bellen, foto's maken, games spelen en mobiel betalen. De iPhone-serie van Apple optimaliseert bijvoorbeeld het PCBA-ontwerp en maakt gebruik van meerlaagse high-density interconnect-printplaten (HDI) om veel componenten, zoals processors, geheugen, cameramodules en radiofrequentiemodules, dicht op elkaar te plaatsen. Dit resulteert in een dun ontwerp en krachtige functies. Tegelijkertijd wordt het PCBA-ontwerp van het batterijbeheersysteem voortdurend vernieuwd om de laad- en ontlaadefficiëntie en veiligheid van de batterij te verbeteren, om te voldoen aan de vraag van gebruikers naar een lange batterijduur.
◉ Slimme apparaten voor thuis: Met de ontwikkeling van Internet of Things-technologie is de markt voor slimme apparaten voor thuis snel gegroeid. Slimme luidsprekers, slimme camera's, slimme deursloten en andere producten zijn onlosmakelijk verbonden met de ondersteuning van PCBA-technologie. Slimme luidsprekers bijvoorbeeld, spraakherkenning, audioverwerking, draadloze communicatie en andere functies worden gerealiseerd via PCBA. De slimme luidspreker Echo van Amazon heeft bijvoorbeeld ingebouwde hoogwaardige audioverwerkingschips en Bluetooth- en wifi-communicatiemodules, die de spraakopdrachten van de gebruiker nauwkeurig kunnen herkennen en muziek kunnen afspelen, informatie kunnen opvragen en andere functies kunnen uitvoeren via een netwerkverbinding. Slimme deursloten gebruiken PCBA voor vingerafdrukherkenning, wachtwoordinvoer, Bluetooth-ontgrendeling en andere functies, waardoor gebruikers een comfortabele en veilige thuiservaring hebben.

2) Auto-elektronica
◉ Vermogensregelsysteem: Het vermogensregelsysteem van de auto, zoals het batterijbeheersysteem (BMS) van elektrische voertuigen en het motorregelsysteem van traditionele brandstofvoertuigen, is gebaseerd op een uiterst nauwkeurige en betrouwbare PCBA. BMS bewaakt de spanning, stroomsterkte, temperatuur en andere parameters van de batterij, regelt het laad- en ontlaadproces van de batterij en zorgt voor een veilige en efficiënte werking. Het BMS van Tesla-auto's maakt bijvoorbeeld gebruik van geavanceerd PCBA-ontwerp en algoritmen om duizenden batterijcellen nauwkeurig te beheren en de levensduur en prestaties van de batterij te verbeteren. Het motorregelsysteem gebruikt PCBA om motorparameters zoals brandstofinjectie en ontstekingstijdstip nauwkeurig te regelen, waardoor het vermogen en het brandstofverbruik van de motor worden verbeterd.
◉ Automatisch rijassistentiesysteem: Met de ontwikkeling van technologie voor autonoom rijden heeft het automatische rijassistentiesysteem (ADAS) van auto's steeds meer aandacht gekregen. ADAS omvat diverse apparaten, zoals camera's, radars, sensoren, enz., die dataverzameling, -verwerking en -overdracht via PCBA realiseren. De DRIVE Orin-chip van NVIDIA integreert bijvoorbeeld krachtige rekenkracht en geavanceerde AI-algoritmen. Deze maakt via PCBA verbinding met diverse sensoren om realtime perceptie en analyse van de omgeving van het voertuig te realiseren en beslissingsondersteuning te bieden voor autonoom rijden.

3) Industriële controle
◉ Industriële automatiseringsapparatuur: In de industriële productie wordt industriële automatiseringsapparatuur op grote schaal gebruikt in diverse sectoren. Zo kunnen PLC's (Programmable Logic Controllers), omvormers, servoaandrijvingen en andere apparatuur nauwkeurige besturing van industriële productieprocessen realiseren via PCBA. De Siemens S7-serie PLC's hebben bijvoorbeeld een modulair ontwerp en realiseren communicatie en samenwerking tussen verschillende functionele modules via PCBA. Ze kunnen automatische besturing van productielijnen realiseren op basis van verschillende productieprocesvereisten, en zo de productie-efficiëntie en productkwaliteit verbeteren.
◉ Robotbesturingssysteem: Robots worden steeds vaker gebruikt in industriële productie, logistieke distributie, medische chirurgie en andere sectoren. Het robotbesturingssysteem maakt gebruik van PCBA om de bewegingsbesturing, visuele herkenning, krachtwaarneming en andere functies van de robot te realiseren. Zo maakt het industriële robotbesturingssysteem van FANUC gebruik van hoogwaardige PCBA en geavanceerde algoritmen om uiterst nauwkeurige bewegingsbesturing van de robot en de uitvoering van complexe taken te realiseren, wat efficiënte en flexibele oplossingen biedt voor industriële productie.

3. Toekomstige ontwikkelingstrend van PCBA-oplossingen

1) Intelligentie en automatisering
◉ Toepassing van intelligente productietechnologie: In de toekomst zal de productie van PCBA's intelligenter en geautomatiseerder worden. Door de introductie van technologieën zoals kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML) kan realtime monitoring en optimalisatie van het productieproces worden bereikt. AI-algoritmen worden bijvoorbeeld gebruikt om productiegegevens te analyseren, apparatuurstoringen en kwaliteitsproblemen te voorspellen en vooraf maatregelen te nemen om deze te voorkomen en op te lossen. Tegelijkertijd zullen geautomatiseerde productielijnen steeds populairder worden. De toepassing van apparatuur zoals volautomatische soldeerpastaprinters, snelle plaatsingsmachines en intelligente robots zal de productie-efficiëntie en productkwaliteit aanzienlijk verbeteren en de impact van menselijke factoren op de productie verminderen.
Intelligent PCBA-ontwerp: In de ontwerpfase wordt met behulp van AI- en ML-technologie het intelligente ontwerp van een PCBA gerealiseerd. Zo worden bijvoorbeeld automatisch de optimale printplaatlayout en het componentselectieschema gegenereerd op basis van de functionele vereisten en prestatie-indicatoren van het product. Tegelijkertijd worden de prestaties van een PCBA voorspeld en geoptimaliseerd door middel van virtuele simulatietechnologie, worden ontwerpfouten en herhaalde wijzigingen verminderd en wordt de productontwikkelingscyclus verkort.

2) Miniaturisatie en integratie
◉ Verdere miniaturisering van componenten: Omdat elektronische producten steeds hogere eisen stellen aan volume en gewicht, zal de trend van miniaturisering van componenten zich blijven ontwikkelen. Zo zal de chipverpakkingstechnologie blijven innoveren, van traditionele QFP (quad flat package) en BGA naar meer geminiaturiseerde CSP (chip size package) en WLCSP (wafer level chip size package). Tegelijkertijd zullen passieve componenten zoals weerstanden, condensatoren, spoelen, enz. steeds kleiner worden en de integratie verbeteren.
Toepassing van System-Level Packaging (SiP)-technologie: SiP-technologie kan meerdere chips en componenten met verschillende functies in één behuizing integreren om functies op systeemniveau te realiseren. Zo gebruiken de AirPods Pro-koptelefoons van Apple SiP-technologie om Bluetooth-chips, audioverwerkingschips, sensoren, enz. te integreren. Dit verkleint de hoofdtelefoon aanzienlijk en verbetert tegelijkertijd de prestaties en betrouwbaarheid van het systeem. In de toekomst zal SiP-technologie in meer sectoren worden toegepast, waardoor de ontwikkeling van elektronische producten richting miniaturisatie en integratie wordt bevorderd.

3) Groene milieubescherming en duurzame ontwikkeling
◉ Toepassing van milieuvriendelijke materialen: Met het toenemende milieubewustzijn zal de productie van PCBA's meer milieuvriendelijke materialen gebruiken. Zo zullen we bijvoorbeeld afbreekbare en milieuvriendelijke materialen ontwikkelen voor printplaatsubstraten; en de prestaties van loodvrij soldeer verder optimaliseren om de impact op het milieu te verminderen. Tegelijkertijd zullen we de recycling en verwerking van elektronisch afval versterken om recycling van grondstoffen te realiseren.
◉ Energiebesparend en emissieverlagend productieproces: optimaliseer het PCBA-productieproces om het energieverbruik en de uitstoot van vervuilende stoffen te verminderen. Gebruik bijvoorbeeld een lasproces met lage temperaturen, optimaliseer het energiebeheersysteem van apparatuur en andere maatregelen om het doel van energiebesparing en emissiereductie te bereiken. Promoot tegelijkertijd het concept van groene productie, houd rekening met omgevingsfactoren gedurende de gehele levenscyclus, van productontwerp en productie tot gebruik, en bereik duurzame ontwikkeling.

Als sleuteltechnologie binnen de elektronische technologie spelen PCBA-oplossingen een belangrijke rol bij het bevorderen van de ontwikkeling van diverse industrieën. Door continue innovatie en optimalisatie van materiaalkeuze, assemblageprocessen, kwaliteitscontrole en andere technologieën, en door zich aan te passen aan ontwikkelingstrends zoals intelligentie, miniaturisatie en groene milieubescherming, zal PCBA-technologie de ontwikkeling van toekomstige elektronische producten sterker ondersteunen en voldoen aan de groeiende vraag naar hoogwaardige, multifunctionele en milieuvriendelijke elektronische producten.