SMT干貨 | 最詳盡印制電路板組裝（PCBA）過程

電子產(chǎn)品已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠至恕o論是智能手機(jī)還是電動(dòng)汽車，這些電子設(shè)備的核心是印制電路板（PCB）。相信大多數(shù)人在看到印制電路板時(shí)都會(huì)認(rèn)出它們，電路板是表面包含銅線并由零件覆蓋的小型綠色片狀裝置。如果你感興趣，可以將電子產(chǎn)品拆開，就能看到印制電路板的身影。

印制電路板由玻璃纖維、銅箔和其他金屬部件制成，這些電路板通過環(huán)氧樹脂固定在一起，并用阻焊層絕緣，我們看到的電路板表面綠色正是來自于阻焊膜的顏色。

不知道您是否注意到牢固粘在電路板表面的元件，千萬不要以為那只是電路板的裝飾。一塊先進(jìn)的電路板，如果沒有高品質(zhì)元器件準(zhǔn)確粘貼在電路板表面，那么它無論如何不能提供相應(yīng)功能。安裝有組件的印制電路板叫做組裝電路板（組裝PCB），其制造過程稱為印制電路板組裝或PCBA。相反地，那些表面沒有粘貼電子元器件的印制電路板就稱為裸板。裸板上的銅線稱為線路，將連接器和各電子元器件進(jìn)行電連接，最終允許電路板以專門設(shè)計(jì)的方式工作與運(yùn)行。

那么這些組裝印制電路板是如何制造的呢？PCBA可以說是一個(gè)既簡單又復(fù)雜的過程。說它簡單，是因?yàn)樗皇怯蓭讉€(gè)自動(dòng)和手動(dòng)步驟組成，整個(gè)流程很簡單；說它復(fù)雜，是因?yàn)槊恳粋€(gè)步驟都非常的關(guān)鍵，即使一點(diǎn)點(diǎn)的偏移可能都會(huì)造成災(zāi)難性的結(jié)果。隨著當(dāng)代電子產(chǎn)品向小型化趨勢邁進(jìn)，組裝過程的每個(gè)步驟都要進(jìn)行更加細(xì)致的處理。為了幫助您更好地了解電路板組裝過程，我們將在本文中詳細(xì)解釋每一步驟的操作過程，供您參考。

印制電路板組裝技術(shù)

現(xiàn)代印制電路板組裝技術(shù)主要有兩種：表面貼裝技術(shù)（SMT）和通孔技術(shù)（THT）。

● 表面貼裝技術(shù)

表面貼裝技術(shù)主要應(yīng)用于敏感元件、一些非常小的電阻或二極管等的組裝，通過表面貼裝技術(shù)，這些元器件被自動(dòng)放置在電路板表面，被稱為表面貼裝器件。表面貼裝技術(shù)可應(yīng)用于小尺寸元器件和集成電路（IC），例如，在迅得，我們能夠貼裝的最小元器件封裝為01005，這個(gè)大小比鉛筆尖還要小。

● 通孔技術(shù)

通孔技術(shù)適用于帶有導(dǎo)線或引腳的元器件，這些元器件必須通過將其插入電路板上的孔來安裝在電路板上。額外的引線部分必須焊接在電路板的另一側(cè)。通孔技術(shù)應(yīng)用于包含大型元件的電路板組裝，如電容器等。

由于表面貼裝技術(shù)和通孔技術(shù)的區(qū)別，它們也必須經(jīng)歷不同的組裝過程。接下來，該篇文章會(huì)結(jié)合兩種不同組裝技術(shù)介紹PCBA組裝過程。

印制電路板組裝前的準(zhǔn)備工作

在PCBA正式開始之前，有必要進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作，這有助于電路板生產(chǎn)商評(píng)估電路板設(shè)計(jì)的功能，主要反映在可制造性設(shè)計(jì)（DFM）檢查方面。

大多數(shù)專門從事電路板組裝的公司都需要電路板的設(shè)計(jì)文件以及任何其他設(shè)計(jì)說明以及特定組裝要求。這是因?yàn)殡娐钒褰M裝公司可以檢查電路板設(shè)計(jì)文件是否存在可能影響電路板功能或可制造性問題，這就是可制造性設(shè)計(jì)檢查的意義所在。

可制造性設(shè)計(jì)檢查著眼于電路板的所有設(shè)計(jì)規(guī)范。具體來說，此檢查查找任何缺失、多余或可能帶來問題的功能。任何這些問題都可能會(huì)嚴(yán)重影響最終項(xiàng)目功能的實(shí)現(xiàn)。例如，電路板組件之間的間距若太小，就可能導(dǎo)致產(chǎn)品短路甚至是報(bào)廢。

通過在生產(chǎn)進(jìn)行前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，可制造性設(shè)計(jì)檢查可以降低制造成本并消除不可預(yù)見的費(fèi)用，因?yàn)樵摍z查減少了報(bào)廢電路板的數(shù)量。迅得提供免費(fèi)的可制造性設(shè)計(jì)檢查，為客戶節(jié)約了成本，保障了產(chǎn)品的質(zhì)量和通過率。

印制電路板SMT組裝過程

一、錫膏印刷

SMT組裝的第一步是將焊膏均勻涂在電路板上，具體來說，是涂在元器件的焊盤上。精確的涂覆得益于不銹鋼鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)上根據(jù)電路板設(shè)計(jì)文件設(shè)置了精確的漏孔。當(dāng)錫膏印刷完畢，焊膏便會(huì)準(zhǔn)確地涂覆在料件焊盤上。而刮刀壓力、刮刀角度和刮刀移動(dòng)速度則是考驗(yàn)電路板組裝生產(chǎn)商的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)了。一旦任何一個(gè)環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，錫膏印刷就不能算成功。

錫膏本身是一種灰色金屬物質(zhì)，由微小的金屬球組成，也稱為焊料。這些微小的金屬球的成分為96.5%的錫，3%的銀和0.5%的銅。焊膏將焊料與助焊劑混合在一起，這是一種化學(xué)設(shè)計(jì)，可幫助焊料熔化并粘合到表面。

在專業(yè)的印制電路板組裝生產(chǎn)線中，首先，機(jī)械夾具將電路板和鋼網(wǎng)固定到位；然后，施加器將焊膏精確地放置在預(yù)定區(qū)域上；接著，機(jī)器將焊膏涂抹在鋼網(wǎng)上，均勻地涂在每個(gè)開放區(qū)域；最后，去除鋼網(wǎng)后，焊膏便會(huì)保留在預(yù)定位置。

二、挑選和放置

焊膏印刷好之后，傳送帶便會(huì)將電路板移動(dòng)到拾放機(jī)器，該機(jī)器會(huì)將表面貼裝元件（SMD）放置在印刷好錫膏的電路板上。

過去，這是需要用鑷子完成的手動(dòng)過程，由裝配人員手動(dòng)拾取和放置元器件。如今，隨著科技的進(jìn)步和電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展趨勢，這一過程已變成自動(dòng)化過程，大大提升了組裝效率和準(zhǔn)確度。

拾放機(jī)器通過拾取具有真空夾具的電路板并將其移動(dòng)到拾放工位來進(jìn)行料件拾取和放置。然后，機(jī)器在臺(tái)上定位電路板，然后組件被放置在預(yù)編程位置的焊膏頂部。

三、回流焊接

一旦焊膏和表面貼裝元件全部到位，是時(shí)候讓它們固定在電路板上了。電路板組裝通過一個(gè)稱為“回流”的過程來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，焊膏首先高溫熔化，再進(jìn)行冷卻永久固化，這樣，表面貼裝元件便會(huì)固定在電路板表面了。

拾取和放置過程結(jié)束后，電路板被傳送帶移動(dòng)到一個(gè)大的回流爐，該焊接爐由一系列加熱器組成，逐漸將電路板加熱到250攝氏度，該溫度足夠熔化焊膏中的焊料。

一旦焊料熔化，電路板會(huì)繼續(xù)移動(dòng)通過整個(gè)回流焊爐。接著，通過一系列溫度較低的加熱器，使熔化的焊料以受控的方式冷卻和凝固，于是便創(chuàng)建了一個(gè)永久性的焊點(diǎn)將表面貼裝元件連接到電路板。

許多組裝電路板在回流期間需要特別考慮，特別是雙面電路板組裝。雙面印制電路板組件需要每一面單獨(dú)進(jìn)行印刷和回流。首先，帶有較少和較小部分的一面通過鋼網(wǎng)印刷、拾放和回流，然后另一面也經(jīng)過相同的過程。

四、檢查與測試

一旦表面貼裝元件在經(jīng)過回流焊后焊接到位，這并不代表電路板組裝已完成。組裝好的電路板需要進(jìn)行功能測試。通常，回流過程中的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量差或完全缺乏連接，甚至是短路。

用于檢查這些錯(cuò)誤和錯(cuò)位的常見方法包括：

☆ 手動(dòng)檢查

盡管自動(dòng)化和智能生產(chǎn)是可預(yù)見的發(fā)展趨勢，電路板組裝過程依然在一定程度上依賴于傳統(tǒng)的手動(dòng)檢查。對(duì)于小批量的組裝電路板，視覺檢查是確保回流焊后電路板質(zhì)量的有效方法。然而，隨著待檢測電路板數(shù)量的增加，這種方法變得越來越不實(shí)際和不準(zhǔn)確。而且，觀察小型料件超過一個(gè)小時(shí)會(huì)導(dǎo)致光學(xué)疲勞，導(dǎo)致檢查結(jié)果不準(zhǔn)確。

☆ 自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI）

自動(dòng)光學(xué)檢測是適合更大批量組裝電路板的檢測方法。自動(dòng)光學(xué)檢測儀，也稱為AOI儀，依靠一系列高性能相機(jī)查看電路板，這些相機(jī)以不同的角度排列以查看焊點(diǎn)質(zhì)量。不同質(zhì)量的焊點(diǎn)以不同方式反射光線，掃描電路板，采集圖像，再將采集到的數(shù)據(jù)與輸入進(jìn)儀器的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以識(shí)別焊點(diǎn)的質(zhì)量。AOI儀以非常高的速度完成這項(xiàng)工作，使其能夠在相對(duì)較短的時(shí)間段內(nèi)處理大量的電路板。

☆ X射線檢測

X射線檢測是另一種組裝電路板檢測方法，最常用于更復(fù)雜或分層的電路板檢測。X射線可以透過各層觀察焊點(diǎn)情況，以識(shí)別任何潛在的隱藏風(fēng)險(xiǎn)。

無論采用的是何種方式的檢測方法，該過程的下一步是測試零件以確保其發(fā)揮其相關(guān)功能和性能。這會(huì)涉及測試印制電路板連接的質(zhì)量，需要編程或校準(zhǔn)的電路板需要更多的步驟來測試正確的功能。

這些檢查可以在回流過程后定期進(jìn)行，以確定任何潛在的問題和風(fēng)險(xiǎn)。這些定期檢查可以確保盡快發(fā)現(xiàn)并修復(fù)錯(cuò)誤，這有助于制造商和設(shè)計(jì)人員節(jié)省時(shí)間、人力和材料成本。

☆ 最終檢查和功能測試

PCBA中焊接步驟完成后，最終檢查將測試組裝電路板的功能，這種檢查被稱為“功能測試”。該測試主要通過模擬電路板在最終應(yīng)用中運(yùn)行的情況來判斷該電路板性能是否達(dá)到要求。在此測試中，電源和模擬信號(hào)通過電路板運(yùn)行，測試人員監(jiān)視電路板的電氣特性。

如果顯現(xiàn)的這些特性（包括電壓、電流或信號(hào)輸出）出現(xiàn)不可接受的波動(dòng)或在預(yù)定范圍外達(dá)到峰值，那么就說明該電路板未通過測試。

功能測試是電路板組裝過程中最后也是最重要的一步，因?yàn)樗鼪Q定了之前所有組裝步驟的成敗，也是整個(gè)裝配過程中定期測試和檢查如此重要的原因。

印制電路板THT組裝過程

印制電路板THT（Through-Hole Technology）組裝是電路板傳統(tǒng)的組裝方法，稱為通孔技術(shù)組裝。與SMT組裝全部依賴自動(dòng)程序不同的是，通孔組裝過程既包括手動(dòng)程序，也包含自動(dòng)程序。

一、插件

此步驟是由專業(yè)工程人員手動(dòng)完成。工程師需要根據(jù)客戶的PCB設(shè)計(jì)文件快速準(zhǔn)確地將電子元器件放置在相應(yīng)的位置。插件必須符合通孔安裝工藝的規(guī)定和操作標(biāo)準(zhǔn)，以保證終端產(chǎn)品的高品質(zhì)。例如，元器件必須保證正確的極性和方向，阻止元件之間的串?dāng)_，使完成的元件貼裝符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，并在處理靜電敏感部件（如IC）時(shí)佩戴防靜電腕帶。

二、檢查和糾正

一旦插件完成，電路板就被放置在一個(gè)匹配的運(yùn)輸框架中，其中插入料件的電路板將被自動(dòng)檢查，以確定料件是否準(zhǔn)確放置。如果觀察到有關(guān)元件貼裝的問題，很容易立即糾正它們。畢竟，這是在焊接之前完成的。

三、波峰焊接

待料件正確插入到電路板之后，通孔元器件就要焊接到電路板上了。在THT組裝過程中，使用波峰焊接完成焊接過程。在波峰焊系統(tǒng)中，電路板在大約500°F的高溫下緩慢移動(dòng)通過液態(tài)焊料波。之后，可以成功獲得所有導(dǎo)線或電線連接，以便通孔組件牢固地連接到電路板上。

接下去的步驟與SMT組裝過程一樣，THT組裝焊接好的電路板也需要經(jīng)過檢查與測試，確保其準(zhǔn)確性能和高品質(zhì)。

印制電路板組裝之后

當(dāng)你手握一塊嶄新的組裝電路板的時(shí)候，你一定會(huì)驚嘆于它的質(zhì)感，干凈、光潔、毫無雜質(zhì)，但實(shí)際上，電路板組裝過程可能是一個(gè)看起來比較臟的過程。焊膏印刷過程中會(huì)留下一定量的助焊劑，而生產(chǎn)線的工人可能會(huì)將指紋和衣服上的油脂和污垢轉(zhuǎn)移到PCB表面。所以，成品電路板既涉及到美學(xué)，也涉及到實(shí)際情況。

如果助焊劑不及時(shí)清理，在PCB表面留下數(shù)月后，助焊劑殘留物開始變得粘稠，同時(shí)也會(huì)顯現(xiàn)為酸性，隨著時(shí)間的推移會(huì)損壞焊點(diǎn)。另外，當(dāng)殘留物和指紋覆蓋在新的電路板表面時(shí)，客戶滿意度往往會(huì)受到影響。因此，完成焊接后對(duì)電路板進(jìn)行清洗是非常重要的。

迅得電子會(huì)對(duì)所有即將出廠的電路板進(jìn)行清洗，使用去離子水的不銹鋼高壓清洗設(shè)備是清除電路板殘留物的最佳工具。在去離子水中清洗印制電路板不會(huì)對(duì)設(shè)備造成任何威脅，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)水中的離子會(huì)損壞電路，而不是水本身。因此，去離子水在進(jìn)行電路板洗滌循環(huán)時(shí)對(duì)PCB無害。

清洗后，使用壓縮空氣進(jìn)行快速干燥循環(huán)，將完成的PCB準(zhǔn)備好包裝和運(yùn)輸。