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2020/8/17 10:57:57
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電子產品是我們日常生活中不可或缺的一部分。從智能手機到汽車，一切都包括電子元件。這些電子產品的核心是印刷電路板，也稱為PCB。
大多數人在看到印刷電路板時都會識別它們。這些是用線條和銅部件覆蓋的小型綠色芯片，您可以在內臟電子設備的核心找到它們。這些板由玻璃纖維，銅線和其他金屬部件制成，用環氧樹脂固定在一起，并用阻焊膜絕緣。這種焊接掩模是特征綠色的來源。
但是，您是否曾經觀察過那些組件牢固粘在上面的電路板永遠不要將它們視為PCB板的裝飾。在組件安裝到其上之前，先進的電路板將無法提供其功能。安裝有元件的PCB稱為組裝PCB，制造過程稱為PCB組件或簡稱PCBA。裸板上的銅線（稱為跡線）將連接器和組件彼此電連接。它們在這些功能之間運行信號，允許電路板以特別設計的方式運行。這些功能從簡單到復雜，但PCB的尺寸可能比縮略圖小。
那么這些設備究竟是如何制作的呢？ PCB組裝過程很簡單，包括幾個自動和手動步驟。隨著流程的每個步驟，板制造商都有手動和自動選項供您選擇。為了幫助您從頭到尾更好地理解PCBA過程，我們在下面詳細解釋了每個步驟。
PCB設計基礎
PCBA過程總是從PCB的最基本單元開始：底座由多個層組成，每個單元在最終PCB的功能中起著重要作用。這些交替層包括：
基板：這是PCB的基礎材料。它為PCB提供了剛性。
銅：在PCB的每個功能面上添加一層薄薄的導電銅箔 - 如果它是單面PCB，則在一側雙面如果是雙面PCB。這是銅跡線層。
焊接掩模：銅層頂部是焊接掩模，為每個PCB提供特有的綠色。它使銅跡線與無意接觸其他導電材料絕緣，這可能導致短路。換句話說，焊料將所有東西都保留在原位。焊接掩模中的孔是施加焊料以將部件附接到板的地方。焊接掩模是平滑制造PCBA的關鍵步驟，因為它可以避免在不需要的部件上發生焊接，避免短路。
絲網：白色絲網印刷是PCB板上的最后一層。該層以字符和符號的形式向PCB添加標簽。這有助于指示電路板上每個元件的功能。
這些材料和元件在所有PCB上基本保持不變，但基板除外。 PCB的基板材料根據特定質量（例如成本和可彎曲性）而變化 - 每個設計師都在尋找成品。
三種主要PCB類型包括：
剛性PCB ：最常見的PCB基板類型是剛性的，占據了大部分PCBA 。剛性PCB的實心核心使板材具有剛性和厚度。這些不靈活的PCB基座由幾種不同的材料組成。最常見的是玻璃纖維，否則稱為“FR4”。較便宜的PCB采用環氧樹脂或酚醛樹脂等材料制成，盡管這些材料不如FR4耐用。
柔性PCB ：柔性PCB比柔性PCB更柔韌。這些PCB的材料往往是像Kapton這樣的可彎曲的高溫塑料。
金屬芯PCB ：這些電路板是典型FR4電路板的另一種替代品。這些板由金屬芯制成，比其他板更有效地散熱。這有助于散熱并保護更多對熱敏感的電路板組件。
有兩種類型的安裝技術在現代PCBA行業：
表面貼裝技術：敏感元件，一些非常小的元件，如電阻器或二極管，自動放置在電路板表面。這稱為SMD組件，用于表面貼裝器件。表面貼裝技術可應用于小尺寸元件和集成電路（IC）。例如，PCBCart能夠以min為單位安裝包裝。尺寸01005，甚至小于鉛筆尖的尺寸。
通孔技術：適用于帶有引線或電線的元件，必須通過將它們插入孔中而安裝在板上在船上。額外的引線部分必須焊接在電路板的另一側。該技術適用于包含大型元件的PCB組件，如電容器，線圈等組裝。
由于THT和SMT之間的區別，它們也必須經歷不同的裝配過程。以下文章將討論PCB之外的其他材料和設計考慮因素，因為它們適用于與THT，SMT和混合技術相關的PCB組裝過程。
之前裝配過程
在真正的PCBA過程開始之前，必須進行一些準備步驟。這有助于PCB制造商評估PCB設計的功能，主要包括DFM檢查。
大多數專門從事PCB組裝的公司需要開始使用PCB的設計文件以及其他任何公司設計說明和具體要求。這是因為PCB組裝公司可以檢查PCB文件是否存在可能影響PCB功能或可制造性的任何問題。這是一種可制造性檢查或DFM檢查的設計。
DFM檢查查看PCB的所有設計規格。具體而言，此檢查會查找任何缺失，冗余或可能存在問題的功能。任何這些問題都可能嚴重影響最終項目的功能。例如，一個常見的PCB設計缺陷是在PCB組件之間留下太小的間距。這可能導致短路和其他故障。
通過在制造開始之前識別潛在問題，DFM檢查可以降低制造成本并消除不可預見的費用。這是因為這些檢查減少了報廢板的數量。作為我們對低成本質量承諾的一部分，DFM檢查是每個PCBCart項目訂單的標準配置。 PCBCart提供免費的DFM和DFA檢查，但價值無價值，因為Valor DFM/DFA檢查PCBCart取決于是一個有助于提高速度和精度的自動系統。
實際PCBA流程步驟。
步驟1：焊膏軟化
PCB組裝的第一步是使用焊膏到董事會。這個過程就像絲網印刷襯衫一樣，除了掩模之外，在PCB上放置一個薄的不銹鋼模板。這允許組裝商僅將焊膏涂覆到可能的PCB的某些部分上。這些部件是元件放置在成品PCB中的地方。
焊膏本身是一種由微小球組成的灰色物質金屬，也稱為焊料。這些微小金屬球的成分是96.5％錫，3％銀和0.5％銅。焊膏與焊劑混合，焊劑是一種化學設計，有助于焊料熔化并粘合到表面。焊膏看起來像灰色焊膏，必須在恰當的位置以恰當的數量施加到電路板上。
在專業的PCBA生產線中，機械夾具固定PCB和焊料模具到位。然后，涂敷器將焊膏以精確的量放置在預期區域上。然后機器將糊狀物涂抹在模板上，均勻地涂抹在每個開放區域。去除模板后，焊膏仍留在預定位置。
步驟2：拾取和放置
將焊膏涂到PCB板上后，PCBA工藝繼續移動到拾取和放置機器上，機器人設備將表面貼裝元件或SMD放置在準備好的PCB上。如今，SMD占PCB上大多數非連接器組件。然后在PCBA工藝的下一步中將這些SMD焊接到電路板表面。
傳統上，這是一個用鑷子完成的手動過程，其中裝配工必須選擇并手動放置組件。這些天，幸運的是，這一步是PCB制造商之間的自動化過程。這種轉變主要是因為機器往往比人類更準確，更一致。雖然人類可以快速工作，但疲勞和眼睛疲勞往往會在使用這些小部件幾個小時后開始。機器全天候工作，沒有這種疲勞。
設備通過拾取PCB板來啟動拾取和放置過程真空夾具并將其移至取放站。然后，機器人在工作站對PCB進行定向，并開始將SMT應用于PCB表面。這些元件放置在預編程位置的焊膏頂部。
步驟3：回流焊接
焊膏和表面貼裝元件都已到位，它們需要保留在那里。這意味著焊膏需要固化，將元件粘附到電路板上。 PCB組裝通過稱為“回流”的過程實現這一目標。
拾取和放置過程結束后，PCB板被轉移到傳送帶上。這條傳送帶穿過一個大型回流爐，有點像商業披薩烤箱。這個烤箱由一系列加熱器組成，這些加熱器逐漸將電路板加熱到大約250攝氏度或480華氏度的溫度。這足夠熱，可以熔化焊膏中的焊料。
焊料熔化后，PCB繼續通過烘箱。它通過一系列較冷的加熱器，使熔化的焊料以受控的方式冷卻和固化。這樣就形成了一個永久性焊點，將SMD連接到PCB上。
在回流焊過程中需要特別考慮許多PCBA，特別是對于雙面PCB組裝。雙面PCB組裝需要分別進行模板印刷和回流。首先，較少和較小部件的一側是印刷，放置和回流，然后是另一側。
步驟4：檢查和質量控制
表面貼裝元件在回流焊過程后焊接到位后，不能完成PCBA，需要對組裝好的電路板進行功能測試。通常，在回流過程中的移動將導致差的連接質量或完全沒有連接。短褲也是這種運動的常見副作用，因為錯位的組件有時會連接不應連接的電路部分。
檢查這些錯誤和錯位可能涉及幾種不同的檢查方法之一。最常見的檢查方法包括：
手動檢查：盡管自動化和智能制造即將發展，但在PCB組裝過程中仍然需要手動檢查。對于較小的批次，設計人員進行的現場視覺檢查是確保回流焊過程后PCB質量的有效方法。然而，隨著檢查板數量的增加，這種方法變得越來越不切實際和不準確。觀察這些小型元件超過一小時會導致光學疲勞，從而導致檢查不準確。
自動光學檢測：自動光學檢測是更適合大批量檢測的方法PCBA的。自動光學檢測機，也稱為AOI機器，使用一系列高功率相機來“看”PCB。這些攝像機以不同的角度排列，以查看焊接連接。不同質量的焊接連接以不同方式反射光，使AOI能夠識別質量較低的焊料。 AOI以非常高的速度完成這項工作，使其能夠在相對較短的時間內處理大量的PCB。
X射線檢測：另一種檢查方法涉及X射線。這是一種不太常見的檢測方法 - 它最常用于更復雜或分層的PCB。 X射線允許觀察者透視層并可視化下層以識別任何潛在的隱藏問題。
故障板的命運取決于PCBA公司的標準，它們將被送回被清理，重新加工或報廢。
檢查是否發現其中一個錯誤，該過程的下一步是測試零件以確保它完成它應該做的事情。這涉及測試PCB連接的質量。需要編程或校準的電路板需要更多步驟來測試正確的功能。
此類檢查可在回流過程后定期進行，以識別任何潛在問題。這些定期檢查可以確保盡快找到并修復錯誤，這有助于制造商和設計人員節省時間，人力和材料。
步驟5：通孔元件插入
根據PCBA下的電路板類型，電路板可能包含除常規SMD之外的各種元件。這些包括電鍍通孔元件或PTH元件。
電鍍通孔是PCB上的一個孔，它一直鍍在電路板上。 PCB組件使用這些孔將信號從電路板的一側傳遞到另一側。在這種情況下，焊膏不會有任何好處，因為焊膏將直接穿過孔而沒有粘附的機會。
PTH組件需要更專業的焊接而不是焊膏后續PCB裝配過程中的焊接方法：
手工焊接：手動通孔插入是一個簡單的過程。通常，單個站點的一個人的任務是將一個組件插入指定的PTH。完成后，電路板將轉移到下一個工作站，其他人正在插入另一個組件。每個需要配備的PTH都會繼續循環。 這可能是一個漫長的過程，取決于在PCBA的一個循環期間需要插入多少個PTH組件。為此目的，大多數公司都特別試圖避免使用PTH元件進行設計，但PTH元件在PCB設計中仍然很常見。
波峰焊接：波峰焊接是自動化版本手工焊接，但涉及一個非常不同的過程。將PTH組件放置到位后，將板放在另一條傳送帶上。這一次，傳送帶穿過一個專門的烤箱，在那里一股熔化的焊料在電路板的底部洗滌。這會立即焊接電路板底部的所有引腳。 這種焊接幾乎不可能用于雙面PCB，因為焊接整個PCB面會使任何精密的電子元件無法使用。
此焊接工藝完成后PCB可以繼續進行最終檢查，或者如果PCB需要添加額外的零件或另一側裝配，它可以完成前面的步驟。
步驟6：最終檢查和功能測試
PCBA工藝的焊接步驟完成后，最終檢查將測試PCB的功能。這種檢查稱為“功能測試”。該測試使PCB完成其步調，模擬PCB運行的正常情況。在此測試中，電源和模擬信號通過PCB，而測試人員監控PCB的電氣特性。
如果這些特性中的任何一個，包括電壓，電流或信號輸出，顯示不可接受的波動或在預定范圍之外的擊中峰值，PCB未通過測試。根據公司的標準，失效的PCB可以回收或報廢。
測試是PCB裝配過程中最后也是最重要的一步，因為它決定了過程的成敗。此測試也是整個裝配過程中定期測試和檢查非常重要的原因。
PCBA之后
Suffice可以說，PCB組裝過程可能是一個污穢的過程。焊膏會留下一定量的助焊劑，而人工操作可以將油和污垢從手指和衣服轉移到PCB表面。一旦完成所有工作，結果看起來有點暗淡，這既是美學又是實際問題。
在PCB上剩余數月后，助焊劑殘留物開始聞起來并感覺粘稠。它也會變得有些酸性，隨著時間的推移會損壞焊點。此外，當新PCB的出貨量被殘留物和指紋覆蓋時，客戶滿意度往往會受到影響。由于這些原因，在完成所有焊接步驟后清洗產品非常重要。
使用去離子水的不銹鋼高壓清洗設備是去除PCB中殘留物的最佳工具。在去離子水中清洗PCB不會對設備造成威脅。這是因為常規水中的離子會損壞電路，而不是水本身。因此，去離子水在進行洗滌循環時對PCB無害。
洗滌后，使用壓縮空氣進行快速干燥循環，使成品PCB準備好包裝和運輸。
PCBA之間的差異：THT組裝，SMT組裝和混合技術
通孔技術（THT）裝配工藝
作為傳統的PCB裝配方法，通過手動程序和自動程序的協作完成通孔安裝過程。
步驟1：元件放置 - 此步驟由專業工程人員手動完成。工程師需要根據客戶的PCB設計文件快速，精確地將組件放置在相應的位置。元件放置必須符合通孔安裝工藝的規定和操作標準，以保證高質量的最終產品。例如，他們必須澄清組件的極性和方向，停止操作組件影響環境組件，使完成的組件放置與相應的標準兼容，并在處理IC等靜電敏感組件時佩戴防靜電腕帶。 第2步：檢查＆amp;整流 - 組件放置完成后，然后將電路板放置在匹配的傳輸框架中，其中插入組件的電路板將自動檢查，以確定組件是否準確放置。如果觀察到有關元件放置的問題，也很容易立即糾正它們。畢竟，這是在PCBA工藝焊接之前進行的。
步驟3：波峰焊接 - 現在應將THT元件精確焊接到電路板上。在波峰焊接系統中，電路板在高溫（約500°F）的液體焊料波上緩慢移動。然后，可以成功獲得所有引線或電線連接，以便將通孔元件牢固地連接到電路板上。
表面貼裝技術（SMT）裝配工藝
與通孔安裝工藝相比，表面安裝工藝在制造效率方面脫穎而出，因為它具有全自動安裝PCB組裝工藝，包括焊膏印刷，拾取和回流焊接。 步驟1：焊膏印刷 - 通過焊膏印刷機在板上涂敷焊膏。模板確保焊膏可以準確地留在安裝元件的正確位置，也稱為模板或焊接屏。由于焊膏印刷的質量與焊接質量直接相關，因此專注于高質量產品的PCBA制造商通常在通過焊膏檢查員進行焊膏印刷后進行檢查。這種檢查保證了印刷已達到法規和標準。如果在焊膏印刷中發現缺陷，則必須重新進行印刷或在第二次印刷之前將焊膏洗掉。
步驟2：元件安裝 - 從焊膏印刷機出來后，PCB將被自動發送到貼片機，其中元件或IC將被安裝在相應的焊盤上，以抵抗焊膏的張力。元件通過機器中的元件卷軸安裝在PCB板上。與薄膜卷軸類似，承載組件的組件卷軸旋轉以向機器提供零件，這將快速將零件粘貼到電路板上。
步驟3：回流焊接 - 放置每個元件后，板通過一個23英尺長的爐子。 500°F的溫度導致焊膏液化。現在SMD元件已經牢牢地固定在電路板上。
混合技術
隨著現代科學技術的發展，電子產品變得越來越復雜，驅動復雜，集成和更小尺寸的PCB板。只包含一種類型元件的PCBA幾乎不可能參與其中。
大多數電路板都帶有通孔元件和SMD元件，這需要通孔技術和表面貼裝技術的協作。然而，焊接是一個復雜的過程，往往會受到太多元素的影響。因此，更好地安排通孔技術和表面貼裝技術的順序變得非常重要。
應用混合技術的PCBA應在以下情況下進行：
單面混合組件：單面混合組件符合以下制造程序：注意：當此類裝配中只需要少量THT元件時，可以采用手工焊接代替波峰焊接。
單面SMT;單側THT ：注意 - 不建議采用這種類型的PCB組裝程序，因為粘合劑會增加PCBA的總成本，并可能導致一些焊接問題。
雙面混合裝配：就雙面混合裝配方法而言，有兩種選擇：使用粘合劑的PCBA和不使用PCBA的PCBA。粘合劑的應用增加了PCB組裝的總成本。此外，在這個PCBA過程中，加熱必須進行三次，這往往會導致效率低下。
基于上面介紹的混合組裝程序之間的比較，可以得出結論，手工焊接適用于PCB組裝，其需要兩側的許多組件，其中SMD組件多于THT組件。因此，面對需要少量THT元件的情況，建議采用波峰焊接。
PCB組裝必須經歷如此復雜的技術過程，需要仔細考慮，稍加修改可能會導致成本和產品質量發生巨大變化。本文中關于PCB組裝過程的描述僅以典型的PCBA程序和技術為中心。實際制造過程在很大程度上取決于設計文件和客戶的具體要求。因此，如何評估可靠的PCB組裝商成為客戶在PCBA訂單之前必須考慮的關鍵問題。
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