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?。無論是智能手機還是電動汽車，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都會認出它們，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。一塊先進的電路板，如果沒有高品質(zhì)元器件準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行電連接，最終允許電路板以專門設(shè)計的方式工作與運行。
那么這些組裝印制電路板是如何制造的呢？PCBA可以說是一個既簡單又復雜的過程。說它簡單，是因為它只是由幾個自動和手動步驟組成，整個流程很簡單；說它復雜，是因為每一個步驟都非常的關(guān)鍵，即使一點點的偏移可能都會造成災(zāi)難性的結(jié)果。隨著當代電子產(chǎn)品向小型化趨勢邁進，組裝過程的每個步驟都要進行更加細致的處理。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備工作
在PCBA正式開始之前，有必要進行一些準備工作，這有助于電路板生產(chǎn)商評估電路板設(shè)計的功能，主要反映在可制造性設(shè)計（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)計文件以及任何其他設(shè)計說明以及特定組裝要求。這是因為電路板組裝公司可以檢查電路板設(shè)計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)計檢查的意義所在。
可制造性設(shè)計檢查著眼于電路板的所有設(shè)計規(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嚴重影響最終項目功能的實現(xiàn)。例如，電路板組件之間的間距若太小，就可能導致產(chǎn)品短路甚至是報廢。
通過在生產(chǎn)進行前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，可制造性設(shè)計檢查可以降低制造成本并消除不可預(yù)見的費用，因為該檢查減少了報廢電路板的數(shù)量。迅得提供免費的可制造性設(shè)計檢查，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)計文件設(shè)置了精確的漏孔。當錫膏印刷完畢，焊膏便會準確地涂覆在料件焊盤上。而刮刀壓力、刮刀角度和刮刀移動速度則是考驗電路板組裝生產(chǎn)商的技術(shù)和經(jīng)驗了。一旦任何一個環(huán)節(jié)處理不當，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，這是一種化學設(shè)計，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，機器將焊膏涂抹在鋼網(wǎng)上，均勻地涂在每個開放區(qū)域；最后，去除鋼網(wǎng)后，焊膏便會保留在預(yù)定位置。
二、挑選和放置
焊膏印刷好之后，傳送帶便會將電路板移動到拾放機器，該機器會將表面貼裝元件（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過程，由裝配人員手動拾取和放置元器件。如今，隨著科技的進步和電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展趨勢，這一過程已變成自動化過程，大大提升了組裝效率和準確度。
拾放機器通過拾取具有真空夾具的電路板并將其移動到拾放工位來進行料件拾取和放置。然后，機器在臺上定位電路板，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，是時候讓它們固定在電路板上了。電路板組裝通過一個稱為“回流”的過程來實現(xiàn)這一點，焊膏首先高溫熔化，再進行冷卻永久固化，這樣，表面貼裝元件便會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到一個大的回流爐，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，電路板會繼續(xù)移動通過整個回流焊爐。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)建了一個永久性的焊點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進行印刷和回流。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行功能測試。通常，回流過程中的移動會導致焊點質(zhì)量差或完全缺乏連接，甚至是短路。
用于檢查這些錯誤和錯位的常見方法包括：
☆ 手動檢查
盡管自動化和智能生產(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)的手動檢查。對于小批量的組裝電路板，視覺檢查是確?；亓骱负箅娐钒遒|(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際和不準確。而且，觀察小型料件超過一個小時會導致光學疲勞，導致檢查結(jié)果不準確。
☆ 自動光學檢測（AOI）
自動光學檢測是適合更大批量組裝電路板的檢測方法。自動光學檢測儀，也稱為AOI儀，依靠一系列高性能相機查看電路板，這些相機以不同的角度排列以查看焊點質(zhì)量。不同質(zhì)量的焊點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)與輸入進儀器的數(shù)據(jù)進行對比，以識別焊點的質(zhì)量。AOI儀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，最常用于更復雜或分層的電路板檢測。X射線可以透過各層觀察焊點情況，以識別任何潛在的隱藏風險。
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。這會涉及測試印制電路板連接的質(zhì)量，需要編程或校準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行，以確定任何潛在的問題和風險。這些定期檢查可以確保盡快發(fā)現(xiàn)并修復錯誤，這有助于制造商和設(shè)計人員節(jié)省時間、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)用中運行的情況來判斷該電路板性能是否達到要求。在此測試中，電源和模擬信號通過電路板運行，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、電流或信號輸出）出現(xiàn)不可接受的波動或在預(yù)定范圍外達到峰值，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，因為它決定了之前所有組裝步驟的成敗，也是整個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組裝全部依賴自動程序不同的是，通孔組裝過程既包括手動程序，也包含自動程序。
一、插件
此步驟是由專業(yè)工程人員手動完成。工程師需要根據(jù)客戶的PCB設(shè)計文件快速準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)定和操作標準，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，阻止元件之間的串擾，使完成的元件貼裝符合相應(yīng)標準，并在處理靜電敏感部件（如IC）時佩戴防靜電腕帶。
二、檢查和糾正
一旦插件完成，電路板就被放置在一個匹配的運輸框架中，其中插入料件的電路板將被自動檢查，以確定料件是否準確放置。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的高溫下緩慢移動通過液態(tài)焊料波。之后，可以成功獲得所有導線或電線連接，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，確保其準確性能和高品質(zhì)。
印制電路板組裝之后
當你手握一塊嶄新的組裝電路板的時候，你一定會驚嘆于它的質(zhì)感，干凈、光潔、毫無雜質(zhì)，但實際上，電路板組裝過程可能是一個看起來比較臟的過程。焊膏印刷過程中會留下一定量的助焊劑，而生產(chǎn)線的工人可能會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，也涉及到實際情況。
如果助焊劑不及時清理，在PCB表面留下數(shù)月后，助焊劑殘留物開始變得粘稠，同時也會顯現(xiàn)為酸性，隨著時間的推移會損壞焊點。另外，當殘留物和指紋覆蓋在新的電路板表面時，客戶滿意度往往會受到影響。因此，完成焊接后對電路板進行清洗是非常重要的。
迅得電子會對所有即將出廠的電路板進行清洗，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對設(shè)備造成任何威脅，這是因為常規(guī)水中的離子會損壞電路，而不是水本身。因此，去離子水在進行電路板洗滌循環(huán)時對PCB無害。
清洗后，使用壓縮空氣進行快速干燥循環(huán)，將完成的PCB準備好包裝和運輸。