PCB 组装是将电阻器、晶体管和二极管等电子元件安装到印刷电路板上的过程。它可以手动或机械方式完成。
电路板组装和电路板制造涉及完全不同的流程:
- 印刷电路板制造包括各种工艺,其中包括设计和原型设计。
- 印刷电路板组装仅在印刷电路板制造流程完成后才开始,重点是元件贴装。
我们将深入探讨各种印刷电路板组装技术、相关的具体流程以及如何更有效地组装印刷电路板的建议。
PCB 组装技术
随着电子技术的进步,PCB 组装技术也有了长足的发展。目前,常用的组装技术有三种。
表面贴装技术(SMT)
SMT 组装将表面安装器件 (SMD) 焊接到印刷电路板上。由于 SMD 元件的封装较小,因此必须对整个过程进行严格控制,以确保焊点的准确性和适当的温度。幸运的是,SMT 是一种全自动装配技术。它使用机器拾取单个元件,并以极高的精度将其放置到印刷电路板上。
整个 SMT 流程通常包括以下步骤:
- 钢网印刷
- 锡膏印刷
- 组件安装
- SPI
- 回流焊接
- AOI
- 印版清洁
- 钢板分割
- 测试组件
通孔技术(THT)
通孔技术是一种更为传统的 PCB 组装方法。它通过预先钻好的孔将电容器、线圈、大电阻器和电感器等电子元件插入电路板。与 SMT 不同,通孔技术可以组装更大、更重的电子元件,并提供更强的机械粘接,因此更适合测试和原型设计目的。
混合电路板组装技术
随着电子产品变得越来越小、越来越复杂,对 PCB 组装的需求也在不断增加。要在有限的空间内组装高度复杂的电路,仅单独使用 SMT 或 THT 技术可能具有挑战性。因此,通常需要结合使用 SMT 和 THT 技术。在使用混合印刷电路板组装技术时,必须做出适当调整,以简化焊接和组装流程。
PCB 组装(PCBA)工艺
步骤 1:裸板烘烤
裸 PCB 烘烤,确保 PCB 板干燥。
步骤 2:锡膏印刷
在印刷电路板组装中涂抹焊膏时,首先用不锈钢钢网将焊膏印刷到需要放置元件的区域。机械夹具将钢网和印刷电路板固定在一起,然后用涂抹器将焊膏均匀地涂抹到电路板的所有开口处。取下涂抹器后,焊膏将只留在印刷电路板上所需的区域。此工艺中使用的焊膏呈灰色,由 96.5% 锡、3% 银和 0.5% 铜组成,因此不含铅。
步骤 3:高速 SMT 安装
拾放设备通过使用机械臂拾取元件并按照预定设计将其放置到印刷电路板上,从而将元件准确地连接到印刷电路板上。机器通过在焊膏上的正确位置放置元件,将其 "绘制 "到印刷电路板上。这一过程可确保元件的准确放置,这对 PCB 元件的整体功能和可靠性至关重要。
步骤 4:回流焊接
回流焊接是电子制造中常用的一种将电子元件连接到印刷电路板(PCB)上的工艺。在这一过程中,将焊膏涂在要安装元件的印刷电路板上,然后将元件放在焊膏上。然后,通过回流炉将连接元件的印刷电路板加热到足以熔化焊膏的温度,在元件和电路板之间建立起牢固的永久连接。回流焊使用的温度因焊料和元件的类型而异,通常在 250 °C 左右。
步骤 5:AOI
在完成印刷电路板的焊接后,就需要使用 AOI 仪器来检测印刷电路板的焊接情况。AOI 即自动光学检测,是电子制造中常用的一种方法,用于检测印刷电路板在焊接过程后的缺陷。AOI 可以检测到缺失的元件、不正确的元件位置以及焊点缺陷,如桥接、开路和焊料不足。通过将检测过程自动化,AOI 可大大提高检测效率和准确性,并有助于确保最终产品的质量。
步骤 6:波峰焊接
波峰焊是在印刷电路板上焊接通孔元件的一种广泛使用的方法。在此过程中,印刷电路板首先与通孔元件组装在一起,然后在称为波峰焊机的特殊烘箱中用焊料波熔化。熔化的焊锡波将元件裸露的引线润湿并焊接到印刷电路板底面相应的铜焊盘上。
不过,波峰焊也可用于双面印刷电路板,但要采取额外的预防措施,以防止损坏对面的元件。这可能包括在波峰焊之前用保护材料遮蔽反面或预先焊接反面,以提供额外的支撑并防止元件在焊接过程中移动。
波峰焊工艺结束后,印刷电路板通常会被送去清洗和检查,以去除多余的助焊剂或焊料,并检查是否存在任何焊接缺陷或其他可能影响最终产品性能的问题。
步骤 7:清洁
波峰焊后,应清洁印刷电路板,以去除电路板上可能残留的任何多余助焊剂或焊料残渣。这对于确保最终产品无缺陷和正常运行至关重要。
清洁过程结束后,应对电路板进行检查,以确保没有可能影响其性能的污染物或缺陷。
步骤 8:质量检查
现在要进行的是功能测试,这是 PCBA 工艺的关键步骤,涉及验证印刷电路板的功能和电气特性。在这一阶段,要对印刷电路板进行测试,以确保其符合设计规范和要求。
功能测试包括向印刷电路板输入信号和电源,并使用示波器、数字万用表、函数发生器和其他仪器测量电路板上每个点的输出信号。测试还包括检查印刷电路板上各个元件的运行情况,并验证它们是否按预期运行。
如果测试的任何参数不符合规范,印刷电路板可能会被拒收,并按照公司的标准程序报废或返工。功能测试阶段是确保最终产品具有高质量并符合设计要求的关键步骤。
步骤 9:最后清洁、包装和装运
一旦完成功能测试阶段,并验证印刷电路板符合设计要求和规格后,就需要清理不需要的残留助焊剂、手指污垢和油渍。
最后的清洗阶段通常是使用专门的清洗液或去离子水清除电路板表面可能残留的助焊剂、手指污垢或油渍。可使用高压清洗工具彻底清洗电路板,而不损坏 PCB 电路。清洗后,通常使用压缩空气将电路板吹干,以确保电路板上没有残留的水分。
完成最后的清洁和干燥过程后,印刷电路板就可以包装和装运了。印刷电路板可能装在防静电袋或专用包装材料中,以便在运输过程中对其进行保护,确保其完好无损地运抵目的地。包装可能还包括标签或其他文件,以识别印刷电路板并提供有关其规格和要求的信息。
特别注意文件格式
在这一过程中,用于印刷电路板设计和制造的文件格式是一个重要的考虑因素。使用的文件格式通常是标准 ASCII 文本格式,可以创建印刷电路板的物理布局。文件格式必须与印刷电路板制造商使用的软件兼容,以确保设计能准确转换成印刷电路板实物。
同样重要的是,在设计时要考虑对部件进行命名和标记。印制电路板上的每个部件都应清晰标注和识别,以避免在组装和测试过程中出现错误。标签也应保持一致和标准化,以确保设计易于理解和遵循。
除了贴标签,在设计 PCB 时还必须考虑权衡。权衡包括在不同的设计考虑因素(如功率、传输和尺寸)之间做出选择。重要的是要平衡这些权衡因素,以实现所需的性能和功能,同时确保设计可以有效地制造和组装。
如有必要,建议咨询制造商,以了解改进设计和满足要求的技术。设计人员和制造商之间的合作可以提高 PCB 设计和制造流程的效率。
Bester 的 PCB 组装服务
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