PCBA流程始终从PCB的最基本单元开始:基础由几层组成,每一层在最终PCB的功能中都起着重要作用。
步骤1:锡膏印刷
PCB组装的第一步是将焊膏涂到板上。此过程就像丝网印刷衬衫一样,除了代替掩模以外,还可以在PCB上放置一个薄的不锈钢模板。这样,组装人员就可以将焊膏仅涂在将要印刷的PCB的某些部分上。这些零件是组件将放置在成品PCB中的位置。
焊膏本身是一种灰色物质,由微小的金属球组成,也称为焊料。这些微小的金属球的成分为96.5%的锡,3%的银和0.5%的铜。锡膏将焊料与助焊剂混合,助焊剂是一种化学设计,有助于助焊剂熔化并粘合到表面上。焊膏显示为灰色,必须在正确的位置以正确的量施加到板上。
在专业的PCBA生产线中,机械夹具将PCB和焊料模板固定在适当的位置。然后,施加器将焊膏以精确的量放置在预期的区域上。然后,机器将糊剂散布在模板上,将其均匀地应用于每个开放区域。除去模板后,焊膏保留在预期的位置。
步骤2:放置元件
将焊膏涂到PCB板上后,PCBA流程继续进行到拾放机,机器人设备将表面安装组件或SMD放置在准备好的PCB上。如今,SMD占据了PCB上大多数非连接器组件。然后将这些SMD焊接到PCBA工艺的下一步中
传统上,这是由一对镊子完成的手动过程,在组装过程中,组装人员必须手动拾取和放置组件。幸运的是,如今,这一步骤是PCB制造商之间的自动化过程。发生这种转变的主要原因是,机器往往比人类更准确,更一致。尽管人类可以快速工作,但是在使用这种小部件工作几个小时后,疲劳和眼睛疲劳往往会开始。机器全天候工作,不会造成疲劳。
该设备通过用真空手柄拾起PCB板并将其移至拾放位置来启动拾放过程。然后,机器人将PCB对准工作站,并开始将SMT应用于PCB表面。这些组件放在预编程位置的焊膏顶部。
步骤3:回流焊
焊膏和表面安装组件全部放置到位后,它们需要保留在那里。这意味着焊膏需要固化,将组件粘附到板上。 PCB组装是通过称为“回流”的过程来实现的。
拾取和放置过程结束后,将PCB板转移到传送带上。该传送带穿过大型回流炉,有点像商用披萨炉。该烤箱由一系列加热器组成,这些加热器逐渐将板加热到250摄氏度或480华氏度左右的温度。它的温度足以熔化焊膏中的焊料。
焊料熔化后,PCB继续穿过烤箱。它通过一系列冷却器加热器,使熔化的焊料以受控的方式冷却和固化。这将创建一个永久性的焊点,以将SMD连接到PCB。
许多PCBA在回流期间需要特别考虑,特别是对于双面PCB组装。双面PCB组件需要分别进行刻印和回流。首先,对零件越来越少的一侧进行模版,放置和回流,然后再进行另一侧。
步骤4:检查和质量控制
一旦在回流工艺之后将表面贴装元件焊接到位,就不能代表完成PCBA,并且需要对组装好的电路板进行功能测试。通常,回流过程中的移动会导致连接质量差或完全失去连接。短路也是这种运动的常见副作用,因为放错位置的元件有时会连接电路中不应连接的部分。
检查这些错误和错位可能涉及几种不同的检查方法之一。最常见的检查方法包括:
•手动检查:尽管自动化和智能制造的发展趋势即将到来,但PCB组装过程中仍需依靠手动检查。对于小批量,设计人员进行现场目测检查是确保回流工艺后PCB质量的有效方法。然而,随着被检查板的数量增加,该方法变得越来越不实用且不准确。在如此小的组件上观察一个多小时会导致光学疲劳,从而导致检查精度降低。
•自动光学检查:对于大批PCBA,自动光学检查是更合适的检查方法。自动光学检查机(也称为AOI机)使用一系列高功率摄像机“查看” PCB。这些摄像机以不同的角度排列以查看焊接连接。不同质量的焊料连接以不同的方式反射光,从而使AOI可以识别质量较低的焊料。 AOI以很高的速度执行此操作,从而使其可以在相对较短的时间内处理大量PCB。
•X射线检查:另一种检查方法涉及X射线。这是一种不太常见的检查方法,它最常用于更复杂或分层的PCB。 X射线使查看者可以透视图层并可视化较低的图层,以识别任何潜在的隐藏问题。
出现故障的电路板的命运取决于PCBA公司的标准,这些电路板将被送回以进行清理,返工或报废。
无论检查是否发现这些错误之一,该过程的下一步都是测试零件,以确保其执行了应做的工作。这涉及测试PCB连接的质量。需要编程或校准的电路板甚至需要更多步骤来测试适当的功能。
可以在回流过程之后定期进行此类检查,以发现任何潜在问题。这些定期检查可以确保尽快发现并纠正错误,这有助于制造商和设计人员节省时间,人工和材料。
步骤5:通孔组件
根据PCBA下的板的类型,板可能包含除常规SMD以外的各种组件。这些包括镀通孔组件或PTH组件。
电镀通孔是PCB上贯穿整个电路板的孔。 PCB组件使用这些孔将信号从板的一侧传递到另一侧。在这种情况下,焊锡膏将无济于事,因为焊锡膏会直接穿过孔而没有粘附的机会。
在后续的PCB组装过程中,PTH组件需要使用一种更特殊的焊接方法来代替焊膏:
•手动焊接:手动插入通孔是一个简单的过程。通常,单个站点的一个人将负责将一个组件插入指定的PTH中。完成后,电路板将转移到下一个工作站,另一个人正在该工作站中插入其他组件。对于每个需要配备的PTH,该周期都会继续。这可能是一个漫长的过程,具体取决于在一个PCBA周期中需要插入多少PTH组件。大多数公司专门为此目的而避免使用PTH组件进行设计,但是PTH组件在PCB设计中仍然很常见。
•波峰焊:波峰焊是手动焊接的自动化版本,但涉及的过程非常不同。将PTH组件放置到位后,将板放置在另一个传送带上。这次,传送带穿过专门的烤箱,在烤箱中,一股熔化的焊料在板子的底部冲洗。这会立即焊接板底部的所有引脚。对于双面PCB而言,这种焊接几乎是不可能的,因为焊接整个PCB侧面将使任何精密的电子组件失去作用。
焊接过程完成后,PCB可以继续进行最终检查,或者,如果PCB需要添加其他零件或在另一侧进行组装,则可以执行前面的步骤。
步骤6: 最后检查和功能测试
完成PCBA工艺的焊接步骤后,最终检查将测试PCB的功能。 这种检查称为“功能测试”。 该测试模拟了PCB正常运行的情况,使PCB保持了步调。 在此测试中,电源和模拟信号通过PCB运行,而测试人员则监视PCB的电气特性。
如果这些特性(包括电压,电流或信号输出)中的任何一个显示出不可接受的波动或超出预定范围的冲击峰,则PCB无法通过测试。 发生故障的PCB可以根据公司的标准进行回收或报废。
测试是PCB组装过程中的最后也是最重要的一步,因为它决定了过程的成败。 该测试也是整个装配过程中进行定期测试和检查如此重要的原因。