PCB组装（PCBA）：4个步骤和所需的相关机器

发布时间2022-04-07 20:01:00

对于大部分电子工程师来说，焊样板都是噩梦一样的存在。说焊样板是这样的一个过程：胆大心细身体好，一不小心冒烟了。大家还是有同感的吧。关键这活儿，还必须得自己干，不然BOM的错误发现不了。

之前PCBA样板加工，大部分是手工焊接，这个对经验和焊接技能就是一个考验，同时手工焊接也是一种成本效益高的方法，可以节省往返通信/运输的时间。但当物料种类到几十上百个，焊接样板数量超过5块，手工焊接就扛不住了，需要专业的机器组装。还好目前的以嘉立创为龙头的企业(捷配、华强等)，把PCB下单生产、SMT贴片和物料仓储、等环节都打通的，给工程师带来一定的便利。

所有的微小元件是如何用机器粘在PCB板上的？有时这对制造商、业余爱好者甚至工程师来说都是个问题。但事实上，PCBA的制造并没有什么神奇之处，有时甚至连焊接都很无聊。深入了解PCB组装技术，有助于工程师设计线路板，提高生产合格率。那么，让我们深入研究一下PCB组装过程。

今天我们就将介绍一些印刷电路板组装所需的机器和相关材料/工具；在接下来的内容中，我将解释这些机器是如何工作的，以及相关的规格，以及在PCB板设计中应该考虑什么，以提高生产合格率。
首先，在PCB组装中，你会看到“SMT组装”字样，SMT是Surface Mounted Technology的缩写，这意味着焊接所有表面贴装组件在PCB上，有4个主要阶段：

焊料粘贴
自动元件放置
波峰焊
检查

1：焊料粘贴阶段

1.1焊膏

焊膏（或焊膏）是焊接的关键材料。作为维基百科，它是印刷电路板制造过程中使用的一种材料，用于将表面贴装元件连接到板上的焊盘上”. 膏体最初是粘性的，加热后贴在PCB板上的元件上（需要严格按照温度曲线），它会融化，然后凝固，形成电气连接。

1.2 PCB模板

印刷电路板模板是一块钢板(也称钢网)，上面有很多孔。这些孔被激光切割，使焊膏流动。

1.3锡膏印刷机

在粘贴过程中，我们需要确保模板孔对准相应的焊盘，然后刷上尖叫声，以确保所有的焊盘都能贴上尖叫声。当然，你可以手工粘贴尖叫声，但那不适用于数百块板，这就是为什么需要一台锡膏印刷机。

在图中，我们使用全自动锡膏印刷机，以确保锡膏在正确的位置上擦亮准确。

2：自动元件放置

印刷电路板上的焊料尖叫声后，下一步是把电子元件放在裸板上。

2.1贴片机

贴片机是电路板装配生产中的关键设备，它决定着产品的质量和速度，也决定了产品的最大生产能力。基本上，它是用来“拾取组件，并将其放置到正确的位置”。

工程师将首先在机器的特殊位置安装所需的所有组件，如电阻/电容器/集成电路/连接器等，然后对贴片机进行编程，告诉它“嘿，把这个电阻/电容器放在这里”。

对于一个贴片机的关键规格是它能有多精确。在图中，我们使用的贴片机是SM481-PIUS，它可以处理电阻/电容器0201封装和0.3mm的BGA IC。

2.2真空压缩机

贴片机与真空压缩机一起工作，它通过一个微小的喷嘴来拉动部件的后部，因此通常，您会看到机器中有几十个喷嘴。

对于PCBA原型/小批量组装来说，时间成本最高的工序是元器件的安装/编程和调试，这就是为什么一个项目有启动费，而单位焊接费从10个减少到50个的原因。

2.3加胶机

有时，PCB的两边都有元件，当一边焊接时，另一边的元件可能会脱落，特别是元件较重或较大时。加胶机将胶水涂在PCB板上，使元器件牢固地坐在PCB板上。这对波峰焊很重要，在波峰焊中，焊波的力可能会使较大的元件移位，或者对于双面波峰焊或回流焊，以防止元件脱落。

3：回流焊

3.1回流焊炉

通常，对于表面贴装元件，使用回流焊。将元件放在裸板上后，用这台名为“回流焊炉”的机器加热。

将放置元件的PCB板从一端放入机器，在双轨传送带上，新放置元件的电路板通过回流焊炉的热区和冷区（大部分SMT工厂是10个区），精确控制焊料的熔化和冷却，以填充焊点，焊膏熔化后变硬，形成电连接。当PCBA板到达另一端时，连接变得牢固。

电路板从机器里出来时很热，所以需要手套来拿。

3.2回流焊温度曲线

与回流焊相关的温度曲线是确保零件正确连接的最重要参数。与再流焊温度曲线相关的主要温度变化可分为四个阶段/区域（如下所示，以及随后的图片）。

预热
恒定加热
高温焊接
冷却

3.2.1 预热

预热区是为了挥发焊膏中较低的熔化溶剂。预热区需要挥发溶剂，但必须控制升温斜率。

3.2.2 恒定加热

恒温区的设置主要控制在锡膏供应商的参数和PCB的热容量内。在这一阶段，印刷电路板达到一个均匀的温度，焊膏中的焊剂开始积极反应，从而增加了润湿性。

3.2.3 高温焊接

在这一区域，发生完全熔化和润湿反应。该过程的这一部分也需要小心控制，以使温度上升和下降的斜率不会使部件受到热冲击。该区的理想温度和时间一般为220～260度，30s～60s。

3.2.4 冷却

在冷却过程中，温度下降，焊料尖叫声再次凝固。它对焊缝的最终结果起着关键作用。过慢的冷却会使部件升高、焊点变暗或焊点不均匀，而快速冷却会对部件造成热冲击。

温度曲线的设置对于经验丰富的SMT工程师来说是最重要的，有许多因素需要考虑，这取决于PCBA和组件，包括：

组件所能承受的最高温度。例如，如果板上有ws2812，Makerfabs建议不超过220度，正如我们的建议：为什么WS2812 SK6812 SMT焊后出现故障 .
使用的焊膏。不同的面霜可能需要不同的温度曲线。
组件最大尺寸/最大Pin脚数。例如，如果他们是一个大功率感应器，温度需要更高，以确保锡膏完全融化。
PCB温度规格
......

非常粗糙的温度是：

区域	铅（Sn63 Pb37）	无铅（SAC305）
预热	在60秒内达到150°C	60秒内达到150°C
浸泡	在120秒内从150°C到165°C	在120秒内从150°C到180°C
回流焊	峰值温度225°C至235°C，保持20秒	峰值温度245°C至255°C，保持15s
冷却	-4°C/s或自由风冷	-4°C/s或自由风冷