Pcb-Assembly-Process

Пошаговый процесс сборки печатной платы

Успешный Сборка ПКБ это тщательно организованный процесс, в ходе которого голая печатная плата, изготовленная в соответствии с вашим точным проектом PCB, превращается в готовое функциональное аппаратное устройство. Этот процесс лежит в основе производства электроники и охватывает все этапы — от предварительной проверки файлов проекта до тестирования качества готовой собранной платы. Ниже подробно рассматриваются все основные этапы процесса Сборки печатной платы , включая оба Технология поверхностного монтажа (SMT) и Сквозная технология (THT) элементов.

1. Проектирование для сборки (DFA) и предварительный просмотр перед производством

Прежде чем будет установлен или припаян один единственный компонент, опытные партнёры по сборке начинают с Проверки DFA (проектирование для сборки) . Этот этап критически важен для бесперебойной и безошибочной сборки печатных плат:

• Целостность файлов: Проверка Gerber-файлов, файлов ODB++ и данных центроида/позиционирования компонентов.
• Проверка спецификации: Обеспечение соответствия спецификации (BOM) посадочным местам и разводке на печатной плате.
• Проверка инструкций по сборке: Проверка наличия четких указаний по сборке печатной платы; подтверждение требований заказчика.
• Проверка габаритных размеров: Обеспечение правильного расстояния между компонентами и отверстиями, точности контактного рисунка и соответствующего размера контактных площадок как для компонентов поверхностного монтажа, так и для компонентов с выводами.
• Тепловой режим и зазор от края платы: Проверка правильного использования термоотводов на медных полигонах и достаточного размера запрещенных зон вблизи края печатной платы — особенно важно при автоматической обработке.
• Проверка соответствия: Подтверждение соответствия проекта стандартам IPC-A-600 и IPC-6012 для производства и контроля.

2. Процесс сборки методом поверхностного монтажа (SMT)

Сборка SMT является самым быстрым и автоматизированным этапом сборки печатных плат, позволяющим эффективно размещать устройства поверхностного монтажа (SMD) с высокой плотностью и низкой стоимостью.

A. Нанесение и контроль паяльной пасты

Процесс начинается с точного нанесения паста для сварки —смеси сверхмелкого порошка припоя и флюса—на контактные площадки печатной платы.

• Трафаретная печать: Для нанесения паяльной пасты только на открытые контактные площадки SMD используются трафареты из нержавеющей стали.
• Инспекция пасты: Автоматические машины проверяют точный объём и положение пасты, что крайне важно для предотвращения недостаточных соединений или коротких замыканий.

B. Автоматическая установка компонентов методом Pick and Place

После нанесения паяльной пасты передовые установочные машины точно устанавливают чипы SMD, резисторы, конденсаторы, микросхемы (включая BGAs и QFNs) и другие компоненты на плату.

• Может устанавливать десятки тысяч компонентов в час .
• Точное размещение повышает выход годных изделий и целостность сигнала.
• Данные поступают из файлов установки компонентов (центроидные файлы), создаваемых при проектировании печатной платы.

C. Пайка оплавлением

Плата с установленными компонентами затем проходит через рефlow печь :

• Множественные зоны нагрева: Постепенно нагревает плату, чтобы расплавить частицы припоя и образовать прочные электрические и механические паяные соединения, защищая при этом чувствительные элементы.
• Атмосфера азота: Сборки с высокой надежностью часто используют инертный азотный газ для получения более чистых и прочных паяных соединений.
• Оптимизация профиля: Контролируемые температурные профили предотвращают образование холодных паяных соединений, эффект «гроба» или деформацию печатной платы из-за нагрева.

D. Автоматическая оптическая инспекция (AOI)

Системы AOI делают изображения с высоким разрешением отпаянной платы для проверки наличия дефектов, таких как:

• Паяные перемычки и обрывы
• Несоосность компонентов
• Неправильные или отсутствующие детали
• Проблемы с объемом паяльной пасты

Автоматическая инспекция значительно повышает выход годных изделий за счет раннего выявления проблем и позволяет быстро их устранить.

E. Рентгеновский контроль (для мелкошаговых компонентов и BGA)

Рентгеновская инспекция имеет критическое значение для BGA (Ball Grid Array) , micro-BGA , и других компонентов, где паяные соединения скрыты. Данный процесс выявляет:

• Холодные или отсутствующие паяные шарики
• Пустоты
• Внутренние замыкания
• Дефекты в многослойных сборках

3. Процесс сборки методом сквозного монтажа (THT)

Хотя SMT является преобладающей технологией, многие платы включают компоненты с выводами для сквозного монтажа для соединителей, больших конденсаторов или элементов с высокой механической нагрузкой.

A. Установка

• Ручная установка: Для небольших партий или специализированных компонентов квалифицированные операторы устанавливают детали вручную.
• Автоматическая установка: Используется для массового производства сборок, подвергаемых пайке волной припоя.

B. Пайка

• Волновая пайка: Вся нижняя сторона печатной платы с выводными компонентами проходит через волну расплавленного припоя для быстрого одновременного формирования соединений.
• Селективная пайка: Для комбинированных сборок (SMT+THT) роботизированные сопла осуществляют селективную пайку только требуемых выводных контактов.
• Ручная пайка: Используется для переделки, деликатных или мелкосерийных прототипов.

C. Очистка

После пайки платы очищаются для удаления остатков флюса —если только флюс без очистки не указано иное, в этом случае остатки можно оставить на плате.

D. Пайка компонентов, не подлежащих очистке

Для чувствительных или не подлежащих очистке типов компонентов используются специальные методы пайки и флюсы, которые не требуют дополнительной очистки.

4. Финальный осмотр и тестирование

• Визуальная проверка: Обученные инспекторы проверяют наличие видимых дефектов, плохих паяных соединений и механических повреждений.
• AOI и рентгеновский контроль (повторно): Обеспечивает согласованность на протяжении всех производственных партий.
• Тестирование летающим щупом (FPT): Автоматизированные тестовые щупы подтверждают целостность цепи и измеряют электрические параметры, такие как сопротивление и ёмкость; идеально подходит для прототипов и мелкосерийного производства.
• Проверка в составе схемы (ICT) и функциональное тестирование: Для серийного и массового производства функциональные испытания и ICT (при наличии программного тестового приспособления, осуществляющего зондирование выделенных контактных площадок) проверяют трассировку сигналов, номиналы компонентов и работоспособность готового изделия.

5. Нанесение конформного покрытия и заключительные этапы

Платы, предназначенные для эксплуатации в жестких условиях или в средах с повышенной влажностью, зачастую проходят конформное покрытие :

• Защитный барьер: Тонкий слой полимера (акрил, силикон, уретан) защищает сборку от влажности, солевого тумана, пыли и агрессивных газов.
• Избирательное или полное нанесение: Может наноситься на всю плату или только на определенные участки в зависимости от требований к изделию.

6. Упаковка, маркировка и отгрузка

Окончательно проверенные и покрытые платы маркируются, нумеруются, комплектуются и аккуратно упаковываются в соответствии с типом и нормативными требованиями — готовы к интеграции, массовому развертыванию или прямой поставке конечным пользователям.

Вкратце: Современные Процесс сборки ПЛИ является точным, многоэтапным процессом, начиная с проверки данных и анализа конструирования для удобства сборки/производства (DFA/DFM), через SMT и THT сборку , автоматические и ручные инспекции, до расширенного электрического тестирования, нанесения покрытия и отгрузки. Каждый этап разработан с целью обеспечения максимальной электрической производительности, надежности и технологичности для каждой печатной платы — будь то изготовление быстрых прототипов печатных плат или переход к массовому производству.

Процесс поверхностного монтажа

Поверхностный монтаж (SMA) является основным процессом сборки печатных плат в медицинской, автомобильной, промышленной автоматике и бытовой электронике. Он использует компоненты поверхностного монтажа (SMD), которые устанавливаются непосредственно на контактные площадки печатной платы, что обеспечивает миниатюризацию, высокую плотность компоновки и возможность автоматизированного массового производства в соответствии со стандартами IPC-A-610 и IPC-J-STD-001.

Технологический процесс сборки печатных плат:

Подготовка к производству и предварительная обработка печатных плат: Проверьте проект CAD на совместимость с SMD; осмотрите поступающие печатные платы (отсутствие коробления, чистота площадок) и компоненты SMD (подлинность, отсутствие повреждений); прогрейте платы из FR4 с высокой Tg (125 °C, 4–8 ч) и храните чувствительные к влаге SMD-компоненты в сушильных шкафах для предотвращения дефектов пайки.
Нанесение паяльной пасты: Используйте трафарет для нанесения паяльной пасты на площадки; контролируйте толщину трафарета (0,12–0,15 мм), давление ракеля (15–25 Н) и скорость (20–50 мм/с); применяйте 3D SPI для компонентов с мелким шагом выводов для проверки объема и формы паяльной пасты.
Монтаж SMD: высокоскоростные установочные машины с камерами CCD размещают компоненты (точность ±0,03 мм). Высокая скорость для пассивных компонентов (до 100 000/час), прецизионное размещение для микросхем/датчиков; используются защита от ЭСР и калибровка усилия для чувствительных автомобильных/медицинских компонентов.
Пайка оплавлением: Припой, соответствующий требованиям RoHS, SAC305 проходит четырехступенчатый температурный профиль в печи: предварительный нагрев (150–180°C), выдержка (180–200°C, 60–90 с), оплавление (максимум 245–260°C, 10–20 с), охлаждение (2–4°C/с). Скорость охлаждения корректируется для печатных плат FR4 с высокой Tg с целью снижения термических напряжений.
Инспекция после оплавления (PRI): Оптическая инспекция (AOI) выявляет мостики, холодные паяные соединения, эффект «гроба»; рентгеновская инспекция проверяет скрытые соединения BGA/CSP на наличие пустот. Проверка 100% для медицинских/автомобильных печатных плат, выборочная проверка — для бытовой электроники.
Корректировка и доработка: Устранение дефектов с помощью паяльников/станций горячего воздуха; замена поврежденных компонентов; удаление остатков флюса изопропиловым спиртом; документирование доработки для дорогостоящих печатных плат.
Нанесение защитного покрытия (опционально): Нанесение акрилового/силиконового/уретанового покрытия методом распыления или погружения для эксплуатации в агрессивных условиях (моторные отсеки автомобилей, промышленные полы). Использование биосовместимых покрытий для печатных плат медицинского назначения.
Финальное функциональное тестирование и контроль качества: Проведение рабочих испытаний (выходной сигнал датчиков, модули связи, целостность сигнала); выполнение проверок размеров и непрерывности электрического соединения; упаковка пригодных печатных плат в антистатические/влагонепроницаемые пакеты.