Quy-Trình-Lắp-Ráp-Pcb

Quy trình Lắp ráp PCB Từng Bước

Thành công Lắp ráp PCB là một quá trình được tổ chức một cách cẩn thận, biến một bảng mạch in trống—được chế tạo theo đúng thiết kế PCB của bạn—thành một sản phẩm phần cứng hoàn chỉnh và hoạt động được. Quy trình này là cốt lõi của sản xuất điện tử, trải dài từ các bước kiểm tra chuẩn bị trên tập tin thiết kế của bạn đến kiểm tra chất lượng bảng đã được lắp ráp hoàn chỉnh. Dưới đây là cái nhìn chi tiết về từng giai đoạn chính trong Quy trình lắp ráp PCB , bao gồm cả Công nghệ gắn bề mặt (SMT) và Công nghệ khoan lỗ (THT) phần tử.

1. Thiết kế cho Lắp ráp (DFA) và Đánh giá Trước Sản xuất

Trước khi một thành phần nào được đặt hoặc hàn, các đối tác lắp ráp chuyên nghiệp bắt đầu bằng một Kiểm tra DFA (Thiết kế cho Lắp ráp) . Đánh giá này rất quan trọng để đảm bảo quá trình lắp ráp PCB diễn ra trơn tru, không lỗi:

• Tính toàn vẹn tệp: Kiểm tra các tệp Gerber, tệp ODB++ và dữ liệu centroid/lấy-và-đặt.
• Xác thực BOM: Đảm bảo Danh sách Vật liệu (BOM) phù hợp với chân linh kiện và bố trí trên PCB.
• Đánh giá Ghi chú Lắp ráp: Kiểm tra chéo để đảm bảo ghi chú lắp ráp PCBA rõ ràng; xác nhận các yêu cầu của khách hàng.
• Xác minh kích thước footprint: Đảm bảo khoảng cách linh kiện đến lỗ, độ chính xác của mẫu đất và kích thước pad phù hợp cho cả linh kiện SMT và THT.
• Quản lý nhiệt và khoảng cách đến mép mạch: Kiểm tra việc sử dụng đúng các vùng giải nhiệt trên mặt phẳng đồng và các vùng cấm đủ rộng dọc theo mép mạch in—đặc biệt quan trọng đối với xử lý tự động.
• Kiểm tra tuân thủ: Xác nhận thiết kế tuân theo các tiêu chuẩn IPC-A-600 và IPC-6012 về sản xuất và kiểm tra.

2. Quy trình lắp ráp SMT (Công nghệ gắn bề mặt)

Lắp ráp smt là phần nhanh nhất và tự động hóa cao nhất trong quy trình lắp ráp mạch in, cho phép đặt các linh kiện gắn bề mặt (SMD) với mật độ cao và hiệu quả về chi phí.

A. In kem hàn và kiểm tra

Quy trình bắt đầu bằng việc áp dụng chính xác bột hàn —một hỗn hợp bột hàn siêu mịn và chất trợ hàn—lên các điểm hàn trên bảng mạch in (PCB).

• In qua khuôn: Các khuôn thép không gỉ được sử dụng để phủ keo hàn chỉ lên những vị trí có điểm hàn linh kiện dán (SMD) lộ ra.
• Kiểm tra keo hàn: Các máy tự động kiểm tra khối lượng và vị trí keo hàn chính xác, điều này rất quan trọng để tránh các kết nối kém hoặc chập mạch.

B. Đặt linh kiện tự động bằng máy Pick and Place

Khi keo hàn đã được phủ, các máy các máy lấy và đặt tự động đặt chính xác các chip SMD, điện trở, tụ điện, vi mạch (bao gồm cả BGA và QFN), và các linh kiện khác lên bảng mạch.

• Có thể đặt hàng chục nghìn linh kiện mỗi giờ .
• Việc đặt chính xác cải thiện độ hiệu suất và tính toàn vẹn tín hiệu.
• Dữ liệu đến từ tập tin chọn-và-đặt (tập tin trọng tâm) được tạo ra trong quá trình thiết kế PCB.

C. Hàn hồi lưu

Bảng đã lắp ráp sau đó được đưa qua một lò hàn reflow :

• Nhiều vùng nhiệt: Từ từ làm nóng bảng để làm chảy các hạt hàn tạo thành mối nối hàn điện và cơ học chắc chắn, đồng thời bảo vệ các linh kiện nhạy cảm.
• Môi trường Nitơ: Các bộ phận có độ tin cậy cao thường sử dụng khí nitơ trơ để tạo ra các mối hàn sạch hơn và bền hơn.
• Tối ưu hóa hồ sơ nhiệt Các hồ sơ nhiệt độ được kiểm soát ngăn ngừa các mối nối lạnh, hiện tượng mộ đá (tombstoning) hoặc cong vênh bảng mạch do nhiệt gây ra.

D. Kiểm tra quang học tự động (AOI)

Hệ thống AOI chụp các hình ảnh độ phân giải cao của bảng sau khi hàn để kiểm tra các lỗi như:

• Cầu hàn và hở hàn
• Lệch vị trí linh kiện
• Linh kiện sai hoặc thiếu
• Vấn đề về khối lượng kem hàn

Việc kiểm tra tự động làm tăng đáng kể tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn bằng cách phát hiện sớm các vấn đề, cho phép sửa chữa nhanh chóng.

E. Kiểm tra bằng tia X (Dành cho các linh kiện có bước chân nhỏ và BGA)

Kiểm tra tia X là yếu tố quan trọng đối với BGA (Ball Grid Array) , micro-BGA , và các linh kiện khác mà mối hàn được che khuất. Quy trình này phát hiện:

• Các viên hàn lạnh hoặc bị thiếu
• Hiện tượng rỗ khí
• Ngắn mạch bên trong
• Các lỗi trong các cụm mạch nhiều lớp

3. Quy trình lắp ráp công nghệ lỗ xuyên (THT)

Mặc dù SMT chiếm ưu thế, nhiều bo mạch vẫn bao gồm các linh kiện lỗ xuyên dành cho các đầu nối, tụ điện lớn hoặc các thành phần chịu ứng suất cơ học cao.

A. Lắp ráp

• Lắp ráp thủ công: Đối với các lô nhỏ hoặc linh kiện đặc biệt, các thao tác viên có tay nghề lắp các bộ phận bằng tay.
• Lắp ráp tự động: Được sử dụng trong sản xuất quy mô lớn các cụm mạch hàn sóng.

B. Hàn

• Hàn sóng: Toàn bộ mặt dưới của bảng THT được đưa qua một sóng hàn nóng chảy để tạo mối hàn đồng thời nhanh chóng.
• Hàn chọn lọc: Đối với các cụm linh kiện kết hợp (SMT+THT), vòi phun robot chỉ hàn chọn lọc các chân lỗ xuyên cần thiết.
• Hàn tay: Được sử dụng để sửa chữa, linh kiện tinh vi hoặc các bản mẫu sản lượng thấp.

C. Làm sạch

Sau khi hàn, các bo mạch được làm sạch để loại bỏ dư lượng flux —trừ khi chất trợ hàn không cần làm sạch được chỉ định, trong trường hợp này thì để lại dư lượng là an toàn.

D. Hàn các Linh kiện Không thể Rửa

Đối với các loại linh kiện nhạy cảm hoặc không thể rửa, sẽ sử dụng các kỹ thuật hàn và loại flux đặc biệt mà không cần làm sạch thêm.

4. Kiểm tra và Thử nghiệm Cuối cùng

• Kiểm tra trực quan: Các kiểm tra viên được đào tạo kiểm tra các khuyết tật nhìn thấy được, mối hàn kém và hư hỏng cơ học.
• AOI và X-quang (lặp lại): Đảm bảo sự nhất quán trong các đợt sản xuất.
• Kiểm tra đầu dò bay (FPT): Các đầu dò kiểm tra tự động xác nhận độ liên tục và đo các thông số điện như điện trở và điện dung, phù hợp lý tưởng cho mẫu thử nghiệm và sản xuất số lượng thấp.
• Kiểm tra mạch đang hoạt động (ICT) & Kiểm tra chức năng: Đối với sản xuất theo lô và sản xuất hàng loạt, các bài kiểm tra chức năng và ICT (khi thiết bị kiểm tra được lập trình để dò vào các điểm tiếp xúc chuyên dụng) xác minh việc định tuyến tín hiệu, giá trị linh kiện và hiệu suất sản phẩm hoàn chỉnh.

5. Phủ bảo vệ và các bước cuối cùng

Các bo mạch dành cho môi trường khắc nghiệt hoặc dễ bị ẩm thường trải qua phủ bảo vệ :

• Rào cản Bảo vệ: Lớp polymer mỏng (acrylic, silicone, urethane) bảo vệ cụm bo mạch khỏi độ ẩm, muối phun, bụi và khí ăn mòn.
• Chọn lọc hoặc Toàn bộ: Có thể được phủ lên toàn bộ bo mạch hoặc chỉ những khu vực cụ thể, tùy theo yêu cầu sản phẩm.

6. Đóng gói, Ghi nhãn và Vận chuyển

Các bo mạch đã kiểm tra cuối cùng và được phủ lớp bảo vệ sẽ được dán nhãn, cấp số seri, đóng thành bộ và đóng gói cẩn thận theo loại và các yêu cầu quy định—sẵn sàng để tích hợp, triển khai quy mô lớn hoặc vận chuyển trực tiếp đến người dùng cuối.

Tóm lại: Hiện đại Quy trình lắp ráp PCB là một hành trình chính xác, nhiều giai đoạn từ xác minh dữ liệu và kiểm tra DFA/DFM, thông qua Lắp ráp SMT và THT , kiểm tra tự động và thủ công, đến kiểm tra điện nâng cao, phủ lớp bảo vệ và vận chuyển. Mỗi bước đều được thiết kế nhằm tối đa hóa hiệu suất điện, độ tin cậy và khả năng sản xuất cho mọi PCBA—dù bạn đang chế tạo mẫu PCB nhanh hay mở rộng sản xuất với số lượng lớn.

Quy Trình Lắp Ráp Gắn Bề Mặt

Lắp Ráp Gắn Bề Mặt (SMA) là một quy trình cốt lõi trong PCBA dành cho thiết bị y tế, ô tô, điều khiển công nghiệp và điện tử tiêu dùng. Quy trình này sử dụng các linh kiện gắn bề mặt (SMD) được gắn trực tiếp lên các pad trên bề mặt bảng mạch in (PCB), cho phép thu nhỏ kích thước, mật độ linh kiện cao và sản xuất hàng loạt tự động, tuân thủ các tiêu chuẩn IPC-A-610 và IPC-J-STD-001.

Sơ Đồ Quy Trình Lắp Ráp Bảng Mạch In:

Chuẩn Bị Trước Sản Xuất & Tiền Xử Lý PCB: Kiểm tra thiết kế CAD để đảm bảo tương thích với SMD; kiểm tra các PCB đầu vào (không cong vênh, pad sạch) và SMD (xác minh nguồn gốc, không hư hại); sấy các PCB FR4 có chỉ số Tg cao (125°C, 4–8 giờ) và lưu trữ các SMD nhạy cảm với độ ẩm trong tủ khô để ngăn ngừa lỗi hàn.
In keo hàn (Solder Paste Printing): Sử dụng khuôn in để phủ keo hàn lên các pad; kiểm soát độ dày khuôn in (0,12–0,15mm), áp lực gạt (15–25N) và tốc độ (20–50mm/giây); áp dụng SPI 3D đối với các linh kiện bước nhỏ để kiểm tra thể tích và hình dạng keo hàn.
Đặt SMD: Các máy đặt nhanh với camera CCD đặt các linh kiện (độ chính xác ±0,03mm). Tốc độ cao cho linh kiện thụ động (lên đến 100.000/giờ), đặt chính xác đối với IC/cảm biến; sử dụng bảo vệ ESD và hiệu chuẩn lực cho các linh kiện ô tô/y tế nhạy cảm.
Hàn hồi lưu: Hàn chì RoHS-compliant SAC305 trải qua chế độ lò 4 giai đoạn: làm nóng sơ bộ (150–180°C), ngâm (180–200°C, 60–90 giây), hàn chảy (nhiệt độ đỉnh 245–260°C, 10–20 giây), làm nguội (2–4°C/giây). Điều chỉnh tốc độ làm nguội cho các mạch in FR4 có nhiệt độ Tg cao nhằm giảm ứng suất nhiệt.
Kiểm tra sau Hàn (PRI): AOI phát hiện các mối nối cầu, mối hàn lạnh, hiện tượng tombstoning; kiểm tra bằng tia X các mối nối BGA/CSP khuất để phát hiện lỗi rỗ. Kiểm tra 100% đối với các mạch in dùng trong y tế/ô tô, kiểm tra lấy mẫu đối với thiết bị điện tử tiêu dùng.
Sửa chữa và Chỉnh sửa: Khắc phục lỗi bằng mỏ hàn/bàn thổi khí nóng; thay thế các linh kiện bị hư hỏng; làm sạch dư lượng flux bằng cồn isopropyl; ghi nhận lại quá trình sửa chữa đối với các mạch in giá trị cao.
Phủ bảo vệ Conformal (Tùy chọn): Áp dụng lớp phủ acrylic/silicone/urethane bằng phương pháp phun hoặc nhúng cho các môi trường khắc nghiệt (buồng động cơ ô tô, sàn công nghiệp). Sử dụng lớp phủ tương thích sinh học cho các mạch in PCB y tế.
Kiểm tra Chức năng Cuối cùng & Đảm bảo Chất lượng: Thực hiện kiểm tra vận hành (đầu ra cảm biến, mô-đun truyền thông, độ toàn vẹn tín hiệu); thực hiện kiểm tra kích thước và độ liên tục; đóng gói các mạch in PCB đạt tiêu chuẩn vào túi chống tĩnh điện/chặn ẩm.