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完整PCB SMT 组装工艺流程介绍

2024/07/03

随着小型化趋势的加深,小型表面贴装元件被广泛采用以满足这种需求。为了适应这种转变,组装技术已从传统的THT过渡到SMT。在传统的THT组装中,需要在PCB上钻孔,插入元件引脚并进行焊接。虽然可以实现坚固的焊点,但元件较大,生产过程相对繁琐。相比之下,SMT组装通过引入表面贴装器件而取得成功。该技术消除了对引脚的需求,并在焊接之前将元件的焊盘安装在印刷电路板的表面上


完整PCB SMT 组装工艺流程介绍

随着小型化趋势的加深,小型表面贴装元件被广泛采用以满足这种需求。为了适应这种转变,组装技术已从传统的THT过渡到SMT。在传统的THT组装中,需要在PCB上钻孔,插入元件引脚并进行焊接。虽然可以实现坚固的焊点,但元件较大,生产过程相对繁琐。相比之下,SMT组装通过引入表面贴装器件而取得成功。该技术消除了对引脚的需求,并在焊接之前将元件的焊盘安装在印刷电路板的表面上。这一微妙的变化使电路板上的元件变得小型化和紧凑,使设计人员能够创建更密集和复杂的PCB。除了提高电路板空间利用率的优势外,SMT工艺还通过自动化过程显着降低了制造成本。这篇文章将重点介绍SMT工艺流程,涵盖具体的工艺步骤并提供必要的注意事项,以帮助您更有效地实施此工艺。

 

步骤 1:熟悉设备

与通孔组装不同,SMT 通常采用表面贴装器件,如下图所示。这些元件体积小,针脚多但较短,使手动组装具有挑战性。

因此,使用自动化设备对于生产至关重要。以下是 FS Technology SMT 生产线中的一些关键设备:

载板机:位于生产线的开始处,存储即将进入生产线的PCB。

输送机:起到连接生产线中各个设备的桥梁作用,用于PCB的传送。

模板和刮刀:用于焊膏印刷,确保在 PCB 的指定区域精确涂抹。

SPI:检测焊膏印刷的质量,识别潜在问题。

拾取和放置机器人:精确拾取组件并将其放置在 PCB 上。

回流焊炉:用于焊接的高温设备。

AOI:进行目视检查,识别与组装和焊接点相关的任何问题。

 

第 2 步:准备

关键是要意识到这是一个自动化过程。设备如何工作?使用了哪些组件?组件放在 PCB 的什么位置?焊接温度是多少?这是一个细致的过程,在组装开始之前需要仔细的电路设计和适当的机器设置。因此,在正式开始组装流程之前,需要进行一些必要的准备工作。

a.电路设计

从概念到成品,这不是一个自发的过程。您需要使用PCB 设计软件将您的想法形象化,绘制电路图案、组件布局,确定要使用的组件,并添加各种细节,例如温度限制、名称等,以完成最终设计。

b. 导出文件

仅提供电路设计可能会使工作复杂化。获得SMT组装服务后,请务必向制造商提交相关文件。设计软件通常集成此功能,只需一键转换即可。一些必要的文件包括:

Gerber 文件:包含有关 PCB 的信息,例如布局、间距、走线和层信息。

PNP/CPL 文件:PNP 代表拾取和放置,而 CPL 代表元件放置列表。这些文件指示机器在 SMT 工艺步骤中将每个零件放置在电路板上。

BOM文件:物料清单包括项目所需的所有组件的列表。

c.材料准备

审核确认合作后,厂家开始准备项目所需的物料,包括:

元器件采购:根据BOM文件从合格供应商处采购元器件。

模板制造:根据您的设计文件构建PCB 模板,通常使用激光技术来确保质量。

焊膏制备:以冷藏方式运输焊膏,并将其存放在0°至30°C的储存箱中48小时。

d. PCB 清洁

如果您选择 FS Technology 的交钥匙服务,我们将从PCB 制造服务开始。如果这只是一个组装项目,请将电路板发送给我们。

在开始组装之前,我们会彻底清洁 PCB,以去除表面杂质,包括灰尘和油脂。PCB清洁对于 SMT 生产流程至关重要,因为这些杂质直接影响焊接质量,甚至指纹也不例外。

 

步骤3:组件放置

焊膏印刷

焊膏是锡和助焊剂的混合物,加热后能将引脚和元件牢固地粘合在一起。在此阶段,将焊膏均匀地涂在模板上,然后用刮刀从模板表面经过。在压力下,焊膏通过模板上的孔滴落到PCB上指定的位置。正确使用焊膏对整个SMT工艺至关重要,包括焊膏类型和刮刀参数设置。除了传统的模板印刷外,喷印技术也可以用于SMT组装流程,这对大规模PCB组装更为有利。

b. 焊膏检查

焊膏印刷后,生产线中集成的设备进行SPI检测。该设备由3D扫描系统和AOI单元组成,可捕捉PCB的表面图像。光源为检测提供了必要的条件,以确保相机正确捕捉。在屏幕上,可以观察到具体的细节。通过与“金板”进行比较,可以立即调查数量偏差、过量或错位,并在必要时进行新的焊膏印刷。

c. 拾取和放置

首先,制造商加载拾放机器人的操作程序,包括组件坐标、拾取顺序、放置位置等。通常,机器人配备有先进的视觉系统,能够精确识别和定位这些位置。

然后,拾放机器人利用手臂上的真空吸嘴从送料带上获取元件,并通过吸力将其吸附。机器人利用多轴运动系统在三维空间中移动,并将元件放置在指定位置。

 

步骤4:焊接

SMT PCB 制造工艺采用回流焊接技术,机器将整个组件加热到指定温度,以在表面贴装器件和印刷电路板之间形成关键的电焊点。首先,组装好的 SMT 板被传送到回流炉中。

烤箱温度逐渐上升,标准升温速度为1.0至2.0摄氏度。切勿让温度升得太快。约90秒后,烤箱内温度达到140至160摄氏度。

随后,回流焊接工艺进入浸锡回流区,此时炉温上升至锥体部分,在210~230℃之间,达到峰值,锡膏完全熔化,与元器件引脚充分混合。

随后,炉温逐渐降低,进入最后的冷却阶段。焊膏从液态转变为固态,最终形成坚固的焊点。

 

步骤 5:收尾工作

焊接过程完成后,基本的SMT组装过程基本上就结束了。但为了确保PCBA板的质量,还需要进行一些收尾工作。

这些步骤之一是清洁。焊接过程中使用的焊膏和助焊剂含有化合物,如果长时间留在电路板表面,在暴露于湿气和电流时可能会导致腐蚀。此过程中使用的最佳清洁剂是异丙醇。

接下来是检测阶段,包括AOI检测和功能测试。此外,根据应用和具体要求,可能需要定制的PCB测试服务。

 

结尾

上面概述了完整的SMT PCB组装过程,强调了准确的设计文件、回流焊过程中精确的温度控制以及生产线中检测系统的集成的重要性。这些方面对于实现准确的SMT工艺起着决定性的作用。

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