PCB 组装和焊接技术

本文要点

·  PCB 组装和焊接通过挑选器件、将器件摆放和焊接到电路板上，完整地构建出实体电路。

·  在通孔技术中，有引脚的或插件类电子器件被焊接到电路板上，形成电路。

·  波峰焊接是 THT 和 SMT PCBA 中最常用的技术

印刷电路板 (PCB) 是电子产品的重要组成部分；没有 PCB，大多数电子设备只是一个个无法使用的盒子。PCB 通常由玻璃纤维制成，并用环氧树脂固定在一起。PCB 组装和焊接过程通过挑选器件、将器件摆放和焊接到电路板上，完整地构建出实体电路。PCB 组装和焊接之后的检查、测试和反馈确保了 PCB 能成功制造出来。在这篇文章中，我们将讨论 PCB 组装和焊接过程。

1. PCB 组装和焊接

PCB 组装和焊接过程将一块电路板变成了一个功能原型。PCB 组装 (PCB assembly ，即 PCBA) 阶段包括器件摆放、焊接、检查，最后是测试。PCBA 过程可以是手动或自动过程，具体由制造商在每个阶段决定。

PCBA 过程简述

PCB 设计以原理图为起点。根据原理图，设计出 PCB layout。PCB layout 定义了电路中的电气连接路径（称为走线），以及器件的摆放位置。一旦 PCB layout 设计得到批准，就会进行印刷。

制作好的 PCB 是用环氧树脂固定在一起的玻璃纤维材料片。由铜制成的走线铺设在电路板上。器件通过焊接过程固定在电路板上。焊接过程使用一种称为焊料的材料将器件固定在指定位置。焊接好器件的 PCB 构成组装 PCB。将器件贴附在 PCB 上之后，就可以对它进行测试了。

在 PCBA 过程中使用了三种技术，下文将逐一讨论。

2. PCB 组装技术

在 PCBA 工艺中，有三种关键技术：

通孔技术 (THT) PCBA 工艺

在通孔技术中，有引脚的或插件类电子器件被焊接到电路板上，形成电路。器件的引线或端子通过 PCB 上的孔或焊盘插入，并在另一侧焊接。

表面贴装技术 (SMT) PCBA 工艺

有两种类型的焊盘：通孔和表面贴装。在使用表面贴装焊盘的 PCB 中，会焊接表面贴装器件 (SMD) 以形成电路。焊接表面也是借助焊膏摆放器件的表面。

混合技术 PCBA 工艺

随着电路设计变得更加复杂，在电路中不可能只坚持使用一种类型的器件。在实现复杂电路的 PCB 中，既有插件，也有表面贴装器件。这种利用混合器件的 PCB 被称为混合技术电路板，其组装过程采用的是混合技术 PCBA 工艺。

3. 通孔技术 PCB 组装的步骤

PCBA 工艺的顺序因所使用的贴装技术而异，现在探讨一下通孔技术 PCB 组装的步骤。

01. 器件的摆放：在通孔技术 PCBA 中，工程师首先将器件摆放在 PCB 设计文件中给出的相应位置。

02. 检查和校正：所有器件摆放完毕后，要对电路板进行检查。检查时要检查器件摆放得是否准确。如果发现器件摆放不准确，要通过校正步骤立即纠正此类问题。检查和校正必须在焊接过程之前完成。

03. 焊接：该过程的下一步是焊接，将摆放的器件固定在相应的焊盘上。

04. 测试：完成 PCB 组装和焊接过程之后，就可以对电路板进行测试。电子设备中使用的每一块 PCB 电路板都要经过这一过程并通过测试。

焊接技术各种各样，下面将探讨其中的几种。

4. 焊接技术

无论使用何种贴装技术，所有 PCBA 工艺都涉及焊接过程。可以使用许多不同类型的焊接技术将电气元件连接到 PCB 上，包括：

波峰焊：THT 和 SMT PCBA 中最常用的技术

在波峰焊中，PCB 在类似波浪的液态热焊料上移动，焊料会凝固并固定住器件。

钎焊：温度最高，焊接效果最为牢固

在钎焊中，通过加热贴附金属器件。不过，这种技术将底部的金属熔化，以适应填充金属。

回流焊

回流焊工艺使用加热的焊膏将器件贴附到电路板上。处于熔融状态的焊膏将 PCB 上的焊盘和引脚连接起来。

软焊：热门技术，用于将紧凑、脆弱的器件固定到印刷电路板上

在软焊技术中，用电焊枪或气体加热由锡铅合金制成的金属空间填充物，将器件固定到电路板上。

硬焊：焊接效果比软焊更牢固

硬焊用于粘合金属部件，如铜、黄铜、银或金，温度约为 600°F。

在PCB组装和焊接过程中，如果PCB设计存在可制造性设计（Design for Manufacture, 即DFM）错误，设计人员将不得不回到布局过程中来解决这些问题。而这可能发生多次，多次迭代后将导致设计重度延迟以及时间、金钱、人力的浪费。良好的 DFM 设计有助于最大程度提高整个设计过程的顺利度，避免意外产生，并保障构建成本的可预测性。