Электронные продукты повсюду - промышленные контроллеры, умные автомобили, серверы, медицинские устройства, потребительские гаджеты. Ни один из них не работал бы без электронной сборки, процесса, который превращает голую PCB и отдельные компоненты в полностью функциональную электронную сборку (PCBA) и, наконец, в готовый продукт.
Эта статья предоставляет профессиональный, сквозной взгляд на электронную сборку:
- Что означает электронная сборка в современном производстве
- Основные процессы: SMT, сквозной монтаж и смешанные технологии
- Пошаговый рабочий процесс сборки PCB
- Стратегии качества и тестирования (AOI, рентген, функциональное тестирование, стандарты IPC)
- Как выбрать правильного партнера по услугам электронного производства (EMS)
Где уместно, мы будем ссылаться на соответствующие руководства и услуги HILPCB, завода, который предоставляет производство и сборку PCB "под ключ", от прототипов до крупносерийного производства.
1. Что Означает Электронная Сборка?
Электронная сборка - это процесс:
- Установки компонентов на печатную плату (PCB)
- Формирования надежных электрических и механических соединений посредством пайки
- Интеграции PCBA в продукты более высокого уровня (сборка корпуса, жгуты проводов, корпуса)
- Проверки того, что каждая сборка соответствует электрическим, механическим и нормативным требованиям
На практике электронная сборка охватывает все: от простой 2-слойной платы управления до сложных многоплатных систем с панелями соединения, гибкими платами и модулями высокой плотности.
Если вы хотите увидеть, как производство голых плат вписывается в эту картину, руководство HILPCB по производству плат PCB объясняет полный процесс производства PCB до сборки.
2. Что Делают Производители Электронной Сборки?
Профессиональный поставщик услуг электронного производства (EMS) обычно предлагает:
- Производство PCB (внутреннее или через квалифицированных партнеров)
- Сборку PCB SMT для поверхностно-монтируемых компонентов
- Сборку со сквозным монтажом и смешанными технологиями
- Сборку PCB "под ключ" (закупка компонентов + производство + сборка)
- Тестирование и программирование (ICT, функциональное тестирование, граничное сканирование и т.д.)
- Сборку корпуса / системную интеграцию (корпуса, проводка, окончательное тестирование)
Для подробного обзора этих возможностей см. статью HILPCB об услугах сборки PCB и их более широкий обзор услуг PCB.
В цехе сборщики и инженеры-технологи:
- Загружают трафареты и настраивают принтеры паяльной пасты
- Программируют монтажные автоматы для размещения SMT
- Настраивают профили оплавления и волновой/селективной пайки
- Выполняют инспекцию AOI/рентген и ручную доработку
- Выполняют структурированное тестирование в соответствии со стандартами IPC-A-610 и связанными с ними
Специальное руководство HILPCB по стандартам сборки PCB IPC-A-610 является хорошим справочником того, что на практике фактически означает "приемлемая электронная сборка".
3. Основные Технологии Электронной Сборки
3.1 Сборка со Скрытым Монтажом (THT)
Технология сквозного монтажа предполагает сверление отверстий в PCB и вставку выводов компонентов через эти отверстия, припойные соединения формируются на противоположной стороне. THT по-прежнему имеет решающее значение для:
- Компонентов с высоким током, высоким напряжением или высокой надежностью
- Разъемов, трансформаторов, реле и больших электролитических конденсаторов
- Деталей, подверженных механическим нагрузкам (разъемы для подключения, переключатели и т.д.)
Современная обработка THT использует:
- Волновую пайку для больших групп сквозных соединений
- Селективную пайку для локальной пайки на платах со смешанными технологиями
- Квалифицированную ручную пайку для прототипов или специальных деталей
Для рекомендуемых правил проектирования и возможностей процесса ознакомьтесь со страницей HILPCB о сборке PCB со сквозным монтажом.
3.2 Технология Поверхностного Монтажа (SMT)
SMT размещает компоненты непосредственно на поверхности PCB с использованием паяльной пасты и пайки оплавлением. SMT является основой современной электроники, поскольку позволяет:
- Очень высокую плотность компонентов и миниатюризацию
- Корпуса с мелким шагом, такие как QFN, BGA, микро-BGA, CSP
- Полную автоматизацию с высокоскоростными монтажными автоматами
Типичная линия SMT включает:
- Нанесение паяльной пасты
- SPI (контроль паяльной пасты, опционально)
- Автоматический монтаж
- Пайка оплавлением
- AOI и, при необходимости, рентген
Руководство по сборке SMT HILPCB и страница производства SMT на услуги сборки SMT описывают эти шаги, включая проектирование трафарета, точность размещения и настройку профиля оплавления.
3.3 Платы со Смешанными Технологиями
Реальные продукты почти всегда сочетают SMT с THT:
- SMT для мелких пассивных компонентов и ИС
- THT для разъемов, силовых полупроводников и механически прочных деталей
Линии со смешанными технологиями должны отвечать на:
- Сначала оплавление SMT, затем селективная пайка THT, или наоборот?
- Могут ли какие-либо компоненты выдержать два цикла оплавления?
- Где держать зоны, свободные от припоя, для волновой или селективной пайки?
HILPCB охватывает такие смешанные процессы в своих рекомендациях DFM и на страницах крупносерийного производства PCBA, показывая, как шаги SMT и THT упорядочиваются в условиях крупносерийного производства.
4. Рабочий Процесс Сборки PCB: Шаг за Шагом
4.1 Инженерная Подготовка и DFM/DFA
До того, как будет построена первая плата, команда EMS:
- Импортирует Gerber / ODB++, BOM, данные размещения и требования к тестированию
- Проверяет DFM/DFA: размеры контактных площадок, расстояние, панелизация, метки, доступ для тестирования и тепловые релифы
- Предлагает улучшения для уменьшения дефектов и повышения пропускной способности
Хороший обзор этого согласования проектирования и производства можно найти в Услуги PCB: полные решения для электронного производства HILPCB.
4.2 Нанесение Паяльной Пасты
- Трафарет из нержавеющей стали выравнивается относительно PCB.
- Паяльная паста (бессвинцовый сплав олово/свинец + флюс) наносится на контактные площадки.
- Объем и положение имеют решающее значение для избежания пустот, коротких замыканий или обрывов.
Для сборок высокой надежности (например, автомобильная, аэрокосмическая) нанесение пасты строго контролируется и часто проверяется с использованием систем SPI 2D/3D.
4.3 Монтаж
- Монтажные автоматы загружают компоненты с рулонов и лотков.
- Системы технического зрения выравнивают каждую деталь и размещают ее в паяльной пасте.
- Скорость монтажа может достигать десятков тысяч компонентов в час.
Линии SMT HILPCB, описанные в совершенстве сборки SMT, поддерживают BGA и микро-BGA со сверхмелким шагом, обычно встречающиеся в проектах с высокой плотностью.
4.4 Пайка Оплавлением
- Платы проходят через многозонную печь оплавления (предварительный нагрев, выдержка, оплавление, охлаждение).
- Припойный сплав плавится, смачивает контактные площадки и выводы, затем затвердевает, образуя соединения.
- Профиль оплавления должен быть настроен в соответствии с набором компонентов и тепловой массой платы.
Специальные профили оплавления часто требуются для термочувствительных сборок, таких как дисплеи на электронных чернилах или передовые датчики; HILPCB описывает такую настройку в своем руководстве по сборке PCB для E-ink.
4.5 Пайка Скрытого Монтажа
Если конструкция включает компоненты THT:
- Волновая пайка может использоваться для односторонних сборок со многими выводами.
- Селективная пайка или ручная пайка используется для локальных соединений на плотных SMT-платах.
Пропускная способность и методы контроля процесса для крупносерийного THT further обсуждаются в обзоре крупносерийного производства PCBA HILPCB.
5. Контроль, Тестирование и Управление Качеством
Высококачественная электронная сборка зависит от систематического контроля и тестирования.
5.1 Автоматический Оптический Контроль (AOI)
AOI сканирует каждую собранную PCB на предмет:
- Отсутствующих, смещенных или повернутых компонентов
- Припойных мостиков, "надгробий" и недостаточного количества припоя
- Ошибок полярности и деталей с неправильным номиналом (когда визуально идентифицируемо)
AOI является основным элементом в рабочих процессах HILPCB, соответствующих IPC, как описано в статье Сборка PCB IPC-A-610.
5.2 Рентгеновский Контроль
Для скрытых соединений (BGA, LGA/QFN, stacked connectors):
- Рентгеновское изображение выявляет пустоты, короткие замыкания и недостаточное количество припоя под корпусами.
- Это необходимо для рынков высокой надежности, таких как автомобильная, аэрокосмическая промышленность и телекоммуникации.
Статья HILPCB о рентгеновском контроле PCB объясняет, как встроенный и автономный рентген интегрированы в процессы SMT.
5.3 Электрическое и Функциональное Тестирование
В зависимости от требований продукта, тестирование может включать:
- ICT / летающие зонды для проверки коротких замыканий, обрывов и параметрических проверок
- Граничное сканирование (JTAG) для сложных цифровых плат
- Функциональное тестирование (FCT) с прошивкой, запрограммированной в устройстве
- Скрининг environmental stress (термоциклирование, вибрация, "прожарка") для критически важной электроники
Процессы высокой надежности, включая стратегии тестирования для плат Класса 2/3, обобщены в руководстве HILPCB по производству и сборке PCB высокой надежности.
6. За Пределами PCB: Сборка Корпуса и Системная Интеграция
Электронная сборка не останавливается на PCBA. Многие поставщики EMS также предлагают сборку корпуса:
- Сборка корпуса и механическая интеграция
- Жгуты проводов, сборки вентиляторов, дисплеи, клавиатуры и разъемы
- Окончательное системное тестирование, калибровка и упаковка
Этот путь "от платы к корпусу" проиллюстрирован в сборке корпуса для электроники HILPCB, где сборка PCB, разводка и корпуса обрабатываются в рамках одной системы качества.
Для клиентов, которые предпочитают одного партнера от закупки BOM до готового продукта, HILPCB предоставляет сборку PCB "под ключ", которая объединяет закупку, производство, PCBA и сборку корпуса.
7. Особые Случаи: Гибкие, С Металлическим Основанием и Высокоплотные Сборки
Современные продукты часто требуют большего, чем стандартные платы FR-4:
- Сборки гибких и жестко-гибких PCB в носимых устройствах, камерах и складных устройствах
- PCB с металлическим основанием (MCPCB) для светодиодного освещения и мощных модулей
- Платы с высокой плотностью монтажа (HDI) для компактных высокоскоростных систем
Каждая из них имеет определенные проблемы сборки, от коробления и изгиба до тепловых градиентов и межсоединений с мелким шагом:
- См. Услуги по сборке гибких PCB HILPCB для требований к гибким и жестко-гибким платам.
- Для тепловых нюансов и нюансов сборки конструкций с металлическим основанием прочтите Руководство по сборке MCPCB.
- Конструкции с высокой плотностью обсуждаются в Услуги по производству и сборке PCB с высокой плотностью.
8. Как Выбрать Партнера по Производству Электронной Сборки
При выборе партнера EMS сосредоточьтесь на большем, чем просто стоимость за единицу.
8.1 Опыт, Сертификаты и Масштаб
- Годы работы и референтные проекты в вашей отрасли
- Сертификаты качества: ISO 9001, ISO 13485, IATF 16949, UL, RoHS, REACH и т.д.
- Способность поддерживать как прототипы, так и крупносерийную PCBA без изменений процесса
HILPCB описывает свои интегрированные возможности и сертификаты в более широком руководстве по процессу производства печатных плат и обзоре услуг PCB.
8.2 Технические Возможности и Поддержка DFM
- Возможности SMT (мелкий шаг, BGA, микро-BGA, компоненты 01005)
- THT, смешанные технологии и специальные процессы (конформное покрытие, заливка, селективная пайка)
- Поддержка DFM/DFA для снижения риска до производства
Статья Рекомендации DFM от HILPCB является хорошим контрольным списком того, что серьезный поставщик EMS должен проверять перед сборкой ваших плат.
8.3 Тестирование и Надежность
- Возможности AOI, рентгена, ICT, FCT, граничного сканирования
- Опыт в секторах высокой надежности (автомобильная, медицинская, промышленная)
- Проверенная реализация стандартов IPC-A-610 и связанных с ними
Руководства HILPCB по PCB высокой надежности и Рентгеновскому контролю показывают, как выглядит зрелая стратегия тестирования и контроля.
9. Заключение
Электронная сборка - это многоэтапный, строго контролируемый процесс, который превращает голые платы и компоненты в надежные, проверенные продукты:
- Процессы SMT и THT монтируют компоненты с точными припойными соединениями.
- Платы со смешанными технологиями требуют тщательной последовательности оплавления, волновой и селективной пайки.
- AOI, рентген, электрическое и функциональное тестирование гарантируют, что каждая сборка соответствует спецификации.
- Сборка корпуса и системная интеграция превращают PCBA в готовые продукты, готовые для конечных пользователей.
Сотрудничая с компетентным поставщиком EMS, таким как HILPCB - предлагающим интегрированное производство PCB, сборку, тестирование и сборку корпуса - вы можете снизить риск, ускорить вывод на рынок и обеспечить, чтобы ваша электроника была производимой, надежной и масштабируемой.