有没有想过大量生产电路板涉及到什么?具体来说,从裸板PCB到最终组装产品需要哪些步骤?我们将在本文中研究其中的几个步骤。

Arduino板前后组件放置。 Arduino板前后组件放置。

组件采购


组件采购是购买组装PCB所需的所有组件的过程。零部件是各种标准包装,旨在使自动化装配成为可能;例如磁带和卷,管,托盘。标准包装通常也提供标准的组件数量-例如,5000个电阻在一个卷轴;然而,有些部件经销商会收取卷装费,他们会取一小块部件,为你把它们装到一个卷上(加上“引线”和“尾带”的空白部分,这有助于把卷装到自动组装设备上)。PCB设计软件的“材料清单”(BoM)输出可以用来创建所需组件和数量的列表(Prote乐鱼app官方买球us在软件中有一个专用的材料清单模块),可以很容易地在多个板的电子表格中相乘。

PCB组件包装 胶带和管包装。

机喂


组件(在标准包装中)装入装配机的“进料器”中,当组件被使用时,“进料器”自动将组件送入机器。带&卷包装的组件包括一个带孔的齿轮把它拉进去的磁带,和一个粘在上面的塑料条,它把组件固定在带子里面,然后在组件需要的时候被剥离。用振动给料器把管子送进机器,使零件沿着管子振动或从管子里振动出来。托盘通常只是打开并放在机器的特定位置。

零件包装放置在给料机。 组件包装放置在馈线。

机编程


在某个时刻,需要有人向机器解释哪些组件应该放在PCB上的哪个位置。这通常通过Pick and Place文件完成,该文件包括组件列表以及它们在PCB上的X和Y坐标以及它们的旋转。选择和放置文件是由设计PCB的软件生成的。根据机器的聪明程度,它可能还需要被告知哪些组件位于哪个馈线中,以便知道在哪里找到它们。最后,机器还需要知道PCB上基准的位置,以及从哪里开始寻找它们的粗略位置。可能还需要编程进一步考虑,例如放置组件的速度有多快或多慢,拿起组件需要使用多少力,等等。因为不同的机器可能需要不同格式的“Pick and Place”文件,所以Proteus包含了一个完全可定制的“Pick and Place”文件生成对话框。我们在组件采购步骤中提到的BoM(材料清单)在这一点上也很有帮助。Proteus还可以生成装配图,如果电路板丝印上没有包含部分或所有组件参考,这将特别有用。

锡膏


一般来说,电子元件有两种类型——“通孔”或“表面安装”。“通孔”组件有销,穿过PCB上的孔,通常在对面焊接;“表面贴装”组件位于PCB的表面。通孔组件的机械强度更强,但表面贴装组件更小,更适合自动组装。表面贴装组装从将“焊锡膏”涂到PCB开始;锡膏由悬浮在助焊剂溶液中的电子焊料小球组成,肉眼可见为灰色的锡膏。焊料是一种熔点相对较低的金属混合物,用于用导电连接将元件连接到PCB上。焊料大致有两种——有铅的和无铅的:含铅焊料更容易(在较低的温度下),并且被认为可以减少“锡晶须”的形成,然而由于铅的有毒特性(锡晶须是微小的金属链,很少会从焊料中生长出来,导致短路,甚至是导致太空卫星故障的原因),它在许多国家被禁止。无铅焊料不含铅,由于熔点较高,所以较难焊接。

PCB上的锡膏 PCB上的锡膏。

焊锡膏通常是用钢网涂在PCB上的——通常是一块不锈钢薄板,在焊膏应该通过的地方用激光切割成孔;将焊锡膏钢网放置在PCB的顶部,然后用橡皮刮将焊锡膏穿过钢网并通过孔;当模板再次抬起时,焊锡膏仍保留在板上所有正确的地方。也有一些机器可以使用喷嘴打印锡膏,但模板方法更快,因此更适合批量生产。生产模具所需的数据通常包含在PCB生产生成的Gerber文件中。通常会减小焊接膏的尺寸,使焊接膏比焊盘本身小一点。在Proteus中,可以打开和关闭“粘贴”层,以便查看板上焊锡膏的确切位置,以及在3D Visualiser中可视化这一点。在锡膏被应用后,电路板可以选择进入自动锡膏检查机,以验证锡膏过程成功完成,没有错误。

PCB焊锡膏模板 PCB焊锡膏模板。

组件的位置


接下来,粘贴好的板子进入一个或多个“取放”机器(我们在前面装载组件并编写程序的机器)。这些机器使用真空喷嘴将组件从馈线中取出,并将它们放置在板上的正确位置(顶级机器做这个比眼睛能看到的更快!)

组件的位置 部件放置与拾取和放置机器。

再流焊


一旦所有的组件已经正确地放置在粘贴的PCB上,是时候加热一切,融化焊锡;这通常是用回流烤箱完成的。回流炉通过控制温度剖面板;首先加热电路板,让PCB和组件吸收一些热量(但还没有热到熔化焊锡),然后温度迅速升高到足以熔化焊锡,然后温度再次下降到室温。首先加热组件和PCB确保焊锡将正确地粘附,而不会导致“干燥”接头。

回流焊过程 回流焊过程。

检查


回流焊后,板材可以进入一个“自动光学检查”(AOI)机器,它使用摄像头来确保所有正确的组件都在所有正确的地方,所有的焊接都是正确的。如果没有AOI,则通常由人员进行目视检查。

通孔


如果电路板包含通孔组件,那么这些组件可以通过几种不同的方式添加到电路板上:

  • 手工焊接,由一个人用烙铁。
  • 机器人焊锡,由机器人带烙铁。
  • 波峰焊接

在波峰焊过程中,通孔组件被放入/通过板和他们的腿修剪到所需的长度。在此之后,它们进入波峰焊锡机的传送带,在那里它们首先被喷上助焊剂,然后通过一波熔化的焊锡,它会粘附在板子上的正确点上(那些没有防焊剂保护的点)。


焊接后,可以选择清洗板,以清除焊接助焊剂残留物;这可以提高下一步保形涂层的粘接性能。

保形涂层


组装板可以选择覆盖“保形涂层”-一个透明的漆层-以保护它们免受腐蚀。

做……


在这个阶段,我们有一个完整的组装电路板。其他步骤也可能涉及,如微控制器编程,质量保证测试,放置在一个外壳内,等等,然而在本文中,我们已经涵盖了与组装PCB本身的制造有关的要点。

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