Что такое PCBA? PCBA, или Printed Circuit Board Assembly (сборка печатных плат), означает печатную плату, на которую установлены различные электронные компоненты, что представляет собой дальнейшую обработку, выходящую за рамки базовой печатных плат. Проще говоря: печатная плата + электронные компоненты = PCBA. Печатная плата — это голая плата, тогда как PCBA — это плата со всеми установленными компонентами, готовая к непосредственному использованию в электронных продуктах.
PCBA представляет собой полуфабрикат печатных плат, включающий в себя как подложку, так и установленные на ней компоненты. PCB, между тем, является английской аббревиатурой от Printed Circuit Board (печатная плата), которая может быть изготовлена из различных материалов и с помощью различных процессов. Технология поверхностного монтажа (SMT) представляет собой специальный производственный процесс, выполняемый с помощью специализированного оборудования для производства печатных плат. Используемые компоненты, естественно, являются машиносовместимыми, как правило, безвыводными.
Основные технические характеристики PCBA
1.Электрические характеристики
Целостность сигнала: в высокочастотных цепях PCBA должна обеспечивать целостность передачи сигнала путем контроля характеристического импеданса (50 Ом/75 Ом) и подавления отражений и перекрестных помех, достигая передачи сигнала с низкими потерями.
Целостность питания: благодаря многослойной конструкции PCB и оптимизированным развязывающим конденсаторам колебания напряжения контролируются на уровне ≤±5%, что обеспечивает стабильное питание таких компонентов, как микросхемы.
2.Механические и физические свойства
Высокая плотность интеграции: с тенденцией к миниатюризации электронных продуктов PCBA должна обладать чрезвычайно высокой степенью интеграции и точности, чтобы соответствовать разнообразным современным требованиям к электронике.
Управление тепловым режимом: для устройств высокой мощности PCBA требует эффективных возможностей отвода тепла.
3.Характеристики надежности процесса
Надежность пайки: качество пайки напрямую влияет на срок службы PCBA. SMT и пайка волной припоя являются основными технологиями, требующими строгого контроля таких параметров, как профили температуры пайки и состав паяльной пасты.
Адаптируемость к окружающей среде: в зависимости от сценариев применения, PCBA должны соответствовать определенным требованиям к окружающей среде (например, для применения в военной сфере).
4.Проектирование с учетом технологичности и тестируемости
Проектирование с учетом технологичности (DFM): при проектировании необходимо учитывать технологичность производства, включая рациональную компоновку компонентов и конструкцию апертуры трафарета, чтобы снизить количество дефектов при производстве.
Проектирование с учетом тестируемости (DFT): такие методы, как размещение тестовых точек и JTAG, позволяют проводить ICT (внутрисхемное тестирование) и FCT (функциональное тестирование) во время производства, обеспечивая функциональность PCBA.
Электронные компоненты, являющиеся основными составляющими плат PCBA, можно разделить на три основных типа в зависимости от функциональных характеристик и процессов установки:
1.Компоненты со сквозными отверстиями (компоненты THT)
Эти компоненты обеспечивают электрическое соединение путем вставки металлических выводов через переходные отверстия печатной платы. Типичными примерами являются осевые резисторы, электролитические конденсаторы и индукторы с цветными полосками. Их относительно большие физические размеры обеспечивают превосходную токовую нагрузку (обычно достигающую нескольких ампер) и способность выдерживать напряжение (до нескольких киловольт), что делает их широко используемыми в силовых модулях, промышленном контрольном оборудовании и других приложениях, требующих строгих электрических характеристик.
2.Устройства для поверхностного монтажа (компоненты SMD)
Эти миниатюрные компоненты крепятся к поверхности печатной платы с помощью пайки оплавлением. К ним относятся микросхемы, такие как SOT (Small Outline Transistor), SOP (Small Outline Package) и QFP (Quad Flat Package), а также чиповые резисторы и конденсаторы размером 0402/0603. Эти компоненты отличаются компактными размерами (минимальный размер корпуса до 0,3×0,15 мм) и легкой конструкцией, поддерживают двустороннюю монтажную конструкцию. Они особенно подходят для высокоплотной интегрированной электроники, такой как смартфоны и носимые устройства.
3.Устройства с шариковой решеткой (компоненты BGA)
Эти высококачественные компоненты обеспечивают пайку флип-чипа к печатным платам с помощью паяных шариков (диаметр 0.2–0.76 мм), распределенных в матрице на нижней стороне. Они в основном используются в основных процессорах, таких как CPU, GPU и FPGA. Их исключительно высокая плотность контактов (один чип может иметь более 2000 контактов) предъявляет строгие требования к процессам пайки: для проверки целостности паяных соединений необходимо рентгеновское контролирование, а для обеспечения надежной пайки должны использоваться высокоточные установки для размещения (точность повторяемости ±0.02 мм) и вакуумные печи для пайки (равномерность температуры ±3 °C).
Процесс производства PCBA:
1.Проектирование печатных плат: на этом этапе используются инструменты EDA (например, Altium Designer, KiCad) для составления схемных чертежей и планирования пространственной компоновки печатных плат. Он точно определяет координаты размещения компонентов, спецификации электрической разводки и структуры многослойных плат. Являясь основополагающим этапом в процессе производства PCBA, эта стадия аналогична проектированию чертежей в строительной инженерии. Качество и точность ее проектирования напрямую определяют техническую осуществимость последующих этапов, включая размещение компонентов, проверку целостности сигнала и тестирование общей надежности системы.
2.Закупка компонентов: Электронные компоненты закупаются в соответствии с проектной документацией (список BOM) с тщательной проверкой критических параметров, включая спецификации, коды моделей и классы качества. Это гарантирует, что все технические характеристики материалов полностью соответствуют проектным требованиям, создавая основу для последующего производства PCBA.
3.Сборка с использованием технологии поверхностного монтажа (SMT):
- Печать паяльной пасты: нанесение паяльной пасты на контактные площадки печатных плат с помощью трафарета для подготовки к последующей пайке компонентов.
- Размещение компонентов: точное позиционирование компонентов на печатной плате с помощью машины для размещения. Это роботизированное устройство быстро и точно размещает мелкие компоненты в указанных местах.
- Пайка оплавлением: высокотемпературный нагрев плавит паяльную пасту, прочно закрепляя компоненты на печатной плате и устанавливая электрические соединения.
4.Сборка THT с сквозными отверстиями (для компонентов, не подходящих для SMT): Технология сквозных отверстий (THT) используется для таких компонентов, как большие конденсаторы и разъемы, которые обычно паяются с помощью пайки волной или ручной пайки. Во время пайки волной печатная плата проходит через волну расплавленного припоя для завершения крепления компонентов; ручная пайка используется в особых случаях или при мелкосерийном производстве.
5.Проверка и тестирование:
- AOI-проверка: автоматическая оптическая проверка использует системы оптической визуализации для проверки качества пайки и размещения компонентов на печатных плат, быстро выявляя очевидные дефекты пайки и отклонения в размещении компонентов.
- ICT-тестирование: Внутрисхемное тестирование проверяет функциональность схемы, оценивая электрические характеристики каждого компонента на плате.
- Функциональное тестирование: Имитирует реальные условия эксплуатации для комплексной оценки общей производительности PCBA, обеспечивая стабильную работу в практических приложениях.
6.Очистка и защита:
Остатки флюса и загрязнения от пайки удаляются, после чего наносится тройное защитное покрытие (влагозащитное, пылезащитное, коррозионно-стойкое) для повышения надежности и срока службы PCBA.
7.Упаковка и доставка:
PCBA (печатная плата) упаковывается с использованием антистатических материалов. Затем полностью упакованный готовый продукт доставляется в указанное заказчиком место или передается на последующие этапы сборки. Это обеспечивает защиту продукта от статического электричества и других потенциальных опасностей во время транспортировки и хранения.
