Vad är PCBA? PCBA, eller Printed Circuit Board Assembly, avser ett PCB-kort på vilket olika elektroniska komponenter har installerats, vilket innebär ytterligare bearbetning utöver det grundläggande PCB-kortet. Enkelt uttryckt: PCB + elektroniska komponenter = PCBA. Ett PCB är ett tomt kort, medan ett PCBA är ett kort med alla komponenter monterade, redo för direkt användning i elektroniska produkter.
PCBA utgör en halvfabrikat av kretskort, som omfattar både substratet och dess monterade komponenter. PCB är den engelska förkortningen för Printed Circuit Board (kretskort), som kan tillverkas av olika material och genom olika processer. Ytmonteringsteknik (SMT) representerar en specifik tillverkningsprocess som utförs av specialiserade maskiner för att producera kretskort. De komponenter som används är naturligtvis av den maskinkompatibla typen, vanligtvis utan ledningar.
Viktiga tekniska egenskaper hos PCBA
1.Elektriska prestandaegenskaper
Signalintegritet: I högfrekventa kretsar måste PCBA säkerställa signalöverföringsintegriteten genom att kontrollera karakteristisk impedans (50 Ω/75 Ω) och undertrycka reflektion och överhörning, vilket ger en signalöverföring med låga förluster.
Strömintegritet: Genom flerskikts-PCB-design och optimerade avkopplingskondensatorer kontrolleras spänningsfluktuationer till ≤±5 %, vilket säkerställer en stabil strömförsörjning till komponenter som chip.
2.Mekaniska och fysiska egenskaper
Hög densitetsintegration: Med trenden mot miniatyrisering av elektroniska produkter måste PCBA ha extremt hög integration och precision för att uppfylla olika moderna elektroniska krav.
Värmehantering: För hög effekt-enheter kräver PCBA effektiv värmeavledningsförmåga.
3.Processens tillförlitlighetsegenskaper
Lödningssäkerhet: Lödningskvaliteten påverkar direkt PCBA:s livslängd. SMT och våglödning är primära tekniker som kräver strikt kontroll av parametrar såsom lödningstemperaturprofiler och lödpastasammansättning.
Miljöanpassningsförmåga: Beroende på tillämpningsscenarier måste PCBA uppfylla specifika miljökrav (t.ex. militära tillämpningar).
4.Design för tillverkningsbarhet och testbarhet
Design för tillverkningsbarhet (DFM): Produktionsgenomförbarheten måste beaktas under designfasen, inklusive rationell komponentlayout och stencilöppningsdesign, för att minska felfrekvensen under tillverkningen.
Design för testbarhet (DFT): Tekniker som testpunktsplacering och JTAG möjliggör ICT (In-Circuit Test) och FCT (Functional Test) under produktionen, vilket säkerställer PCBA-funktionaliteten.
Elektroniska komponenter, som är kärnkomponenterna i PCBA-kort, kan kategoriseras i följande tre huvudtyper baserat på funktionella egenskaper och installationsprocesser:
1.Genomgående komponenter (THT-komponenter)
Dessa komponenter uppnår elektrisk anslutning genom att metallkablar förs in i genomgående hål på kretskortet. Typiska exempel är axiella motstånd, elektrolytkondensatorer och färgbandsinduktorer. Deras relativt stora fysiska dimensioner ger överlägsen strömförande kapacitet (vanligtvis flera ampere) och spänningshållfasthet (upp till flera tusen volt), vilket gör dem allmänt använda i kraftmoduler, industriell styrutrustning och andra applikationer som kräver stränga elektriska prestanda.
2.Ytmonterade komponenter (SMD-komponenter)
Dessa miniatyrkomponenter fästs på kretskortets yta med hjälp av reflow-lödning. De omfattar IC-chips som SOT (Small Outline Transistor), SOP (Small Outline Package) och QFP (Quad Flat Package), tillsammans med chipmotstånd och kondensatorer i storlekar som 0402/0603. Dessa komponenter har kompakta dimensioner (minsta paketstorlek ner till 0,3 × 0,15 mm) och lätt konstruktion, vilket stödjer dubbelsidiga monteringskonstruktioner. De är särskilt lämpliga för integrerad elektronik med hög densitet, såsom smartphones och bärbara enheter.
3.Ball Grid Array-enheter (BGA-komponenter)
Dessa avancerade komponenter uppnår flip-chip-lödning till kretskort via lödkulor (diameter 0,2–0,76 mm) som är fördelade i ett rutnät på undersidan. De används främst i kärnprocessorer som CPU:er, GPU:er och FPGA:er. Deras exceptionellt höga stiftdensitet (enkelchips kan ha över 2000 stift) ställer stränga krav på lödningsprocesserna: Röntgeninspektion är nödvändig för att verifiera lödförbindelsernas integritet, medan högprecisionsplaceringsmaskiner (repeterbarhetsnoggrannhet ±0,02 mm) och vakuumåterflödesugnar (temperaturjämnhet ±3 °C) måste användas för att säkerställa tillförlitlig lödning.
PCBA-tillverkningsprocess:
1.PCB-design: I detta steg används EDA-verktyg (t.ex. Altium Designer, KiCad) för att slutföra ritningen av schematiska diagram och planeringen av PCB:s rumsliga layout. Det bestämmer exakt komponenternas placeringskoordinater, specifikationer för elektrisk dragning och flerlagerskortens staplingsstrukturer. Som det grundläggande steget i PCBA-tillverkningsprocessen motsvarar detta steg ritningsdesignen inom byggteknik. Kvaliteten och precisionen i designen avgör direkt den tekniska genomförbarheten i efterföljande steg, inklusive komponentplacering, verifiering av signalintegritet och övergripande systemtillförlitlighetstestning.
2.Komponentanskaffning: Elektroniska komponenter anskaffas enligt konstruktionsdokumentationen (BOM-lista), med noggrann verifiering av kritiska parametrar, inklusive specifikationer, modellkoder och kvalitetsgrader. Detta säkerställer att alla materialets tekniska egenskaper helt överensstämmer med konstruktionskraven, vilket skapar en kompatibel komponentgrund för efterföljande PCBA-tillverkning.
3.Montering med ytmonteringsteknik (SMT):
- Lödpastatryck: Applicering av lödpasta på PCB-kuddar via en schablon för att förbereda för efterföljande komponentlödning.
- Komponentplacering: Exakt placering av komponenter på PCB med hjälp av en placeringsmaskin. Denna robotanordning placerar snabbt och exakt små komponenter på angivna platser.
- Reflow-lödning: Hög temperatur smälter lödpastan, vilket fäster komponenterna ordentligt på kretskortet och skapar elektriska anslutningar.
4.THT-montering genom hål (för komponenter som inte är lämpliga för SMT): Genomhålsteknik (THT) används för komponenter som stora kondensatorer och kontakter, som vanligtvis löds med våglödning eller manuell lödning. Vid våglödning passerar kretskortet genom en våg av smält lödtenn för att slutföra komponentfästningen. Manuell lödning används för speciella omständigheter eller småskalig produktion.
5.Inspektion och testning:
- AOI-inspektion: Automatiserad optisk inspektion använder optiska bildsystem för att undersöka lödkvaliteten och komponentplaceringen på kretskort, vilket snabbt identifierar uppenbara lödfel och avvikelser i komponentplaceringen.
- ICT-testning: In-circuit-testning verifierar kretsens funktionalitet och utvärderar den elektriska prestandan för varje komponent på kortet.
- Funktionstestning: Simulerar verkliga driftsförhållanden för att omfattande utvärdera PCBA:s totala prestanda och säkerställa stabil drift i praktiska tillämpningar.
6.Rengöring och skydd:
Rester av flussmedel och föroreningar från lödprocessen avlägsnas, följt av applicering av en konform beläggning (fuktsäker, dammsäker, korrosionsbeständig) för att förbättra PCBA:s tillförlitlighet och livslängd.
7.Förpackning och leverans:
PCBA (Printed Circuit Board Assembly) förpackas med antistatiska material. Den färdigförpackade produkten levereras sedan till kundens angivna plats eller överförs till efterföljande monteringsproduktionssteg. Detta säkerställer att produkten förblir skyddad från statisk elektricitet och andra potentiella faror under transport och lagring.
