1.3 PCBA组装流程设计

PCBA组装流程设计方式

PCBA的组装流程设计决定了PCBA正反面元器件的布局，主要布局设计如图1-5～图1-9所示。

1.全SMD布局设计

随着元器件封装技术的发展，基本上各类元器件都可以用表面组装封装，因此，尽可能采用全SMD设计，有利于简化工艺和提高组装密度。

根据元器件数量以及设计要求，可以设计为单面全SMD或双面全SMD布局（见图1-5）。对于双面全SMD布局，布局在底面的元器件应该满足顶面焊接时不会掉下来的最基本要求。

装配工艺流程如下。

（1）底面：印刷焊膏→贴片→再流焊接。

（2）顶面：印刷焊膏→贴片→再流焊接。

之所以先焊接底面，是因为一般底面上所布局的SMD考虑到了不能掉下来的焊接要求。

2.顶面混装，底面SMD布局设计

这是目前常见的布局形式，根据插装元器件的焊接方法，可以细分为三类布局，即波峰焊接、托盘选择性波峰焊接和移动喷嘴选择性波峰焊接或手工焊接。由于焊接工艺不同，设计要求略有不同。

1）底面采用波峰焊接的布局设计

底面采用波峰焊接的布局设计如图1-6所示，这类布局适合复杂表面组装元器件（不适合波峰焊接的SMD）可以在一面布局下的情况。

底面一般只能够用波峰焊接的封装，如0603～1206范围内的片式元器件、引线间距大于等于1mm的SOP等。

波峰焊接面上布局的SMD必须用胶固定。采用的装配工艺流程如下。

（1）顶面：印刷焊膏→贴片→再流焊接。

（2）底面：点胶→贴片→固化。

（3）顶面：插件。

（4）底面：波峰焊接。

之所以先焊接顶面，一方面，因为裸PCB在焊接前比较平整；另一方面，因为底面胶的固化温度比较低（≤150℃），不会对顶面上已经焊接好的元器件构成不良影响。

2）底面采用掩模选择性波峰焊接的布局设计

底面采用掩模选择性波峰焊接的布局设计如图1-7所示，这类布局适合SMD数量多、一面布局不下，又有不少插装元器件的情况。

底面布局要求比较多，一是SMD元器件不能太高；二是波峰焊接元器件与掩模保护的SMD之间的间隔要满足掩模板制作及热的设计要求。

掩模选择性波峰焊接的布局设计，其装配工艺流程如下。

（1）底面：印刷焊膏→贴片→再流焊接。

（2）顶面：印刷焊膏→贴片→再流焊接。

（3）顶面：插件。

（4）底面：加掩模板，波峰焊接。掩模板如图1-8所示。

3）底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计

底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计如图1-9所示，这类布局适合SMD数量多、一面布局不下，只有少数插装元器件的情况。

底面布局与双面全SMD基本一样，只要插装引脚与周围元器件的间隔满足喷嘴焊接要求即可。

底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计，其装配工艺流程如下。

（1）底面：印刷焊膏→贴片→再流焊接。

（2）顶面：印刷焊膏→贴片→再流焊接。

（3）底面：移动喷嘴选择性波峰焊接。

3.焊接良率与可靠性的考虑

PCBA的组装流程设计，在一些工艺条件下会影响到焊接的良率与可靠性。比如：

（1）双面组装PCBA，第二次焊接面的平整度不如第一次焊接面。

我们知道，PCB属于不同材料的层压产品，存在内应力。在第一次焊接后PCB会发生翘曲变形。此翘曲变形会影响到第二次焊接面的焊膏印刷，因此，对于那些对焊膏量比较敏感的元器件（如双排QFN、0.4mmQFP等），在布局时必须考虑PCB翘曲变形的影响或控制翘曲变形所需要的空间要求。

（2）掩模选择焊接工艺条件下，PCB表面容易残留没有经过高温分解的焊剂。我们通常采用合成石掩模板实现选择焊接，由于掩模板与PCB之间没有密封圈，仅靠接触进行密封，实际上它们之间会因PCB或掩模板的翘曲存在一定的间隙，如图1-10所示。在喷涂助焊剂的时候，过量的助焊剂往往会沿缝隙漫流进掩模保护区，而这些焊剂过波峰时又不能被熔融的焊锡高温分解掉或冲刷掉，具有一定的腐蚀性。如果焊接后不进行清洗，这些残留的助焊剂很容易吸潮而引起漏电，降低表面绝缘电阻甚至对电路、元器件造成腐蚀，影响PCBA的长期可靠性。因此，元器件布局时一定要保证被保护元器件与选择焊接元器件焊盘之间有足够的距离，不能无约束地追求小距离的设计。距离越小，掩模选择开窗密封尺寸就越小，对可靠性的影响也越大。