PLM 如何管理 PCB详解 ？

PCB 制造过程中对细节的一丝不苟，尤其是工艺和最终电子元件的放置，可能非常令人畏惧，尤其是在没有适当指导的情况下。

加入我们，我们将深入探讨印刷电路板组装( PCBA )，包括制造工艺、检查、优势和技巧，这些可以为您的公司节省时间和金钱，并为所有未来的发展奠定基础。

什么是印刷电路板组装（PCBA ）？

在 PCB 设计中，有两个独立的元素：PCB 和PCB 组件 (PCBA)。与传统的机械装配不同，传统的机械装配可以有多个嵌套级别，而电路板只有底层（PCB 本身）和顶层（带有所有附加组件的 PCBA）。

除了极少数例外，所有电气设备都是使用印刷电路板组件构建的。在机电产品中，电气元件需要安装到某个物体上。所有组件都必须存在、连接并连接在一起才能使设备正常工作，而 PCBA 是实现这一目标的最有效方法。顾名思义，PCBA是安装在印刷电路板（PCB）上的各种电子元件的组装。PCB 使用非导电材料制成的平板构建。流行的组件是使用玻璃纤维或环氧树脂制成的，并且在表面上印刷或蚀刻路径。

焊接工艺将电阻器、二极管、集成电路、电容器和其他基本功能和组件集成到电路板上，以创建坚固的PCBA 。

这是通过两种主要方法完成的：表面贴装技术( SMT ) 和通孔技术( THT )，我们将在下面更详细地讨论。

PCB 的文件要求

成功的PCB 组装过程需要深入的文档记录，并且必须满足许多要求。

尽管可能很长，但在PCB 设计和制造中包括以下内容对于遵守监管机构和制作有效的 PCB 是必要的。

• 物料清单 (BOM)：BOM是PCB 组装所需所有内容的完整列表。零件编号、数量和参考标志对于库存管理和采购来说是必需的。
  
  
  物料清单 (BOM)是构建产品所需的所有组件的综合列表。它包括零件名称、描述和规格，以便当它发送给采购团队时，他们可以准确地了解他们需要采购什么。根据产品的尺寸和复杂性，其 BOM 可能只列出几个零件或数百个零件。
  如果没有完整、准确的 BOM，PCBA 可能会缺少零件或出现错误，从而导致设备无法正常工作，需要报废或送去返工。
  PLM中的 PCBA 示例显示了顶层 PCBA 本身以及嵌套在下面的 PCB 和 EBOM。
  PCB 设计 BOM 中所需的字段
  在 PCB 制造中，您需要包含一些必填字段来构建完整且彻底的 BOM：

  1) 商品名称

  需要包含在 BOM 中的第一个字段是项目名称。您将在此处放置印刷电路板及其每个附加的单独组件。这些组件的示例包括：
  电路板
  电容器
  电阻器
  二极管
  连接器

  2) 每板数量

  每块板的数量是 BOM 中的一个规格，指示创建单个板组件所需的每个零件的数量。

  3) 制造商零件号

  制造商零件号 (MPN) 是为各个零件提供的唯一的特定标识符，通常显示为一串数字和字母。该数字准确地告诉您的采购团队和供应商您需要哪些零件，以及您将用来在整个制造过程中跟踪材料的零件。
  需要注意的是，MPN 是一个唯一的、国际通用的编号，与库存单位 (SKU) 不同，后者是供应商分配的内部使用标识符，与电路板生产无关。

  4) 不填充/不安装 (DNP/DNI)

  该字段指示特定版本的产品不需要某个组件。

  5) 元件参考标号

  参考指示符是 BOM 中使用的标识符，可帮助识别电气原理图中引用每个组件的位置。参考指示符有助于消除有关电路板上每个部件的位置的任何混淆。

  6) 尺寸/占地面积

  PCB 中的每个组件都有不同的尺寸和布局。该字段通常包含一个图表，显示组件的位置，包括引脚和引线。此信息可确保每个组件都正确放置，并且所有组件都适合其指定的空间。

  7) 零件说明

  零件的描述是您如何将有关每个零件的更多信息和详细信息添加到 BOM 中。您可以使用此字段来描述零件的功能，添加有关在哪里可以找到零件的信息，或者在采购团队无法采购原始组件时建议使用替代零件。

  可选项目

  除了 PCB BOM 上的这些强制性项目外，还有一些其他可选字段可用于进一步详细说明创建印刷电路板组件所需的材料的综合列表。
• 供应商名称：供应商名称可以帮助确定零件的来源以及谁将其分发给您。
• 供应商部件号：供应商可能有自己的材料部件号，因此您可能需要将其包含在 BOM 中。
• 特定部件的价值：部件的价值向团队表明与其相关的价值以及它如何适合 PCB。
• 零件制造商名称：这标识了零件的生产地点以及您从哪里获得零件。
• GERBER 文件：由 PCB 设计软件创建的矢量图像文件，包含制造 PCB 所需的所有信息。它们通常包括有关过孔、焊盘、走线和设计元素以及组件放置完整性的详细信息。
• 原理图：原理图显示了 PCB 上组件之间的电气连接。它们是在  PCB 设计过程中创建的，并显示每个细节，特别是组件之间的路由信息。 
  
• 组件功能图：这些图显示了 PCB 的高级设计及其功能。利益相关者可以使用它们来了解 PCB 的用途，而电气工程师则依靠原理图来了解更多细节。

PCB 有哪些不同类型？

并非所有 PCB 都是一样的；它们可以有各种不同的布局并有不同的用途。以下是一些最常见的 PCB 类型及其应用。

单面PCB

单面 PCB 包含放置在基板上方的单个导电层，其中电子元件焊接或放置在一侧。由于它们只有一层导电层，因此路径不能重叠或占用太多空间。这些非常适合计算器和照明板等低密度产品设计，并且往往既经济高效又易于制造。

双面PCB

双面 PCB，顾名思义，基板的底部和顶部都有导电材料。这使得部件可以放置在两侧并通过板上的孔连接。这些类型的电路板用于需要比单面 PCB 允许的更小的电路板的产品，例如手机。双面 PCB 提高了电路板的灵活性，使其适用于汽车仪表板、功率放大器和工业控制。

多层PCB

多层 PCB 将具有两个以上的导电层。基板和导电层以“三明治”布局排列，彼此堆叠。然后必须对这些不同的层进行层压，以避免出现气隙并确保组件连接。它们用于先进的电子产品，如心脏监视器、X 射线机、卫星系统、空间探测设备和天气分析。它们更加紧凑，并提供高度的设计灵活性。

刚性PCB

刚性 PCB 具有无法操纵的坚固电路板。它增加了板材的强度，由紧密粘合在一起的多层组成。这些板既紧凑又轻便，但一旦制成就无法修改。刚性 PCB 通常用于机器人和汽车生产，由于其能够承受振动和极端温度，它们也用于航空航天和大型复杂的医疗技术（MR 系统和 EKG 机器）。

柔性线路板

柔性 PCB 与刚性 PCB 相反。这种柔性板由聚酰胺等可移动材料制成。该板设计用于移动和弯曲，而不会损坏连接到板上的组件。它用于柔性太阳能电池、相机和一些汽车设备等产品。它们可以节省设计空间并帮助为产品提供热管理。

刚挠结合板

刚柔结合 PCB 是一种由柔性和刚性组件制成的混合板。这创造了一种既可以折叠又可以操作的最终产品，同时仍保持高水平的强度。它们的灵活性和强度使它们的制造更加复杂，但非常适合人工耳蜗和起搏器等医疗应用，以及雷达设备和无线电通信系统等航空航天技术。

印刷电路板组装方法

正如我们之前提到的， PCB 组装有两种主要方法。阅读本节时，请记住每种服务在选择PCB 组装服务时提供的好处和独特优势。

主要区别与PCB 板上的安装有关。

表面贴装技术（SMT ）

SMT可以被认为是一种“直接方法”。组件具有直接安装在电路板表面上的小金属焊盘或引线。

SMT元件通常更轻、更小，并且直接熔合到焊盘上。此过程最适合微型设备。

通孔技术（THT ）

THT ，有时也称为PTH （镀通孔 焊接），是一种较旧的技术，至今仍用于各种电子设备。

主要区别在于安装技术，即通过在 PCB 上钻的孔进行安装。板上的元件和组件穿过 PCB 并焊接到另一侧，以形成安全的电气和机械连接。

PCBA必备材料

电路板制造是一个包含许多关键部件的详细过程，这些部件必须协同工作才能产生出色的结果。

• 基板：基板是PCB的基础，提供坚固的玻璃纤维增强层压板基础，为您提供支撑其他组件所需的强度和绝缘性并确保正确的连接。
• 铜：铜是一种优良的导电金属，用于许多电气设备。在 PCB 中，它作为箔片集成到基板上，然后将多余的部分切割成所需的长度和位置。
• 阻焊层：安全是 PCB 的一个组成部分。阻焊层（保护层）涂在整个 PCB 表面（元件熔合的地方除外）。这可以提高焊接机的可靠性并保护铜。
• 丝网印刷：丝网印刷是一种基于油墨的涂层（非导电），用于指示和标记方向、极性和组件。
• 过孔： PCB 上的一个小钻孔，用于连接电路板和各个铜层。最常见的是 THT 技术中使用的通孔。

印刷电路板组装过程如何进行

PCBA 流程涉及将电子元件集成到印刷电路板上以创建功能性电子设备。该过程通常包括以下阶段：

PCB元件采购

尽管这看起来很简单，但它为端到端流程定下了基调。如果没有所有正确的组件，就无法制作出功能性 PCB。有时，保留重复或冗余也很好，特别是如果这是一项新技术或订单。

在这种情况下，BOM 是必要的。它 提供了装配过程中前进所需的一切的完整列表。使用 PLM 平台进行 BOM 管理，跟踪您需要的一切，包括每个组件的数量、参考号和零件号。

较旧的粘贴应用

晃动的组件、悬垂的线圈和松动的螺丝都会影响电路板的功能，因此确保它们用焊膏牢固固定非常重要。 焊膏（助焊剂和颗粒的混合物）是焊接过程中使用的临时粘合剂，可将表面安装元件固定到位，直到施加焊料。

使用贴片机定位元件

虽然在特定的时间和地点需要进行复杂的人为接触，但自动化是装配过程中的最佳选择。取放机使用机械甚至真空运动从送料器中取出元件并将其放入正确的位置进行焊接，从而减少大规模生产期间的成本和人为错误。

焊接

一旦所有组件都已收集并放置在电路板上的正确位置，就可以进行焊接了。焊接在高温下熔化金属合金，将元件固定到电路板上，确保强度、耐用性和寿命。

回流焊

回流焊接通常与SMT 组装一起使用，以提供可靠且精确的解决方案。PCB 组装完成后，将通过回流焊炉，通过受控的加热过程使焊膏熔化。

随后的焊点为元件提供了永久的结合，使其保持在电路板上的适当位置。

波峰焊

该方法利用THT或PTH技术中创建的通孔来固化组件的裸露引线。要进行波峰焊接，您必须首先通过熔化的焊料波峰来创建流过通孔的焊点。该技术与元件的引线接触并通过焊点粘合。您还可以使用波峰焊进行SMT技术，但可能会遇到铜溶解问题。

检验和质量控制

一旦零件和组件连接到电路板上，它就被认为是第一个官方PCB 原型。然后，PCB 需要经过质量控制流程，以确保整体质量和焊接连接达到标准。此步骤可以采用多种检查技术，包括AOI （自动光学检查）和X 射线检查，以检测异常和缺陷，例如不正确的放置和焊料桥接。

AOI技术采用自主摄像头扫描设备并就任何错误放置的情况发出警报。您可以更好地分配人力资源，例如利用管理层或主题专家进行最终检查。

通孔元件插入

当使用THT技术将部件组装到电路板上时，必须验证部件是否正确插入通孔中。此过程是手动的，这意味着您必须将引线插入预钻孔中，以确保其牢固且正确对齐。

（如果您使用SMT方法将零件安装到 PCB 上，则可以跳过此过程。）

最终检查和测试

测试人员将对最终产品进行彻底检查，以确认其符合设计中概述的功能和性能规格。未能执行适当的最终检验和测试过程可能会导致有缺陷的产品投放市场，从而损害品牌声誉。

 在 PLM 系统中管理 PCB 文档

PCBA 需要注重细节和各种审查，以确保合规性和质量。做到这一点的最佳方法是在一个集中式平台中记录所有组件和技术。

产品生命周期管理 (PLM) 系统有助于建立结构化方法并简化从 CAD 应用程序（例如 Autodesk Eagle 或Altium Designer）导入设计的过程。

组件层次结构

组件层次结构向您显示组件的结构化和可视化表示，包括电气 BOM (EBOM) 和子装配体。PLM 系统将允许您查看 指定和组织的所有组件（包括连接器和无源器件）。

独立审稿

PCB 和 BOM 组件应独立审查和修订。PCB 布局更改（例如旋转封装和重新布线竞赛）需要使用新原理图和 Gerber 文件进行更新 - 无论 BOM 组件发生什么情况。

还应审查 BOM 组件。例如，假设 PCB 布局没有变化。您可能需要用另一个引脚兼容的电阻器替换电阻器。在这种情况下，只需更新您的 EBOM。

采购所有组件、对其进行审查并跟踪更改对于确保PCBA 流程有效至关重要。借助PLM 解决方案，您可以将PCBA 流程的所有文档和修订集成到一处。协作、管理文档、控制修订、跟踪更改并与流行的电气 CAD 应用程序集成，以获得流畅的体验。

为什么应该将 PCBA BOM 分为两部分：PCB 和 eBOM

我们建议将 PCBA BOM 分为两个不同的部分：PCB 本身和 EBOM，即所有组件的电气物料清单。除了简化计算机辅助设计 (CAD) 软件的流程之外，我们认为这是最佳实践的还有其他一些关键原因：

简化独立修改

当您的 PCB 及其组件布置在两个独立的层上时，独立地对每个层进行修改变得更加容易。例如，您可能认为电路板上的芯片距离机械外壳的结合位置太近，并决定将芯片向左微移一毫米。在这种情况下，您只需要修改 PCB 本身，而不是整个 eBOM，因为您只需调整其中一个组件的位置。

有时装配厂和晶圆厂并不相同

拥有独立的 PCB 和 eBOM 也使得信息交流变得更加简单。例如，您可以将整个 PCB 装配结构发送给一家供应商，由其为您制造。然而，他们可能会将其分开，因为装配厂并不总是也是制造厂。如果 PCB 和 eBOM 已经分离，您可以轻松分离信息并将其发送给正确的一方。

PLM 如何帮助集中您的 PCB 和 EBOM

企业经常面临集中 PCB 和 EBOM 数据的挑战。将信息从 CAD 传输到 Excel 电子表格，然后传输到产品生命周期管理 (PLM) 工具可能非常耗时。这些工具的设置方式不同，可能涉及重命名和创建新列。这可能会导致混乱、输入错误以及团队之间的沟通不畅。

但是，PLM 可以识别 Excel 工作表中的列并了解它们在 eBOM 中的上下文。此外，PLM能够与 ECAD 工具（如Altium）集成，允许您直接从 CAD 工具传输 BOM 信息。这跳过了手动传输数据的步骤，并减少了错误，因为所有零件信息都集中在 PLM 系统中。

使用 PLM 可以自动化此过程，从而大大减少手动数据输入并生成更清晰、更准确（且完整）的 EBOM。