1.4 PCBA组装方式
PCBA组装方式
PCBA的组装方式指PCBA正反面元器件的布局结构，它取决于工艺路径的设计，主要的布局类型如图1-6～图1-10所示。
1.全SMD布局设计
随着元器件封装技术的发展，各类元器件基本上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1-6）。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。
图1-6 双面SMD布局设计
装配工艺流程如下：
（1）底面：印焊膏→贴片→再流焊接。
（2）顶面：印焊膏→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、掩模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，设计要求也有所不同。
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1-7所示，这类布局适合复杂表面组装元器件可以在顶面布局下的情况。
底面一般只布局适合波峰焊接的封装，如0603～1206范围内的片式元件、引线间距不小于1mm的SOP等。
图1-7 底面波峰焊接的布局设计
波峰焊接面上布局的SMD必须先用点胶固定。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，一方面是因为裸PCB在焊接前比较平整；另一方面是因为底面红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。
贴片胶通常为红色，因此也称红胶。采用点胶的波峰焊接工艺也称红胶波峰焊接工艺。
2）底面采用掩模选择性波峰焊接的布局设计
掩模选择性波峰焊接，简称掩模选择焊，指使用掩模板将已经焊接好的表面组装元器件遮蔽起来，只露出需要波峰焊接区域的选择性波峰焊接工艺。所使用的掩模板也称托盘，因此掩模选择性波峰焊接也称托盘选择性波峰焊接、托盘选择焊。
底面采用掩模选择性波峰焊接的布局设计如图1-8所示，这类布局适合SMD数量多、顶面布局不下，又有不少插装元器件的情况。
底面元器件的布局要求比较多：一是SMD元器件不能太高；二是波峰焊接元器件与掩模板保护的SMD之间的间隔要满足掩模板制作及焊接传热的设计要求。
图1-8 底面采用掩模选择性波峰焊接的布局设计
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1-9所示。
图1-9 掩模板
3）底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计
移动喷嘴选择性波峰焊接，简称喷嘴选择焊，指使用X、Y、Z三方向可移动的波峰喷嘴逐点对插装元器件焊点进行焊接的选择性波峰焊接工艺。
底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计如图1-10所示，这类布局适合SMD数量多、顶面布局不下，只有少数插装元器件的情况。
底面元器件的布局与双面全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。
图1-10 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，其装配工艺流程如下：
（1）顶面：印焊膏→贴片→再流焊接；
（2）顶面：印焊膏→贴片→再流焊接；
（3）顶面：移动喷嘴选择性波峰焊接。
3.焊接良率与组装可靠性的考虑
PCBA的组装方式设计，在一些工艺条件下会影响到焊接的良率与组装可靠性。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会发生变形。此变形会影响到第二次焊接面的焊膏印刷。因此，对于那些焊膏量比较敏感的元器件（如双排QFN、0.4mm QFP等），在布局时必须考虑变形对焊膏厚度或量的影响以及控制变形措施需要的空间要求（如工装的定位与安装位置）。
（2）在掩模选择焊接工艺条件下，PCB表面容易残留未经高温分解的焊剂。
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，实际上它们之间存在着一定的间隙，如图1-11所示。在喷涂助焊剂的时候，过厚的焊剂往往会在缝隙毛细作用力下吸附进缝隙或因传送系统的倾斜流进缝隙，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成为电解质溶液，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的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。
图1-11 掩模选择焊接掩模板与PCB的密封
（3）红胶波峰焊接工艺，容易对顶面焊接完成的BGA器件焊点造成界面粗化现象。
在波峰焊接过程中，热量会通过BGA下的导通孔将BGA焊点加热，导致BGA焊点PCB侧晶粒粗大甚至重新熔化与结晶，从而导致BGA焊点可靠性劣化。我们应了解，红胶波峰焊接工艺起源于SMT发展之初，主要用于表面组装元器件以片式元件为主的时代。现在应避免采用这种设计，因为它不仅组装密度低、效率低，并且也会限制设计的布局。