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教学讲义 · 2026 春季

PCB & PCBA 入门 · 面向初学者的完整知识地图

从一块覆铜板到一台完整电子设备 — 几乎所有现代电子产品的核心都是 PCB 与 PCBA。本讲义按 4 大章节、10 个主题展开,系统搭建 PCB/PCBA 的知识体系。

PCB PCBA SMT 教学讲义 讲师 · 工程教学组

本讲义分为 4 大章节:课程导论 → PCB 深度解析(12 页)→ PCBA 装配工艺(13 页)→ 进阶 · 行业(5 页)。从概念到工艺、从基础到行业,由浅入深完成 PCB/PCBA 知识体系的搭建。

四章学习路径

Chapter 01
引言 · 基础

概念定义 · 历史脉络 · 关键差异。6 张幻灯片。

Chapter 02
PCB 深度解析

材料 · 结构 · 元件 · 制造。12 张幻灯片。

Chapter 03
PCBA 装配工艺

SMT · THT · 检测 · 测试。13 张幻灯片。

Chapter 04
进阶 · 行业

工具 · 标准 · 趋势 · 资源。5 张幻灯片。

WHY · 01

为什么 必须 懂 PCB / PCBA ?

几乎所有电子设备的核心都是 PCB。从手机到卫星、从家电到医疗仪器,没有 PCB 就没有现代电子工业。理解 PCB/PCBA,是读懂整个电子产业链的起点。

// 行业规模
$80B+

2025 年全球 PCB 市场规模,年复合增长率约 5%。

// 应用领域
无处不在

手机 · 汽车 · 航空 · 医疗 · 工业 · 消费电子 · 物联网。

// 工程师入口
硬件基石

硬件工程师、嵌入式工程师、结构工程师都必须掌握。

// 职业价值
供需缺口

中国大陆 PCB 工程师长期处于人才紧缺状态,薪资水平位居电子行业前列。

无论你是软件开发者、硬件设计师、还是产品经理,理解 PCB 都会让你在团队协作中如虎添翼。

一句话小结

学习 PCB/PCBA 是读懂整个电子产业链的起点 — 没有 PCB 就没有承载基础,而没有 PCBA 再好的设计也无法变成能用的产品。

DEFINITION · 02

PCB vs PCBA · 定义与核心差异

PCB 是"载体",PCBA 是"成品"。两者的产业链归属、加工工艺、价值密度完全不同。

PCB · 印刷电路板

PCB 是印制电路板的简称(Printed Circuit Board,/ˈpraɪntɪd ˈsɜːrkɪt bɔːrd/),是一种以绝缘基材为载体,在表面或内部通过印刷、蚀刻、电镀等工艺形成导电图形(导线、焊盘、过孔)的电子部件。

L1 — TOP COPPER (Signal) PREPREG L2 — INNER PLANE (GND) CORE — FR-4 (Tg 150°C) L3 — INNER PLANE (PWR) PREPREG L4 — BOTTOM COPPER (Signal) → PLATED VIA 1.6 mm STANDARD THICKNESS
Fig.01 — 4 层 PCB 叠层结构示意(Top / GND / Core / PWR / Bottom,含贯通孔)
Real PCB close-up showing components, traces, and solder mask
// REAL PHOTO · PCB 实物特写

PCBA · 印刷电路板组件

PCBA 是印刷电路板装配的缩写(Printed Circuit Board Assembly,/əˈsembli/),指在空 PCB 裸板上,通过贴装、焊接、测试等工序,完成所有电子元器件的安装与连接,使其成为具有完整电气功能的电路组件。

// FIG.02 — PCBA PRODUCTION FLOW 01 空 PCB 裸板 (Bare Board) 仅含导电图形,无可用电气功能 02 SMT 表面贴装 印刷锡膏 → 贴片机放置元件 → 回流焊 03 THT 通孔插装 (可选) 插入式元件、波峰焊或手工焊 OUT PCBA 成品
Fig.02 — 从裸板到成品的转化过程:空板 → SMT → THT(可选)→ PCBA 成品
Hands soldering components onto PCB with soldering iron
// REAL PHOTO · 手工焊接实操

核心差异

维度 PCB · 印刷电路板 PCBA · 印刷电路板组件 价值密度
本质 空板,仅承载电气互联 → 成品组件,具备完整功能 ↑ 5–10×
产业链归属 上游 · 基板厂 / PCB 制造厂 → 中游 · EMS 厂 (Electronic Manufacturing Services) —
核心工艺 蚀刻、电镀、丝印、压合 → 锡膏印刷、贴装、回流焊、波峰焊、AOI —
主要设备 曝光机、蚀刻线、压合机、钻孔机 → 贴片机、回流炉、波峰焊、AOI、X-Ray —
良率挑战 短路、断路、孔位偏移、蚀刻不均 → 虚焊、桥连、立碑、错件、锡珠 —
主要厂商 鹏鼎控股、深南电路、健鼎科技 → 富士康、伟创力、光弘科技、环旭电子 —
行业俗语

"PCB 是电子工业的'地皮',PCBA 是'楼盘'。" — 没有 PCB 就没有承载基础,而没有 PCBA 再好的设计也无法变成能用的产品。

EVOLUTION · 03

PCB 的百年演进 · 四大核心功能

从手工绕线到 HDI 高密度互连,PCB 技术经历了数次革命性跃迁,深刻塑造了现代电子工业。

1925 起源 Charles Ducas 提出印刷电路概念 1943 实用化 英国用于二战 近炸引信,首次大规模军用 1950s 量产 美国开启 PCB 工业化量产 1960s 多层 多层板技术诞生 IC 推动复杂度提升 1990s SMT 表面贴装技术普及 推动 PCBA 工业化 2020s HDI HDI / 柔性 / 5G 高频板 迈入亚毫米时代
PCB 百年时间线:1925 起源 → 1943 实用化 → 1950s 量产 → 1960s 多层 → 1990s SMT → 2020s HDI

从 1943 年军用起步到 2020s 亚毫米互联,PCB 用 80 年时间走完了其他行业数百年的密度提升之路。下一个前沿是玻璃基板、类载板 (SLP)、mSAP 工艺。

PCB 四大核心功能

一块看似简单的电路板,实际上同时承担了电气、机械、热管理与工艺四大核心职责。

// Electrical · 01
电气互联

提供元器件之间的电气连接,通过铜箔导线、过孔、焊盘实现信号与电源的分配。阻抗可控的传输线、低电阻的电源分配、多层层间互联。

// Mechanical · 02
机械支撑

为所有元器件提供物理载体,承受振动、冲击、温度循环等机械应力。高强度基材、抗弯抗冲击、可固定螺接。

// Thermal · 03
热管理

通过铜箔、内层平面传导元器件发热,避免局部热点导致性能劣化。大面积铜皮散热、热过孔阵列、金属基板 (IMS)。

// Process · 04
工艺集成

定义元件位置、走线、测试点,为自动化装配与可制造性提供基础。DFM 设计规范、丝印标识系统、测试点布局。

MATERIAL · 04

基板材料 · 层级 · 铜厚 & 表面处理

CCL (Copper Clad Laminate) 是 PCB 的"地基",决定板材的机械强度、电气性能与耐热等级。

覆铜板结构

覆铜板由铜箔 + 增强材料 + 树脂粘结剂三层结构压合而成,经过高温压合形成刚性绝缘基板。

关键性能参数

参数含义 / 典型值
Tg玻璃化转变温度 (°C)。FR4 通常 130~150,高 Tg 板 ≥170
Td热分解温度,衡量耐热极限,FR4 约 300~350°C
Dk介电常数,影响信号传输速度。FR4 约 4.2~4.6
Df损耗角正切,衡量信号损耗。FR4 约 0.02,低损耗板 <0.005
CTE热膨胀系数 (ppm/°C)。Z 轴 CTE 越低越可靠,FR4 约 50~70
CAF耐离子迁移能力,长期可靠性指标

基板材料家族谱

不同应用场景对板材提出截然不同的要求 — 从消费电子到航天器,材料选型直接决定产品定位。

材料系列 代表型号 核心特性 典型应用
FR-4 S1141, S1000-2, IT-180A 性价比之王。Tg 130~180°C,Dk 4.4,Df 0.02,机械强度高,工艺成熟 消费电子 / 工控 / 通信
CEM-1 / CEM-3 — 低成本方案。CEM-1 为纸芯,只用于单面板;CEM-3 可做双面板,接近 FR4 性能 家电 / 玩具 / LED 灯具
高频板 Rogers RO4003, RO4350, Taconic TLY-5 低损耗 · 高频优选。PTFE / 陶瓷填充,Df < 0.005,适用于 GHz 级信号 5G 基站 / 雷达 / 卫星
PI / BT 杜邦 PI, 联茂 BT 耐高温高可靠。Tg > 250°C,极低 CTE,适合封装基板 (Substrate-Like) 封装基板 / 航天 / 军品
柔性板 (FPC) 聚酰亚胺 PI 膜 可弯折。无玻璃纤维,卷曲半径可达 0.5mm,用于空间受限场景 手机 / 折叠屏 / 摄像头
金属基板 (IMS) 铝基板 / 铜基板 强散热。底层铝/铜基材,导热系数 1~3 W/mK,适合大功率 LED / 电源 LED 照明 / 汽车大灯 / 电源
选型口诀

消费类首选 FR4,高频必选 Rogers / PTFE,要弯选 PI,要散热选 铝基板,军品/航天选 高 Tg BT/PI。价格随性能呈数量级跃升。

层级结构 · 1 / 4 / 6 / 8+

从单面到多层,层数决定布线密度、信号完整性能力与制造成本。

// Single sided
单面板
COPPER SUBSTRATE

1 层铜。结构最简单,成本最低,适合简单电路 (遥控器、玩具、电源)。

// Double sided
双面板
TOP CU BOTTOM CU

2 层铜。双面布线,通过过孔互联。绝大多数工控、家电产品使用。

// Multilayer
多层板 (4~12层)
4L / 6L / 8L STACKUP

4 层及以上。含电源层与地层,信号完整性好,适合高速数字电路。

// HDI · SLP
HDI / 类载板
10L+ · mSAP · SAP

盲埋孔 / 微孔。线宽线距 25μm 以下,用于手机主板、封装基板。

铜箔厚度 (oz) 与表面处理 (Surface Finish)

铜厚决定载流能力,表面处理决定可焊性与寿命。铜厚单位 oz (盎司),1 oz ≈ 35 μm。

铜厚规格

规格厚度典型应用
0.5 oz17 μm普通信号线, HDI
1 oz35 μm常规电源 / 信号 (主流)
2 oz70 μm大电流电源, 功率板
3 oz+105+ μm汽车 / 工业大功率

铜厚越大, 载流能力越强、散热越好,但蚀刻精度下降、成本上升。

表面处理工艺

裸铜易氧化,需在焊盘表面镀一层保护层,提升可焊性。

工艺特点
HASL · 锡铅/无铅成本低,工艺成熟,但 不均匀,已逐渐被替代
ENIG · 化镍浸金表面平整, BGA 优选,存储期长 (> 12 个月),主流选择
OSP · 有机保焊成本最低,环保,适合消费电子短周期产品
ENEPIG · 化镍钯浸金可焊 + 可键合,适合 封装 / 晶圆级 应用
沉银 / 沉锡 · ImAg / ImSn高频性能好,用于汽车电子、5G 通信
ELEMENTS · 05

核心元素 · 过孔 · 走线 · 油墨丝印

一块 PCB 由六大视觉元素组成,理解它们是读懂任何电路图的基础。

// Element · 01
走线 (Trace)

铜箔形成的导电路径,承载信号与电流传输。关键参数:线宽、线距、阻抗。

──────  线宽 0.2mm
────────  线宽 0.3mm
// Element · 02
焊盘 (Pad)

元件引脚与 PCB 连接的接触点。分 SMD 焊盘 (矩形/圆形) 与通孔焊盘 (环形)。

// Element · 03
过孔 (Via)

贯穿 PCB 层的金属化孔,用于不同层之间的电气互联。

// Element · 04
阻焊层 (Solder Mask)

覆盖铜面的绝缘保护层,通常为绿色,防止氧化、避免桥连。

// Element · 05
丝印层 (Silkscreen)

印刷于板面的白色文字与符号,标识元件位号、方向、版本、警告等。

// Element · 06
铜皮 (Pour / Plane)

大面积填充铜区域,通常作为地层 (GND) 或电源层 (PWR),提供低阻抗回流路径。

PCB close-up showing traces, pads, vias and components Raspberry Pi PCB showing dense SMD components and silkscreen
// REAL PHOTO · 板面元素实例 & Raspberry Pi · 高密度 SMD 实例

过孔 (Via) 类型详解

Via 是 PCB 的"纵向血管",不同类型决定布线密度与成本。

// Thermal via
通孔 (Through Via)

贯穿所有层。最常见、成本最低,但会占用所有层的布线空间。

⌀ 0.2~0.5 mm
// Blind via
盲孔 (Blind Via)

从表层到内部某层,不贯穿。释放反面布线空间,用于 HDI。

⌀ 0.1~0.25 mm
// Buried via
埋孔 (Buried Via)

完全位于内部层之间,表层不可见。制造复杂,成本高。

⌀ 0.1~0.2 mm
// Micro via
微孔 (Micro Via)

激光钻孔,孔径 < 0.1mm。HDI 与封装基板标配,孔深径比 ≤ 1:1。

⌀ 0.05~0.1 mm
HDI

(高密度互连) = 1 阶 / 2 阶 / 3 阶盲埋孔 + 微孔。每增加 1 阶,过孔密度翻倍,但成本与制程难度显著上升。

走线 (Trace) 设计要点

优秀的走线决定信号完整性 — 差的设计会直接导致电磁辐射、串扰与时序错误。

8 大设计原则

  1. 3W 原则线距 ≥ 3 倍线宽,可减少 70% 串扰
  2. 走线角度推荐 135° 钝角或圆弧,避免 90° 直角(阻抗不连续)
  3. 参考平面高速信号线必须有完整地层相邻,保证回流路径
  4. 阻抗匹配50Ω 单端 / 90Ω 差分是 USB / HDMI 等常用值
  5. 短而直关键信号线长度应尽量短,降低寄生参数
  6. 等长匹配DDR / 并行总线需蛇形绕线,误差 ± 50 mil 以内
  7. 避免跨分割走线不得跨越地平面裂缝
  8. 载流考虑1oz/1mm 线宽约载流 1A,需根据电流预留余量

常见走线示意

✗ 90° 直角 ✓ 135° 钝角 // 差分对 (Differential Pair) D+ D- // 蛇形绕线 (Length Matching)
Fig.04 — 走线模式:90° 直角(避免)、135° 钝角(推荐)、差分对、蛇形绕线

阻焊层 & 丝印层

两层面板装饰,直接决定 PCB 的外观质感与可装配性。

// Solder mask
阻焊层

覆盖在铜箔上的永久性绝缘油墨,作用是保护铜面、防止氧化、避免焊接时桥连。

  • 材料:环氧树脂 / 液态感光油墨 (LPISM)
  • 厚度:10~25 μm (干膜)
  • 工艺:丝印 → 预烘 → 曝光 → 显影 → 固化
  • 开窗:SMO 露出焊盘铜面

颜色:绿 / 红 / 蓝 / 黑 / 白 / 紫 — 80% 绿色

// Silkscreen
丝印层

印刷在阻焊层上的字符层,用于标识元件位号、方向、版本、Logo 与警告语。

  • 材料:白色环氧油墨 (主流),也可用黑/黄
  • 工艺:丝网印刷 / 喷墨 / 激光标记
  • 最小线宽:≥ 6 mil (0.15 mm)
  • 最小字高:≥ 1 mm
  • DFM 提示:文字需避开焊盘 ≥ 0.2 mm
R12 ──[||]── R13  // 10kΩ 1%
U1  ──IC──        // MCU STM32F103
Raspberry Pi PCB showing green solder mask and white silkscreen with dense components
// REAL PHOTO · Raspberry Pi · 阻焊+丝印实拍
MANUFACTURING · 06

PCB 制造工艺 · 16 步核心流程

一块标准多层 PCB 的完整生产流程,涵盖从开料到成品的全部关键步骤。

// FIG — PCB 16-STEP MANUFACTURING FLOW 01 开料 Cutting 裁剪至工作尺寸 02 内层图形 Inner 涂布/曝光/显影/蚀刻 03 AOI 内层 Auto-Optic 线路缺陷检查 04 黑棕化 Oxide 内层粗化,增强结合力 05 层压 Lamination 高温高压压合 06 钻孔 Drilling 机械 + 激光 07 孔金属化 PTH 化学沉铜 08 外层图形 Outer 电镀 + 蚀刻 09 AOI 外层 Auto-Optic 外层线路检查 10 阻焊 Solder Mask 涂布 + 曝光显影 11 丝印 Legend 字符 / 位号 / Logo 12 表面处理 Finish ENIG / OSP / HASL 13 外形成型 Profile CNC / V-CUT / 冲切 14 电测 E-Test 飞针 / 针床 15 FQC 终检 Final QC 外观 / 尺寸 / 可靠 16 包装出货 Pack 真空 + 防潮防静电 CUTTING → INNER → AOI → OXIDE → LAMINATE → DRILL → PTH → OUTER → AOI → MASK → LEGEND → FINISH → PROFILE → E-TEST → FQC → PACK
PCB 制造 16 步核心流程:开料 → 内层 → AOI → 黑棕化 → 层压 → 钻孔 → 孔金属化 → 外层 → AOI → 阻焊 → 丝印 → 表面处理 → 成型 → 电测 → FQC → 包装
标准交期

双面板 5~7 天 · 4 层板 7~10 天 · 8 层以上 12~20 天 · HDI / 封装基板 20~30 天。快样加急可短至 24~48 小时。

Engineer working on industrial automation line in PCB factory
// REAL PHOTO · PCB 工厂自动化产线
PCBA · 07

PCBA 概述 · SMT 完整工艺流程

从一块"空板"到"功能组件",需要经过数十道精密工序的协同配合。

Real laptop motherboard showing fully assembled PCBA with ICs, capacitors, connectors, and heat pipe
// REAL PHOTO · 笔记本电脑主板 PCBA 实物 · 可见 BGA 主芯片、内存槽、M.2 接口、电感、电容、散热铜管

输入 / 输出

PCBA 过程 = 原料输入 + 工艺加工 + 品质输出的全链路管理。

Inputs · 输入

  • PCB 裸板 (Bare Board)
  • 电子元器件 (电阻/电容/IC/连接器等)
  • 锡膏 (Sn63Pb37 或 SAC305 无铅)
  • 助焊剂 / 清洗剂
  • 三防漆 / 灌封胶 (可选)

Outputs · 输出

  • 功能性 PCBA 组件 — 通过所有测试
  • 测试数据 — ICT / FCT / 老化报告
  • 良率 — 行业平均 95~99.5%
  • 追溯性 — 每片板可追溯至料号 / 批次 / 设备

主流装配方式

方式占比工艺特点
SMT > 80% Surface Mount Technology,表面贴装。自动化程度高,适合小型化、高密度产品
THT ~ 15% Through-Hole Technology,通孔插装。机械强度高,适合大功率、大尺寸元件
混合装配 ~ 5% SMT + THT 共线生产,常见于工业控制、汽车电子
现代产线比例

现代电子产品几乎都是 SMT 主导 + 少量 THT。手机、笔记本等高度集成产品 THT 占比 < 1%,而电源、工业控制板 THT 占比可达 20%+。

SMT 完整工艺流程

一条标准 SMT 产线的 8 大主工序,每一步都直接影响最终良率。

// FIG — SMT 8-STEP LINE 01锡膏印刷Solder PastePrinting钢网 + 刮刀 02SPISolder PasteInspection3D 锡膏厚度 03元件贴装Pick & Place贴片机 04回流焊ReflowSoldering10 温区曲线 05AOIAuto OpticalInspection2D/3D 光学 06X-RayBGA / QFN隐焊点 07返修 / ICTRework /In-Circuit Test 08FCT 终测FunctionalTest全功能 + 老化
SMT 8 大主工序:印刷 → SPI → 贴片 → 回流焊 → AOI → X-Ray → 返修/ICT → FCT
// 产线配置
单线产能

单台贴片机 50,000~100,000 CPH(元件/小时),双轨贴片线可达 200,000+ CPH

// 节拍时间
Cycle Time

20~60 秒/片 (从印刷到回流焊出炉)

// 良率
First Pass Yield

99%+ 成熟工艺,头部 EMS 厂可达到 99.5%+

PROCESS · 08

关键工序详解 · 印刷 · SPI · 贴片 · 回流焊 · 检测

深入 SMT 五大关键工序的工艺原理、参数与缺陷。

工序 01 · 锡膏印刷

SMT 工艺的第一步,也是 影响良率最大的工序 — 业内常说"印刷定生死"。通过钢网 (Stencil) 将锡膏精准沉积到 PCB 焊盘上,后续回流焊时形成电气连接。

关键参数

参数典型值
刮刀压力3~8 kg
印刷速度20~50 mm/s
脱模速度2~5 mm/s (影响锡膏形状)
锡膏厚度钢网厚 ± 15% (IPC 标准)

常见缺陷

  • 锡膏不足 — 钢网堵塞、刮刀压力过大、锡膏老化
  • 锡膏过多 — 易桥连,特别在 QFP / 细间距器件下
  • 偏移 — 钢网对位偏差 ≥ 0.1mm 即可见异常
  • 锡珠 / 桥连 — 钢网底面污染 / 锡膏粘度异常
Engineer hand-soldering components on PCB with soldering iron
// REAL PHOTO · 手工焊接实操 · 烙铁温度 320~380°C

工序 02 · SPI 锡膏检测

印刷后、贴装前的关键 3D 检测,拦截 70%+ 的回流焊缺陷。SPI (Solder Paste Inspection) 采用激光三角测量 / 摩尔条纹技术,对每个焊盘上的锡膏进行 3D 扫描,获取体积、面积、高度、X/Y 偏移四维数据。

检测能力

  • 检测速度:200~500 mm²/s
  • Z 轴精度:± 5 μm @ 3σ
  • XY 精度:± 10 μm @ 3σ
  • 判别标准:Cpk ≥ 1.33 (4σ 管控)

关键价值

// 拦截
70%

回流焊缺陷可在印刷阶段拦截

// 成本
10×

相比单靠 AOI 末端检测,综合成本节省可达 10 倍

// SPC
SPC

支持统计过程控制,实时反馈印刷机参数

// 闭环
闭环

与印刷机联网,自动调整刮刀压力 / 速度

行业共识

印刷 + SPI 的组合,可将产线 DPMO (百万缺陷率) 从 500+ 降低到 50 以下,大幅减少后段返修成本。

工序 03 · 贴片机 P&P

SMT 产线的"心脏",决定产能与精度的核心设备。

// Gantry
高精度贴片机

单悬臂 / 双悬臂结构,X-Y 移动 + Z 轴旋转。适合小型 / 异型元件。

  • 速度:30,000~80,000 CPH
  • 精度:± 30 μm @ 3σ
  • 适用:01005 / 0201 / BGA / QFN
  • 代表:Fuji NXT, Panasonic CM, Yamaha YS
// Turret
高速贴片机

多吸嘴旋转贴装,适合小尺寸 / 大批量 Chip 元件。

  • 速度:100,000~200,000 CPH
  • 精度:± 50 μm @ 3σ
  • 适用:0402 / 0603 / SOT / 二极管
  • 代表:Samsung SM, Mycronic MY, Europlacer
// Modular
柔性贴片机

多头并行、可灵活配置吸嘴与供料器,适合多品种小批量。

  • 速度:60,000~120,000 CPH
  • 精度:± 25 μm @ 3σ
  • 适用:全品类元件混贴
  • 代表:ASM SIPLACE, Yamaha YRM, Juki RX
选型经验

消费类量产以 高速机 + 高精度机组合 为主,工业 / 汽车类多用 模块化机 兼顾灵活性。

工序 04 · 回流焊 Reflow

通过精确控温曲线使锡膏熔融、润湿、凝固,形成永久性电气与机械连接。

TEMP °C TIME (s) 25 150 200 245 预热区 PREHEAT (RT→150°C) 浸润区 SOAK (150~183°C) 回流区 REFLOW (peak 225±5°C) 降温 冷却区 COOLING ≤ 3°C/s
Fig.05 — Reflow 温度曲线 (Sn63/Pb37):预热 → 浸润 → 回流 → 降温 → 冷却
// Preheat
RT → 150°C

升温速率 ≤ 3°C/s,使元件均匀受热

// Soak
150 → 183°C

60~120s,助焊剂活化,去除氧化物

// Reflow
Peak 220~245°C

高于熔点 30~40°C,时间 30~90s

// Cool
≤ 4°C/s

快速冷却形成细密晶粒,强度更高

工序 05 / 06 · AOI & X-Ray

回流焊后的两道检测工序,前者看表面,后者看内部 — 互补不可替代。

// AOI
AOI · 自动光学检测

通过多角度环形 LED 光源 + 工业相机拍摄焊点图像,与标准模板比对,识别缺陷。

  • 可检测:缺件、错件、偏移、立碑、桥连、锡珠
  • 速度:0.3~0.5s/视野
  • 局限:看不到 BGA / QFN 隐焊点
  • 代表:Koh Young, Saki, Omron, Test Research

2D + 3D

// X-Ray
X-Ray · X 射线检测

利用X 射线穿透不同密度材料的能力,生成焊点剖面影像,专攻隐焊点缺陷。

  • 可检测:BGA 虚焊、QFN 空焊、枕头效应
  • 分辨率:5~25 μm (2D), 三维 CT 可达 1 μm
  • 局限:速度较慢, 设备昂贵
  • 代表:Nikon, YXLON, VisiConsult, Saki 3Di

2D / 2.5D / 3D-CT

选型经验

消费类 SMT 产线 AOI 覆盖率 100%,X-Ray 抽检 (重点焊点 + 首件必检)。汽车 / 医疗 / 航天建议 X-Ray 100% 覆盖。

TEST · 09

THT 波峰焊 · 三防涂覆 · 测试与良率

SMT 的前辈工艺 + 保护层与质量闸口 — PCBA 产线的最后几道关键步骤。

THT · 通孔插装 & 波峰焊

SMT 的前辈工艺,虽然占比下降,但在 大功率 / 高可靠 / 大电流 场景仍是不可替代。

THT 工艺流程

  1. 元件整形 & 插装自动 / 手工将元件引脚插入 PCB 过孔
  2. 波峰焊 Wave SolderingPCB 底部接触熔融锡波,实现一次性群焊
  3. 切脚 & 后焊切除多余引脚,补焊遗漏点
  4. 清洗 & 检测去助焊剂残留,AOI / 人工目检

波峰焊原理

将熔融锡液 (260~280°C) 通过喷嘴形成稳定波峰,PCB 沿导轨匀速通过,焊点与锡波接触后完成焊接。

元件 元件 元件 熔融锡波 (260~280°C)
Fig.06 — 波峰焊原理:PCB 与元件从上方通过,接触下方熔融锡波完成群焊
  • 单波峰 — 传统工艺,易产生桥连
  • 双波峰 — 湍流 + 层流,大幅减少缺陷
  • 选择性波峰焊 — 局部波峰,适合混装板

三防漆 · Conformal Coating

在 PCBA 表面涂覆一层 25~75μm 的高分子薄膜,提供防潮、防霉、防盐雾的"三防"保护。

5 大类材料

材料特点应用
丙烯酸 Acrylic可焊、易返修消费电子
聚氨酯 Urethane耐溶剂、耐磨工业 / 汽车
有机硅 Silicone耐高低温 (-65~200°C)汽车 / 户外 LED
环氧 Epoxy硬度高、耐化学军工 / 严苛环境
Parylene真空沉积、均匀无针孔医疗 / 航天 / MEMS

涂覆工艺

  1. 清洗 (Pre-clean)去除助焊剂残留与污染物
  2. 遮蔽 (Masking)保护连接器、金手指、散热器件
  3. 涂覆 (Coating)喷涂 / 浸渍 / 刷涂 / 选择性涂覆
  4. 固化 (Cure)室温 / 加热 / UV / 湿气固化

测试 01 · ICT 在线测试

通过 针床 (Bed-of-Nails) 接触 PCB 测试点,对每条网络进行电气参数测量,定位故障元件。

ICT 检测能力

项目方法说明
开路连通性检测断线、虚焊
短路绝缘阻抗检测桥连、锡珠
电阻欧姆计阻值偏差 ± 1%
电容AC 测量容值 / ESR / 漏电
电感AC 测量电感量 / Q 值
二极管V-I 曲线正向压降 / 反向漏电
晶体管V-I 曲线β / Vbe / 漏电流
IC 静态边界扫描 (JTAG)BGA 不可测点

优缺点对比

// Advantages
  • 故障覆盖率高达 95%+
  • 定位精度到 具体元件 / 焊点
  • 测试速度快, 30~120s/片
  • 数据可追溯,支持 SPC
// Limitations
  • 需制作 专用针床夹具,成本高
  • 不能测试 功能 / 性能
  • 对 BGA / QFN 隐焊点覆盖有限
  • 产品改版时夹具需重做

测试 02 / 03 · FCT & 老化测试

FCT 验证功能,老化测试剔除早期失效 — 产线最后两道"质量闸口"。

// FCT
FCT · 功能测试

模拟真实工作场景,验证 PCBA 是否能 正常完成所有功能。

  • 测试夹具:对接外部接口,模拟用户操作
  • 测试内容:电源、接口、显示、通信、性能
  • 耗时:2~30 分钟,产品复杂度而定
  • 优势:覆盖 ICT 漏掉的隐性功能缺陷
  • 代表方案:NI TestStand, LabVIEW, 自研脚本
// Burn-In
老化测试 · Burn-In

在 高温高湿高电压 极端条件下,加速暴露早期失效,提升出厂可靠性。

  • 条件:85°C / 85%RH / 满载运行 24~168h
  • 目的:触发"婴幼儿期"失效,剔除不良品
  • 应用:汽车电子 / 医疗 / 工业 / 通信
  • 标准:JEDEC JESD22-A108, AEC-Q100
  • 成本:高,通常抽检 1~5%

浴盆曲线 — 电子产品失效概率随时间呈"两头高、中间低"分布。老化测试目的就是 在出厂前烧掉早期失效区,确保用户拿到的是"稳定期"产品。

PCBA 良率管理 · 不良分析

用数据驱动质量改进 — DMAIC / 8D / 鱼骨图是 PCBA 工程师的常用武器。

99%

头部 EMS 厂
SMT 良率

50

DPMO 行业
目标值 (百万缺陷率)

6σ

Six Sigma 质量目标
3.4 DPMO

SPC

统计过程控制
Cpk ≥ 1.33

TOP 5 常见焊接缺陷

缺陷原因对策
立碑 Tombstone焊盘尺寸不对称 / 加热不平衡优化钢网设计、调整回流曲线
桥连 Bridge锡膏过多 / 间距过小减小钢网开窗、提高印刷精度
虚焊 Cold Joint温度不足 / 锡膏活性差校准回流曲线、检查锡膏存储
锡珠 Solder Ball助焊剂飞溅 / 印刷偏移控制升温速率、清洁钢网
枕头效应 HiPBGA 加热不均 / 翘曲优化炉温曲线 / 使用氮气

质量改善方法论

  • DMAIC — Define-Measure-Analyze-Improve-Control
  • 8D — 八步骤问题解决法 (汽车业标准)
  • 5Why — 连续追问 5 次"为什么",找到根因
  • FMEA — 失效模式与影响分析
  • PDCA — Plan-Do-Check-Act 戴明环
ADVANCED · 10

进阶 · 行业 · 学习路径

从工具、标准到趋势,以及一份循序渐进的学习路线图。

主流 PCB 设计软件

EDA (Electronic Design Automation) 工具是硬件工程师的"画笔",从入门到工业级各有所长。

// Commercial · Pro
Altium Designer

全球装机量最大的商业 EDA,集成原理图、PCB、3D、仿真。Windows 独占。

  • 厂商:Altium (澳)
  • 价格:$5,000~10,000/年
  • 用户:全球 10万+ 工程师
  • 优势:UI 现代 · 集成度高
// Open Source
KiCad

开源 EDA 新王者,功能已接近商业软件。学习首选,学术研究主流。

  • 厂商:开源社区
  • 价格:免费
  • 跨平台:Win/Mac/Linux
  • 优势:零成本 · 持续更新
// Legend · Pro
Cadence Allegro

高端 PCB / 封装基板设计霸主。服务器、电信、汽车首选。学习曲线陡峭。

  • 厂商:Cadence (美)
  • 价格:$20,000+/年
  • 用户:大型企业
  • 优势:SI/PI 仿真强
// Entry · Legacy
Eagle

曾经的入门首选,被 Autodesk 收购后免费版限制较严。仍适合小型项目。

  • 厂商:Autodesk (美)
  • 价格:免费版 2层 / 月$15
  • 优势:Arduino 生态友好
  • 局限:免费版功能受限
选型建议

学生 / 入门 → KiCad · 中小企业 / 主流电子 → Altium · 大型通讯 / 服务器 / 封装 → Cadence / Mentor。

IPC 标准体系 · 行业圣经

IPC (Association Connecting Electronics Industries) 是全球电子互连行业的标准制定者。

标准号 中文名 核心内容 应用场景
IPC-A-600PCB 验收条件裸板的可接受性判据,定义 3 级 (1/2/3) 验收标准QA 检验
IPC-6012PCB 性能规范刚性板的设计、制造、测试、验收全流程规范PCB 制造
IPC-A-610电子组件可接受性PCBA 焊接质量判据,行业最广泛引用的标准PCBA 检验
IPC-7711/7721组件返修 / 返工专业级返修工艺指南,含 BGA 植球等专业操作维修工程师
IPC-2221/2222设计标准 / 刚性板PCB 设计的电气 / 机械 / 热管理基础规范硬件设计
IPC-7351表面贴装焊盘设计封装与焊盘的标准尺寸库,保证可制造性DFM
IPC-A-620线缆 / 线束线缆和线束组件的验收标准,补充 PCBA 之外的连接工艺整机制造
IPC-9701温度循环性能焊点热疲劳测试方法,量化无铅焊接长期可靠性可靠性
三级产品分类

Class 1 普通消费 · Class 2 工业 / 通信 · Class 3 高可靠 (医疗 / 航空 / 军品)。等级越高,允收越严格,成本越高。

PCB 行业未来趋势

5G / AI / 折叠屏 / 新能源车,正在重塑 PCB 行业的技术与产业格局。

Abstract 3D cubes representing HDI and AI chip architecture
// NEXT-GEN · AI / HDI / 异构集成
// HDI · 更高密度
亚毫米互连

线宽线距从 0.1mm 推进到 25μm 以下,任意阶 (Any-layer) HDI + mSAP 工艺成为高端手机主板标配。

→ 5G / AI 芯片

// FPC · 柔性革命
折叠与可穿戴

柔性 / 刚柔结合板爆发增长,折叠屏手机、智能手表、VR 头显驱动百万平米级需求。

→ 折叠屏 / IoT

// Substrate · 基板
IC 载板崛起

FCBGA / FCCSP 封装基板成为 PCB 行业增长最快赛道。AI 芯片 HBM 封装、5G 射频、AP 处理器共同推升需求。

→ AI · 高端封装

// EV · 新能源车
汽车电子爆发

新能源车单车 PCB 价值量是传统车的 5~8 倍,达 3000~5000 元。电控、智驾、座舱、HUD 全车布满 PCB。

→ 新能源 / 智驾

// Glass · 新材料
玻璃基板

Intel、三星、台积电竞相布局,玻璃基板可实现更精细的线路、更低的损耗与翘曲,有望替代部分有机基板。

→ 下一代封装

// China · 国产化
中国制造突围

深南电路、生益科技、鹏鼎控股、东山精密等大陆 PCB 厂已进入全球第一梯队,国产高端材料与设备加速突破。

→ 国产替代

学习路径 & 资源推荐

从入门到精通,一份循序渐进的学习路线图与精选资源清单。

4 阶段学习路线

  1. L1 · 入门 (1~2 个月)了解概念 · 学 KiCad · 复刻 Arduino 最小系统板
  2. L2 · 进阶 (3~6 个月)多层板设计 · 信号完整性基础 · 嘉立创打样实战
  3. L3 · 高级 (6~12 个月)HDI / 高速 PCB · SI 仿真 · 工艺协同
  4. L4 · 专家 (持续)封装基板 · 微波毫米波 · 系统级设计

推荐资源

类型推荐
书籍《PCB 设计大全》·《信号完整性与电源完整性分析》Eric Bogatin ·《PCB 电磁兼容技术》
在线教程EDA 365 · 凡亿教育 · 高速先生 (上创信达) · Dave Jones EEVblog (YouTube)
开源项目KiCad 官方示例 · HackRF · Open Source Hardware 仓库
行业资讯PCB 资讯网 · EMSBuzz · CPCA 中国电子电路行业协会
实战平台嘉立创 PCB · JLCPCB · PCBWay (打样 5 元起)
标准下载ipc.org 官网 (部分需付费) · 中国国家标准 GB/T 19247
社区电子发烧友 · 立创开源硬件平台 · EEWorld
认证CID / CID+ (IPC 认证 PCB 设计工程师)

PCB / PCBA 是"硬"功夫。理论之外,务必 动手打样 + 拆解 + 复刻。从点亮第一颗 LED 开始,到完成一台完整电子设备,每一步都将加深你对电子工业的理解。

关于本讲义 · PCB & PCBA 入门 · 教学讲义
来源:教学讲义整理 · 工程教学组 · 2026 春季课程
原文链接:无 · 内部教学材料
本讲义基于公开技术资料与行业共识编写,涵盖 PCB 与 PCBA 两大主题、4 大章节、10 个核心主题,共 36 张原始幻灯片内容。
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