可穿戴 PCB 组装：场景化方案

可穿戴设备类型多样，不同设备的 “使用场景、功能需求” 差异显著 —— 智能手表需兼顾 “大屏续航与元件密集”，无线耳机追求 “超小型化与抗振动”，医疗贴片需 “柔性贴合与生物兼容”，这些差异决定了其 PCB 组装方案的独特性。若套用统一组装方案，会导致设备性能不达标（如医疗贴片刚性组装无法贴合皮肤）或成本浪费（如耳机用手表的防水工艺）。

一、场景 1：智能手表 PCB 组装方案

核心需求：元件密集（集成 MCU、心率传感器、无线芯片、显示屏驱动）、中等防水（IPX6-IPX7）、续航 1-2 天，PCB 多为 “刚性 + 柔性结合”（主板刚性，表带连接柔性）。

1. 基材与 PCB 设计

• 基材：主板用 0.8mm 厚超薄 FR-4（Tg≥150℃，耐焊接高温），表带连接用 0.15mm 厚 PI 柔性基材（弯曲半径≥8mm）；

• PCB 尺寸：主板面积 8-12cm²（如 4cm×3cm），层数 4 层（顶层：信号 + 元件，内层 1：接地，内层 2：电源，底层：辅助信号），阻抗控制 50Ω（蓝牙信号）；

• 元件布局：功能分区明确 —— 电源区（电池接口、DC-DC）靠近主板边缘（便于电池连接），信号区（MCU、蓝牙芯片）居中，传感器区（心率、加速度）靠近屏幕一侧（便于信号采集），各区域间距≥2mm，避免干扰。

2. 元件选型与组装工艺

• 核心元件选型：

• MCU：STM32L476（QFN48 封装，4mm×4mm，休眠电流 0.5μA），低功耗适配续航需求；

• 心率传感器：Maxim MAX30102（DFN6 封装，2mm×2mm，厚度 0.6mm），靠近屏幕玻璃（间距 < 1mm）；

• 蓝牙芯片：Nordic nRF52832（QFN48 封装，4mm×4mm，BLE 5.2，工作电流 20mA）；

• 被动元件：01005/0201 封装（电阻、电容），电源回路用 0201 封装（承载更大电流）；

• 组装工艺：

• 焊膏印刷：电铸钢网（厚度 0.12mm，开孔精度 ±0.003mm），超细焊膏（Sn63Pb37，颗粒 20-38μm）；

• 元件贴装：双摄像头 3D 贴片机（定位精度 ±0.005mm），01005 元件压力 30g，0201 元件 40g；

• 焊接：主板用传统回流焊（峰值 230℃），柔性连接部分用低温回流焊（峰值 190℃，低温锡膏 Sn42Bi58）；

• 防水封装：主板涂覆纳米防水涂层（PTFE，厚度 8μm），显示屏与 PCB 连接处用硅胶密封胶（Dow Corning 734，厚度 0.2mm），达到 IPX7 级防水。

3. 关键要点：平衡 “元件密度” 与 “散热”

• 发热元件（如 DC-DC 芯片 TI TPS61021，工作电流 100mA）下方铺 3mm×3mm 散热铜箔，通过过孔（间距 0.5mm）连接接地层，温升从 15℃降至 8℃；

• 显示屏驱动芯片（如 SSD1351，QFN32 封装）与 MCU 间距≥3mm，避免信号干扰导致屏幕花屏。

二、场景 2：无线耳机 PCB 组装方案

核心需求：超小型化（PCB 面积 <5cm²）、抗振动（日常佩戴运动）、防水 IPX4，PCB 为 “微型刚性 PCB”（无柔性，避免运动时断裂）。

1. 基材与 PCB 设计

• 基材：0.6mm 厚超薄 FR-4（Tg≥130℃，重量 < 2g），PCB 尺寸 1.5cm×2cm（单侧耳机），层数 2 层（顶层：元件 + 信号，底层：接地 + 辅助信号）；

• 布局原则：“极致紧凑，缩短信号路径”—— 蓝牙芯片居中，左右两侧布置被动元件与传感器，电池接口（2Pin）靠近边缘（便于微型电池连接），元件间距 01005 封装≥0.1mm，0201 封装≥0.15mm。

2. 元件选型与组装工艺

• 核心元件选型：

• 蓝牙芯片：Dialog DA14531（QFN28 封装，3mm×3mm，BLE 5.2，休眠电流 0.4μA，工作电流 25mA），集成度高（含 MCU，无需额外 MCU）；

• 麦克风：Knowles SPM0408（LGA 封装，1.45mm×1.85mm，厚度 0.5mm），靠近耳机出声孔（间距 < 1mm）；

• 被动元件：全 01005 封装（电阻、电容、电感），如 100nF 电容（01005，电压 10V）、1μH 电感（01005，电流 0.5A）；

• 组装工艺：

• 焊膏印刷：超精细电铸钢网（厚度 0.1mm，开孔精度 ±0.002mm），焊膏量严格控制（01005 元件体积 0.002mm³±5%）；

• 元件贴装：超高精度贴片机（如 Panasonic NPM-D3，定位精度 ±0.003mm），搭配 0.2mm 直径柔性吸嘴，避免压碎 01005 元件；

• 焊接：回流焊峰值 220℃（比传统低 10℃，避免超薄 PCB 变形），焊接后用 AOI+X-Ray 双重检测（X-Ray 检测蓝牙芯片底部焊点）；

• 抗振动处理：元件焊点涂覆 “底部填充胶”（如 Loctite 3609，厚度 0.1mm），增强焊点抗振动能力，振动测试（10-2000Hz，10m/s²）后元件脱落率 < 0.1%。

3. 关键要点：超小空间的 “防水与散热”

• 防水：PCB 整体涂覆纳米防水涂层（厚度 5μm），麦克风、充电接口用 “防水密封圈”（硅胶材质，直径 0.5mm），达到 IPX4 级（防泼溅）；

• 散热：蓝牙芯片工作时温升约 10℃，无需额外散热结构（耳机外壳为塑料，可自然散热），避免增加体积。

三、场景 3：医疗贴片 PCB 组装方案

核心需求：柔性贴合（贴合皮肤曲线）、生物兼容（无刺激）、长期稳定（佩戴 7-14 天），PCB 为 “全柔性 FPC”，无刚性部分。

1. 基材与 PCB 设计

• 基材：0.1mm 厚生物兼容 PI（聚酰亚胺）基材（符合 ISO 10993-5，无皮肤刺激），PCB 尺寸 5cm×3cm（如血糖监测贴片），层数 2 层（顶层：元件 + 信号，底层：接地 + 电极）；

• 布局原则：“柔性优先，避免应力集中”—— 元件沿 PCB 边缘布置（中间区域用于贴合皮肤，无元件），弯曲处无元件（弯曲半径≥5mm），电极（Ag/AgCl 材质，用于生物信号采集）位于底层中心，面积 1cm×1cm。

2. 元件选型与组装工艺

• 核心元件选型：

• 低功耗 MCU：TI MSP430（QFN24 封装，3mm×3mm，休眠电流 0.1μA），适配长期佩戴（电池容量 50mAh，续航 14 天）；

• 生物传感器：如血糖传感器（LGA 封装，2mm×2mm，厚度 0.3mm），靠近电极（间距 < 1mm），便于采集生物信号；

• 无线芯片：低功耗蓝牙芯片 Nordic nRF52805（QFN24 封装，3mm×3mm，工作电流 15mA），传输传感器数据；

• 组装工艺：

• 基材固定：用磁性载板（表面贴柔性硅胶垫）固定 FPC，确保平整度≤0.1mm，避免贴装偏移；

• 焊接：低温回流焊（峰值 180℃，低温锡膏 Sn42Bi58），焊接时间缩短至 60 秒（减少 FPC 受热时间，避免老化）；

• 封装：FPC 表面覆盖 “生物兼容 PI 保护膜”（厚度 0.05mm，符合 ISO 10993-5），元件区域涂覆 “柔性密封胶”（硅胶材质，拉伸率 > 200%），避免汗液渗入且不影响弯曲；

• 生物兼容测试：组装后做皮肤刺激测试（按 ISO 10993-10），24 小时皮肤接触无红肿、瘙痒。

3. 关键要点：柔性与可靠性的平衡

• FPC 线路宽度≥0.1mm（避免弯曲时断裂），过孔直径 0.2mm（比刚性 PCB 大，增强可靠性）；

• 元件焊点周围铺 “补强铜箔”（面积比焊盘大 0.1mm），弯曲测试（10000 次，半径 5mm）后焊点断裂率 < 0.1%。

​

可穿戴 PCB 组装的场景化方案，需 “以设备使用场景为核心”，在基材、元件、工艺上做针对性优化，才能既满足功能需求，又兼顾用户体验与成本。