如果你需要組裝的電路板并非少數(shù),只靠手工帶來的成就感恐怕不夠;當(dāng)工作量達到某種程度,是該考慮把電路板組裝任務(wù)委托給 EMS 廠商或是自家建置 SMT 組裝線的時候了。但這并不代表著你只要把零件跟板子裝箱打包寄到組裝廠就好 ...
有鑒于目前市面上有眾多零組件都是只采用表面黏著(SMT)封裝,以手工焊接一些 PC 電路板的受歡迎程度令人驚訝…特別是考慮到那些零件的尺寸是有多么小。在不是很久以前,就算是那些最大的 SMT 零件也會讓人害怕,而能焊接次毫米(sub-millimeter)間距的零件會是一種榮譽;不過這種情況在最近十年似乎有所變化。
如果你需要組裝的電路板并非少數(shù),只靠手工帶來的成就感恐怕不夠;當(dāng)工作量達到某種程度,是該考慮把電路板組裝任務(wù)委托給 EMS 廠商或是自家建置 SMT 組裝線的時候了。這么做將能為你節(jié)省不少時間,而且確保更可靠的成品;但這并不代表著你只要把零件跟板子裝箱打包寄到組裝廠就好,因為自動化焊接設(shè)備并沒有直接與你的大腦相連,規(guī)則也得改。
有時候在手工焊接可行的技巧,可能會完全破壞機器組裝程序;為了避免這類問題,筆者列出了以下的十個注意事項,提供準(zhǔn)備從手工焊電路板轉(zhuǎn)向采用機器組裝的朋友參考。
10:小心零組件受潮
這聽起來似乎并不是那么合理,但是塑料確實會吸收濕氣,而且不用丟進水槽、只要暴露在空氣中就會發(fā)生。塑料封裝的芯片若有濕氣,在回焊爐(reflow oven)里會像是爆米花一樣──濕氣會變成水蒸氣,如果不能很快排出,就會讓芯片封裝爆開;通常這種損壞是肉眼不可見的,但你會在現(xiàn)場看到不可靠的產(chǎn)品。
通常喜歡自己動手做的創(chuàng)客們會打開零件的外包裝將它們隨處放置,并沒有使用適當(dāng)?shù)膬Υ娣椒ǎ蝗绻阋涯阍O(shè)計的項目送去機器組裝,有兩件事情可以避免對濕氣敏感的零件受潮:首先是在需要時才訂購零件,不要太早買進,而且要保持包裝密封;或者是通知組裝廠注意零件可能受潮,并請它們在組裝上之前先烘干,將濕氣妥善去除。
9:電路板一定要上防焊漆
很多電路板廠會在你訂購無防焊漆產(chǎn)品時提供優(yōu)惠,這在手工組裝時不是問題,因為你可以用眼睛觀察并調(diào)整焊料的量。不過如果是利用模板(stencil)來涂焊料,并且電路板會經(jīng)過回焊爐,焊料會擴散到外露的銅線,這可能會使得零件導(dǎo)線上的焊料不足以建立可靠的連結(jié)。上一層防焊漆可能得先多花點錢,但是以長遠的眼光看是可以提升可靠度與降低成本;此外防焊漆現(xiàn)在也有許多顏色選擇(EDNT 編按:傳統(tǒng)是綠色),能為你的電路板帶來個性化外觀。
8:網(wǎng)版印刷也不可或缺
電路板上有沒有網(wǎng)版印刷與可靠性無關(guān),但會讓精準(zhǔn)的組裝更難實現(xiàn);依照我的方法,會用 CAD 檔案能讓組裝設(shè)備確實了解每個零件該放置的位置,包括角度與方向。可惜世事不能盡如人意,很常出現(xiàn)錯誤腳位或是零件本身標(biāo)示模糊不清,無法只靠 CAD 檔案來描述位置,清晰的網(wǎng)版印刷能確保不會出錯,因為數(shù)據(jù)是可見的。
清晰的網(wǎng)版印刷能確保零件位置不出錯(來源:Screaming Circuits)
如果因為設(shè)計的緣故,你不想要有防焊漆與參考指針的電路板,這是你的選擇;不過你還是需要在布線軟件的文件層中做好標(biāo)示,或者是另外繪制一張組裝圖,并且要告訴組裝廠注意那些標(biāo)記信息。
7: 跟上 SMT 潮流
要確保能手工打造電路板的最簡單方法之一,是堅持采用導(dǎo)線通孔(lead through-hole,LTH)類型的零件,但這會帶來許多設(shè)計上的限制,也會使許多新技術(shù)無法被使用。如果你目前主要還是采用 LTH 組件或是大尺寸的 SMT 組件,你可以透過轉(zhuǎn)向采用更小的 SMT 組件進入一個能利用專業(yè)組裝技術(shù)的新世界,許多最新、功能最多的零件都是只有超小型封裝,例如里聚合物電池充電器、無線組件、加速度計,以及一些最新的微控制器,幾乎都只有最迷你的芯片封裝外觀。
當(dāng)你以手工組裝產(chǎn)品原型或是打造較少數(shù)量的私人用途電路板時,或許能夠在擴充板(breakout board)上找到這種小型零件;若要開始打造上千套準(zhǔn)備銷售的系統(tǒng),最好重新為電路板布線,在不使用擴充板的前提下使用那些小型芯片,千萬別忘了旁路電容還有每一顆必備的支持零件。
6:不要在焊墊上開孔
QFN 封裝以及 BGA 封裝的零件下方都有接腳或焊墊,通常是完全不會接觸到的;這對回焊爐是好事,但如果是手工焊接呢?手工焊接通常會在焊墊上開孔,用膠帶把零件固定在電路板上,然后把電路板翻過來,用焊料以及一小尖焊鐵黏那個孔洞,如此就幾乎可以手工焊接任何一種無接腳的表面黏著組件。
所以你大概知道我要說的就是,在焊墊上開孔不適用自動化組裝,焊料會流經(jīng)那些孔洞跑到電路板的背面,最后造成短路以及零件因為沒有與焊墊完全連結(jié)而脫落。而如果你是使用有開孔的手工焊接技術(shù),要將電路板送到自動組裝廠之前也需要重新布線,不能在焊墊上留下任何開孔。
5: 重復(fù)檢查物料清單(BOM)
專業(yè)制造是將你的想法與相關(guān)信息化為實體電路板的最后步驟,遺憾的是我們目前沒有直接將生產(chǎn)線與大腦直接連結(jié)的管道,數(shù)據(jù)文件就是訊息傳遞管道,而物料清單(BOM)是該數(shù)據(jù)集最關(guān)鍵的部分之一。業(yè)余設(shè)計者需要拾取 0.1-μF~0.01-μF 電容器、將這些組件焊在 Vcc 與 Vss 之間、且得布署其位置的情況并非罕見;這對你來說可能無所謂,但是對組裝廠來說就不見得了,特別是如果你還委托他們采購那類組件。
組裝廠不會知道等效串聯(lián)電阻對那些零件是否重要,也不知道所需溫度范圍;各種條件只能靠你來告訴他們。組裝廠需要知道確切的零件型號,而因為可能出現(xiàn)供應(yīng)問題,如果能為每顆零件提供一個以上的替代品會更好。
4. 隨時準(zhǔn)備好替代品
說到替代品…這永遠都會是好主意,現(xiàn)在尤其是,因為本文在寫作的同時,產(chǎn)業(yè)界正面臨嚴(yán)重的零件缺貨問題,特別是電容器。務(wù)必列出替代品,以免你原本選擇的零件再也買不到。
3. 檢查所有的零組件腳位
自家打造電子裝置的一個常見狀況是,會利用 CAD 軟件內(nèi)標(biāo)示接近但是不一定精確的零件腳位;如果是手工焊板或是采用較大尺寸的零件,這通常不會有什么問題,但機器組裝可能會需要更精確的信息,因為你本人無法在現(xiàn)場盯著、調(diào)整焊料量。小型零件需要非常精確的焊料沉積,唯一能確保其精確度的方法是仔細(xì)閱讀特定零件的規(guī)格書,確認(rèn)你在 CAD 軟件內(nèi)使用之腳位上的銅以及焊膏符合零件制造商的建議。
2. 隨時準(zhǔn)備好溝通
很多理工科系出身的朋友都不擅與人交際,但你需要與你的組裝廠對談,而且準(zhǔn)備好快速響應(yīng)任何問題;如我先前所說的,制造就是盡可能讓你腦袋里的東西清楚、精確地成形,模擬兩可會是你的大敵。當(dāng)你的 EMS 伙伴詢問你任何問題時,請盡快回復(fù)。
1. 動手去做吧!
在沒有很久以前,制造電子產(chǎn)品必備的工具以及服務(wù)是如此復(fù)雜且昂貴,對業(yè)余 DIY 愛好者或是創(chuàng)客來說,要把基于個人愛好開發(fā)出的項目變成一個小生意,幾乎是不可能的事情。時代已經(jīng)改變了,硬件新創(chuàng)公司潮流回溫,而且是人人都可以做得到的事!
審核編輯 黃昊宇
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