【电赛新兵训练营 】电子工程训练基础知识讲座_第20课时_PCB焊接2

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查看: 16117回复: 84 发表于 2020-5-27 08:42:20   只看该作者
本课将讲解批量焊接和PCB打样的有关知识。包括以下内容:

(1)针插元件与波峰焊
(2)针插元件与锡炉
(3)钢网与刮锡
(4)贴片机
(5)回流焊
(6)PCB打样及SMT服务注意事项

1、针插元件与波峰焊
针插类元件自动化批量焊接使用的工艺是波峰焊。
(1)如图1所示,加热成液态的焊锡从中间长条方槽不停涌出,持续形成液态锡波峰。

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图1 熔化的液态锡波峰

(2)如图2所示,夹持在传送带上的PCB板,底部依次从液锡波峰滑过。

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图2 PCB板滑过波峰焊

(3)如图3所示,由于阻焊层和浸润的原理,只有焊盘和插针位置才能粘上焊锡,完成焊接。

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图3 波峰焊焊接完成的PCB板效果

2、针插元件与锡炉
实验室手工批量焊接针插元件可以使用锡炉。
(1)首先,给待焊接PCB涂抹助焊剂。元件如果方便固定,可以提前剪去多余引脚,避免浪费焊锡。
(2)如图4所示,锡炉由于高温加热,表面会不断形成氧化层,焊接前都需要把氧化层刮到一边,露出光亮的液态锡。

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图4 刮除氧化层

(3)如图5所示,将PCB板底部浸入锡炉数秒。注意,既要让PCB板底部完全接触液态焊锡,又不能让焊锡流到PCB的正面。

image005.png
图5 使用锡炉焊接

(4)如图6所示为锡炉焊接的效果。图中插针引脚都不在正中央,这是因为固定元件,将引脚往两边掰卡住PCB的缘故。

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图6 锡炉焊接的效果

锡炉的焊接效率和效果都远高于手工烙铁焊接。并且,当要拆卸多引脚的针插元件时,吸锡器不仅难以胜任,而且会损伤焊盘;用锡炉来拆卸这类元件则非常简单,再次焊接也是易如反掌。锡炉本身很便宜,实验室使用锡炉最大的投资是要扔不少锡条进去。
3、钢网与刮锡
批量焊接贴片元件就肯定少不了钢网。钢网的价格已经被世界工厂从千元、几百元、几十元,一直降到了贴片送钢网的地步。所以,实验室也完全可以尝试使用钢网手动刮锡了。
(1)用和PCB差不多等厚的条装物(例如贴片电阻电容带),在钢网架台面(手动丝印台)上,粘出符合PCB板大小的定位槽,以方便快速更换电路板。
(2)参考图7,调整钢网架的定位螺丝,将钢网的镂空与PCB焊盘精确对齐。

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图7 对齐钢网

(3)如图8所示,用刮刀给钢网刮锡,具体手法可自行再搜索学习。

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图8 钢网刮锡

(4)如图9所示,翻开钢网支架,将钢网与PCB分离,观察刮锡效果。通过钢网刮锡,可以一次性的给所有贴片焊盘涂抹焊锡膏。焊锡膏平时是冷藏保存的,图9其实是刚刮完锡的焊盘效果,随着温度的回升,焊锡膏会逐渐变成半液体半固体状态。

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图9 刮好锡的焊盘

4、贴片机
在工业化生产中,PCB板钢网刮锡的工序也是全自动锡膏印刷机来完成的。刮好锡膏后,就要进行贴片工序。
如图10所示的全自动贴片机:

(1)有7个吸嘴,可以在元件区域吸取元件.
(2)然后先在视觉定位区域对吸取的元件拍照,以便贴片时调整位置和角度。
(3)最后是在PCB上放上元件。

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图10 全自动贴片机

出于体积和价格的考虑,全自动贴片机在学校实验室肯定相当罕见,最多有一些几万元的国产桌面贴片机。在实验室最可行的还是手工进行贴片,如图11所示。大家可能觉得贴片机摆放元件位置精确,其实手工放置贴片元件有时更精确。很多小工厂,在小批量加工电路板时,遇到没有合适元件料槽(贴片机“飞达”)的时候,也都是手工放置芯片。下面一节我们还会讲到,由于浸润原理,贴片元件并不需要放置的太精确。

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图11 手工放置贴片元件

5、回流焊
如图12所示,在贴片机之后的工序是进回流焊进行焊接。回流焊具体有很多种类,我们简单理解是通过热风加热熔化焊锡膏的焊接方式就行了。

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图12 贴片机对接回流焊

如图13所示,大型回流焊是传送带连续工作模式,一块PCB从进入回流焊到输出需要若干分钟。回流焊内部分为很多的温区,以保证每块PCB能够按照温升曲线进行加热。

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图13 大型回流焊的结构

如图14所示为小型桌面回流焊,它的原理就特别像“烤箱”,同样可以控制电路板按升温曲线进行加热,只不过需要一锅一锅“烤”,不像大型回流焊那样连续运转。图中的回流焊价格在千元以内,价格和体积学校实验室都能负担。

image014.png
图14 小型桌面回流焊

图15展示了回流焊焊接贴片元件的过程。

(1)左上图是刚刚开始加热,三个方形的排阻排列并不整齐,下面的电阻也是明显左偏。而且,大家还可以发现排阻焊盘上的锡膏由于温度的升高,已经糊成一团,并没有分离开。
(2)随着温度的升高,右上图中三个方形排阻的已经焊好,不仅引脚没有粘连,3个排阻的位置也排列整齐了。
(3)温度继续升高,下图中单个电阻也已经焊好了,仔细观察它的位置,已经不再偏左了。

image015.png
图15 回流焊焊接过程

通过回流焊的焊接过程,我们可以看出在表面张力/浸润的作用下,元件的位置具备相当大的自校正能力,这也是为什么手工放置贴片元件完全可行的原因。
如果连“烤箱”也没有,也没关系,使用手持热风机一样可以完成贴片元件的焊锡膏焊接,如图16和图17所示。

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图16 使用热风机加热芯片


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图17 手工热风机焊接完成的效果

6、PCB打样及SMT服务注意事项
本课的最后我们来谈一下学生实验室所涉及的PCB打样和SMT的问题。
表1所示是白菜价格PCB打样厂的典型PCB加工能力。

(1)单面板和双面板基本都是白菜价,也几乎没差价。4层板价格一般学生还可以接受,6层板就不太建议轻易尝试了。
(2)白菜价格的实现依靠的是拼板,所以PCB打样厂会给出一个性价比最高的尺寸,超过这个尺寸才是按面积计算。典型的为双面板10cm*10cm以下,4层板5cm*5cm以下为白菜价。
(3)阻焊颜色类型方面,打样厂可能会对非绿色阻焊收取颜色费。随着竞争的激烈,不收取杂色费的厂商也越来越多。绿色阻焊的制作速度肯定是最快的(其他颜色可能要等攒够了才会开工),所以在非紧急情况下,同学们再去选择有个性的阻焊颜色。
(4)铜厚方面,越厚越贵是一定的,而且还可能不讲理的贵。道理同上,缺乏同种类型板子一起拼板打样,成本就会急剧增高。
(5)板厚方面,一定厚度范围的板子属于白菜价,过薄过厚都会加价,通常默认厚度1.6mm。
(6)其他几个参数,如孔径、线宽、线隙等,逼近极限参数肯定要加钱,而且会影响成品率。

表1 一般PCB打样厂的PCB加工能力

层数
1-6
板材
FR-4
最大尺寸
40*50cm(一般38*38cm)
阻焊类型
感光油墨(绿红黄蓝白黑)
外层铜厚
35μm~70μm
内层铜厚
17μm
板厚
0.4~2.0mm
钻孔直径
0.2~6.3mm
线宽
多层板3.5mil,单双面5mil
线隙
多层板3.5mil,单双面5mil
最小过孔
多层0.2/0.45,单双面0.3/0.6
最小字符
线宽6mil,高32mil
导线距板边距
单片0.2mm,V割0.4mm
工艺边
最小3mm


下面谈一谈SMT服务,也就是由工厂帮我们完成贴片元件的焊接。以往,都是批量生产时,才适合购买SMT服务,最近一些PCB打样厂开始承接单块PCB的SMT服务,而且性价比还很高。
如图18所示为某PCB打样厂的SMT增值服务广告,甚至连钢网费用都免了。所谓工程费就是起步价。扩展库换料费的意思是某元件打样厂有(在扩展库),但是用的人不多,平常没有装在贴片机上,为了你特意安装这个元件的飞达需要10元钱“人工费”(基础库则不需要)。具体元件本身的价格,则可以查询主页上基础库和扩展库的表格。

image018.png
图18 某PCB打样厂的SMT增值服务

在使用任何厂商的SMT服务时,都需要统一物料元件标准。
(1)大批量SMT生产时,用户提供物料,需要与工厂详细沟通生产细节。
(2)小批量SMT打样时,物料工厂提供,虽然元件封装有标准,但是元件库中元件方向缺乏标准。比如某厂的定义是以元件编带中元件的摆放为0°方向,AD元件库的中的元件需0°摆放,如图19所示。

image019.png
图19 元件的方向

有的工厂提供了专门的元件库,那么SMT打样省事的办法,直接使用SMT厂的元件库。如图20所示为某SMT厂商的AD元件库。

image020.png
图20 SMT厂商的AD格式的基础元件库

7、本课小结
本课介绍了批量焊接PCB的各种方法、介绍了PCB打样时的各种规范、介绍了SMT打样的注意事项。







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徐志伟 + 2 很给力!

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已学习,谢谢

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感谢老师分享,终于结业了!

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打卡第二十期!

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第二十期打卡!电表我来啦!

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好好学习,天天向上。

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终于到头了

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谢谢老师对常见的焊接方式及其原理进行的详细讲解!

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来了来了,学习学习!!!!

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这部分就比较高端了,完结打卡,谢谢老师的付出

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最后一个   哈啊哈

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打卡,滴

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万用表我来了嘿嘿嘿

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学习打卡20~

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最后一节课了 在这20节课中 学到了很多PCB的知识 没想到这几个月都坚持下来了 每个星期学一点 每个星期都有进步 感谢老师花时间教学 也感谢万用表的支持

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最后一节打卡!

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焊锡烟吸多了,夹元件手抖?
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