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发表于 2020-5-27 08:42:20
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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。
（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。
（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。
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。
（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。
（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。
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。
（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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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