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从手工焊板改自动化组装?先注意这十点...

时间:2018-11-19 作者:• Duane Benson, EEWeb特约作者 阅读:
如果你需要组装的电路板并非少数,只靠手工带来的成就感恐怕不够;当工作量达到某种程度,是该考虑把电路板组装任务委托给EMS厂商或是自家建置SMT组装线的时候了。但这并不代表着你只要把零件跟板子装箱打包寄到组装厂就好...

如果你需要组装的电路板并非少数,只靠手工带来的成就感恐怕不够;当工作量达到某种程度,是该考虑把电路板组装任务委托给EMS厂商或是自家建置SMT组装线的时候了。但这并不代表着你只要把零件跟板子装箱打包寄到组装厂就好...

有鉴于目前市面上有众多零组件都是只采用表面黏着(SMT)封装,以手工焊接一些PC电路板的受欢迎程度令人惊讶…特别是考虑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零件也会让人害怕,而能焊接次毫米(sub-millimeter)间距的零件会是一种荣誉;不过这种情况在最近十年似乎有所变化。

如果你需要组装的电路板并非少数,只靠手工带来的成就感恐怕不够;当工作量达到某种程度,是该考虑把电路板组装任务委托给EMS厂商或是自家建置SMT组装线的时候了。这么做将能为你节省不少时间,而且确保更可靠的成品;但这并不代表着你只要把零件跟板子装箱打包寄到组装厂就好,因为自动化焊接设备并没有直接与你的大脑相连,规则也得改。

有时候在手工焊接可行的技巧,可能会完全破坏机器组装程序;为了避免这类问题,笔者列出了以下的十个注意事项,提供准备从手工焊电路板转向采用机器组装的朋友参考。

10:小心零组件受潮

这听起来似乎并不是那么合理,但是塑料确实会吸收湿气,而且不用丢进水槽、只要暴露在空气中就会发生。塑料封装的芯片若有湿气,在回焊炉(reflow oven)里会像是爆米花一样──湿气会变成水蒸气,如果不能很快排出,就会让芯片封装爆开;通常这种损坏是肉眼不可见的,但你会在现场看到不可靠的产品。

通常喜欢自己动手做的创客们会打开零件的外包装将它们随处放置,并没有使用适当的储存方法;如果你要把你设计的项目送去机器组装,有两件事情可以避免对湿气敏感的零件受潮:首先是在需要时才订购零件,不要太早买进,而且要保持包装密封;或者是通知组装厂注意零件可能受潮,并请它们在组装上之前先烘干,将湿气妥善去除。

9:电路板一定要上防焊漆

很多电路板厂会在你订购无防焊漆产品时提供优惠,这在手工组装时不是问题,因为你可以用眼睛观察并调整焊料的量。不过如果是利用模板(stencil)来涂焊料,并且电路板会经过回焊炉,焊料会扩散到外露的铜线,这可能会使得零件导线上的焊料不足以建立可靠的连结。上一层防焊漆可能得先多花点钱,但是以长远的眼光看是可以提升可靠度与降低成本;此外防焊漆现在也有许多颜色选择(EDNT编按:传统是绿色),能为你的电路板带来个性化外观。

8:网版印刷也不可或缺

电路板上有没有网版印刷与可靠性无关,但会让精准的组装更难实现;依照我的方法,会用CAD档案能让组装设备确实了解每个零件该放置的位置,包括角度与方向。可惜世事不能尽如人意,很常出现错误脚位或是零件本身标示模糊不清,无法只靠CAD档案来描述位置,清晰的网版印刷能确保不会出错,因为数据是可见的。

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清晰的网版印刷能确保零件位置不出错(来源:Screaming Circuits)

如果因为设计的缘故,你不想要有防焊漆与参考指针的电路板,这是你的选择;不过你还是需要在布线软件的文件层中做好标示,或者是另外绘制一张组装图,并且要告诉组装厂注意那些标记信息。

7: 跟上SMT潮流

要确保能手工打造电路板的最简单方法之一,是坚持采用导线通孔(lead through-hole,LTH)类型的零件,但这会带来许多设计上的限制,也会使许多新技术无法被使用。如果你目前主要还是采用LTH组件或是大尺寸的SMT组件,你可以透过转向采用更小的SMT组件进入一个能利用专业组装技术的新世界,许多最新、功能最多的零件都是只有超小型封装,例如里聚合物电池充电器、无线组件、加速度计,以及一些最新的微控制器,几乎都只有最迷你的芯片封装外观。

当你以手工组装产品原型或是打造较少数量的私人用途电路板时,或许能够在扩充板(breakout board)上找到这种小型零件;若要开始打造上千套准备销售的系统,最好重新为电路板布线,在不使用扩充板的前提下使用那些小型芯片,千万别忘了旁路电容还有每一颗必备的支持零件。

6:不要在焊垫上开孔

QFN封装以及BGA封装的零件下方都有接脚或焊垫,通常是完全不会接触到的;这对回焊炉是好事,但如果是手工焊接呢?手工焊接通常会在焊垫上开孔,用胶带把零件固定在电路板上,然后把电路板翻过来,用焊料以及一小尖焊铁黏那个孔洞,如此就几乎可以手工焊接任何一种无接脚的表面黏着组件。

所以你大概知道我要说的就是,在焊垫上开孔不适用自动化组装,焊料会流经那些孔洞跑到电路板的背面,最后造成短路以及零件因为没有与焊垫完全连结而脱落。而如果你是使用有开孔的手工焊接技术,要将电路板送到自动组装厂之前也需要重新布线,不能在焊垫上留下任何开孔。

5: 重复检查物料清单(BOM)

专业制造是将你的想法与相关信息化为实体电路板的最后步骤,遗憾的是我们目前没有直接将生产线与大脑直接连结的管道,数据文件就是讯息传递管道,而物料清单(BOM)是该数据集最关键的部分之一。业余设计者需要拾取0.1-μF~0.01-μF电容器、将这些组件焊在Vcc与Vss之间、且得布署其位置的情况并非罕见;这对你来说可能无所谓,但是对组装厂来说就不见得了,特别是如果你还委托他们采购那类组件。

组装厂不会知道等效串联电阻对那些零件是否重要,也不知道所需温度范围;各种条件只能靠你来告诉他们。组装厂需要知道确切的零件型号,而因为可能出现供应问题,如果能为每颗零件提供一个以上的替代品会更好。

4. 随时准备好替代品

说到替代品…这永远都会是好主意,现在尤其是,因为本文在写作的同时,产业界正面临严重的零件缺货问题,特别是电容器。务必列出替代品,以免你原本选择的零件再也买不到。

3. 检查所有的零组件脚位

自家打造电子装置的一个常见状况是,会利用CAD软件内标示接近但是不一定精确的零件脚位;如果是手工焊板或是采用较大尺寸的零件,这通常不会有什么问题,但机器组装可能会需要更精确的信息,因为你本人无法在现场盯着、调整焊料量。小型零件需要非常精确的焊料沉积,唯一能确保其精确度的方法是仔细阅读特定零件的规格书,确认你在CAD软件内使用之脚位上的铜以及焊膏符合零件制造商的建议。

2. 随时准备好沟通

很多理工科系出身的朋友都不擅与人交际,但你需要与你的组装厂对谈,而且准备好快速响应任何问题;如我先前所说的,制造就是尽可能让你脑袋里的东西清楚、精确地成形,模拟两可会是你的大敌。当你的EMS伙伴询问你任何问题时,请尽快回复。

1. 动手去做吧!

在没有很久以前,制造电子产品必备的工具以及服务是如此复杂且昂贵,对业余DIY爱好者或是创客来说,要把基于个人爱好开发出的项目变成一个小生意,几乎是不可能的事情。时代已经改变了,硬件新创公司潮流回温,而且是人人都可以做得到的事!

(原文出自ASPENCORE旗下EDN姐妹网站EEWeb;参考链接: Top 10 Considerations When Moving from Hand-Soldering to Machine Assembly,本文作者为 Screaming Circuits共同创办人、技术长暨营销经理;编译:Judith Cheng)

 

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