SMT貼(tiē)片工藝(yì)詳(xiáng)解(jiě)
電(diàn)路板(bǎn)生(shēng)產工(gōng)藝：SMT硬件工程師，要經(jīng)常和工廠打(dǎ)交道(dào)，必(bì)須要對SMT工(gōng)廠的(dí)基本流程(chéng)和(hé)原理(lǐ)充分(fēn)了解(jiě)。
PCBA=PCB Assembled。組裝完(wán)成(chéng)的PCB。嚴格來講，PCBA=PCB+元(yuán)器(qì)件(jiàn)+SMT生(shēng)產(chǎn)+固件(jiàn)+測試(shì)。
電路板上(shàng)那(nà)麼多(duō)元器(qì)件，靠手(shǒu)焊(hàn)肯定是不行的，得靠機(jī)器(qì)來(lái)貼片(piàn)。不管去(qù)沒去過(guò)工(gōng)廠(chǎng)，在電(diàn)視上肯定(dìng)都見過這樣(yàng)的(dí)畫麵：一隻(zhī)機械手，移動到電路(lù)板上(shàng)麵(miàn)，啪(pā)啪(pā)啪向下捅了幾次，電路板(bǎn)上就有(yǒu)元(yuán)器件(jiàn)了(liǎo)。這(zhè)就是PCB變成PCBA中(zhōng)的(dí)一個環(huán)節(jié)，SMT。
機(jī)器(qì)焊(hàn)接電(diàn)路(lù)，跟手(shǒu)工焊接(jiē)電(diàn)路(lù)原理上(shàng)都一(yī)樣(yàng)，上錫，擺元器(qì)件，加(jiā)熱(rè)。隻(zhī)不過(guò)機器(qì)比人的手(shǒu)速高多了(liǎo)，一(yī)秒鐘可(kě)以擺好幾(jī)個(gè)元(yuán)器(qì)件。
上錫(xī)：
首先要(yào)給(gěi)電(diàn)路(lù)板上(shàng)錫。前(qián)麵講(jiǎng)到Gerber文件(jiàn)中(zhōng)有一(yī)個(gè)paste mask文(wén)件，就(jiù)是用來(lái)開鋼(gāng)網的。鋼網(wǎng)是(shì)一(yī)張薄薄(báo)的鋼(gāng)片，很(hěn)平(píng)整，厚(hòu)度(dù)在0.1mm左(zuǒ)右(yòu)。根據(jù)paste mask文(wén)件上的圖(tú)形，有相(xiāng)應(yīng)的(dí)鏤空(kōng)的孔。把鋼網蓋(gài)在電路板(bǎn)上(shàng)，對(duì)齊(qí)了，這時候能看到(dào)，需(xū)要焊(hàn)接(jiē)的(dí)焊(hàn)盤都會(huì)露(lòu)出(chū)來(lái)。鋼(gāng)網(wǎng)就是(shì)錫(xī)膏(gāo)的(dí)模版(bǎn)，把錫(xī)膏在(zài)鋼網(wǎng)上(shàng)刷一層，有孔的地方的(dí)錫(xī)膏(gāo)會印刷到電(diàn)路(lù)板焊盤上去，沒有(yǒu)開(kāi)孔的地(dì)方就沒有焊錫(xī)。錫膏的厚度，跟鋼網(wǎng)的(dí)厚度相同(tóng)，也(yě)是0.1mm那(nà)麼厚(hòu)。
做上錫(xī)工(gōng)作的(dí)設(shè)備，叫(jiào)做“印刷(shuā)機(jī)”，把鋼(gāng)網插(chā)到(dào)機(jī)器(qì)裏(lǐ)，再(zài)把電(diàn)路板(bǎn)放進(jìn)去，設備會自動托起電路板，定位好，緊(jǐn)緊的頂(dǐng)在鋼網(wǎng)下方。鋼(gāng)網上(shàng)方有(yǒu)一(yī)個刷(shuā)子，推(tuī)著一大堆(duī)錫(xī)膏(gāo)，從(cóng)鋼網上層來(lái)回(huí)一趟(tàng)，鋼網(wǎng)開孔的位(wèi)置(zhì)和(hé)電(diàn)路板形成(chéng)的凹槽裏，就(jiù)會(huì)堆了一層錫(xī)膏。再把電路(lù)板(bǎn)拿下來(lái)，電路板(bǎn)上(shàng)錫(xī)就完成了(liǎo)。接(jiē)下(xià)來(lái)就需要(yào)進另一台(tái)機器(qì)，開(kāi)始(shǐ)擺放(fàng)元器件。
鋼網(wǎng)上開(kāi)孔(kǒng)，和電(diàn)路板的(dí)元器件(jiàn)焊盤對應(yīng)
通過(guò)鋼網，往電(diàn)路板(bǎn)上(shàng)印刷錫膏
貼(tiē)片/SMT
SMT，Surface Mount Technology，表(biǎo)麵(miàn)貼裝(zhuāng)。顧(gù)名思(sī)義(yì)，把元(yuán)器件貼裝在電(diàn)路板(bǎn)表麵(miàn)。之所以(yǐ)叫貼(tiē)，是(shì)因(yīn)為錫(xī)膏(gāo)是(shì)有(yǒu)一定的(dí)粘(nián)性的，能(néng)夠(gòu)在沒(méi)有熔化的時候，也能夠(gòu)黏住元(yuán)器件。SMT又(yòu)稱貼(tiē)片。把芯片(piàn)貼(tiē)在(zài)電路板上的意思。
因為貼片，是整個(gè)PCBA加(jiā)工(gōng)過(guò)程(chéng)中(zhōng)的最(zuì)重要(yào)的(dí)一(yī)個環節(jié)，因(yīn)此(cǐ)PCBA加(jiā)工(gōng)廠同樣(yàng)都(dū)叫做(zuò)貼片(piàn)廠。
貼片(piàn)的原(yuán)理(lǐ)極其簡單(dān)，手(shǒu)工(gōng)焊接的時(shí)候是用(yòng)鑷子夾著(zhuó)元器(qì)件(jiàn)放(fàng)在電路(lù)板(bǎn)上(shàng)，貼片機(jī)是用(yòng)機(jī)械手夾著(zhuó)元器件(jiàn)放在電路板上(shàng)。
不(bù)過(guò)貼(tiē)片的實際情況(kuàng)是(shì)非常(cháng)復雜的(dí)，設(shè)備(bèi)也很(hěn)精(jīng)密(mì)。想想(xiǎng)也是(shì)，如果沒(méi)啥技(jì)術(shù)含(hán)量，為(wéi)什麼(mó)電(diàn)視裏(lǐ)老是放貼(tiē)片(piàn)的(dí)鏡頭(tóu)，而(ér)不是放印刷(shuā)或(huò)者後(hòu)麵過(guò)爐的鏡頭呢？我們可(kě)以(yǐ)先看看(kàn)後麵的(dí)問(wèn)題(tí)：
元器件往(wǎng)哪(nǎ)裏(lǐ)放？
尺寸比較(jiào)小的元器(qì)件(jiàn)，包括芯(xīn)片類的(dí)，都是(shì)編帶(dài)存儲(chǔ)的(dí)。通過紙質或者塑料的(dí)料帶(dài)，把(bǎ)元器(qì)件一顆(kē)一顆的按照(zhào)相同(tóng)的(dí)順序嵌入到料帶中(zhōng)，再卷成一(yī)卷一(yī)卷的。料帶上(shàng)有(yǒu)很多標準(zhǔn)尺(chǐ)寸的(dí)孔(kǒng)，這(zhè)些孔可以(yǐ)卡在物(wù)料(liào)輸(shū)送器的齒輪(lún)上(shàng)，齒(chǐ)輪(lún)帶著(zhuó)物(wù)料一點(diǎn)一點(diǎn)的往前(qián)送(sòng)。
物(wù)料(liào)輸送器，叫(jiào)做飛(fēi)達。這個名字(zì)純(chún)粹是音(yīn)譯的(dí)，Feeder。原(yuán)意是喂食器(qì)，飼(sì)養(yǎng)員。很形象(xiàng)的(dí)表達(dá)出(chū)這個(gè)東西的作用：給(gěi)貼片機喂物(wù)料(liào)的。
飛達(dá)整整(zhěng)齊(qí)齊的排(pái)列在貼片機兩(liǎng)端，貼(tiē)片(piàn)機的機械(xiè)手，按照程序設(shè)定(dìng)，從(cóng)飛達上(shàng)拾取元(yuán)器件(jiàn)，並(bìng)擺放在(zài)電路(lù)板上(shàng)。
對(duì)於大(dà)尺寸的元器(qì)件(jiàn)或(huò)者未(wèi)編(biān)成(chéng)卷帶的(dí)散料，也可(kě)以放在(zài)托盤上，機(jī)械手(shǒu)也可以從托盤上拾取物料。
機械(xiè)手(shǒu)是怎麼(mó)把(bǎ)這麼小的元(yuán)器件(jiàn)抓起來(lái)的(dí)？
實際(jì)上(shàng)貼片機的(dí)機械(xiè)手(shǒu)臂，並不(bù)是(shì)靠手指把元器件抓(zhuā)起來的，而是(shì)靠(kào)真(zhēn)空吸起(qǐ)來的。每(měi)一(yī)個(gè)手(shǒu)臂(bì)上(shàng)有(yǒu)好多(duō)個吸嘴，每個吸嘴可(kě)以吸起來(lái)一個(gè)元器件。吸嘴多了(liǎo)，機(jī)械臂移動(dòng)一(yī)次就(jiù)可(kě)以吸取(qǔ)很多個(gè)元(yuán)器件(jiàn)，並且擺放很多(duō)次，生產效率就會更高。
不(bù)同尺(chǐ)寸的元(yuán)器件(jiàn)，吸嘴(zuǐ)是不一樣(yàng)的(dí)，從(cóng)高中(zhōng)物理可以看出來，相(xiāng)同的壓強下，麵(miàn)積(jī)越大力(lì)越大，所(suǒ)以吸芯片和(hé)連(lián)接(jiē)器(qì)這(zhè)種(zhǒng)比(bǐ)較沉(chén)重的物料(liào)的(dí)吸(xī)嘴(zuǐ)就要大一些，吸(xī)阻(zǔ)容(róng)感(gǎn)的(dí)吸嘴就要小一些，吸0201的元(yuán)器件(jiàn)需要用(yòng)更小(xiǎo)的吸(xī)嘴。
重(zhòng)量比(bǐ)較大(dà)的東(dōng)西(xī)，移動的(dí)時候慣性(xìng)也會比較(jiào)大(dà)，所(suǒ)以(yǐ)貼片機會劃分為(wéi)幾個區域，大元器(qì)件區(qū)域的(dí)機械手臂(bì)移動的(dí)比(bǐ)較慢(màn)，小元器件區域的移動的(dí)快很(hěn)多(duō)。
從貼(tiē)片(piàn)機吸元(yuán)器(qì)件(jiàn)這個原理(lǐ)上，不難理(lǐ)解，對於插針(zhēn)，頂(dǐng)針這樣(yàng)的(dí)尖(jiān)頭的元器件(jiàn)，物料(liào)出廠的(dí)時候(hòu)都(dū)帶有一(yī)個(gè)塑(sù)料的(dí)蓋(gài)子，因(yīn)為(wéi)沒有一個平(píng)麵(miàn)，是無法(fǎ)吸(xī)起來的。對於(yú)USB口這(zhè)樣的表麵(miàn)有小(xiǎo)的(dí)開口的(dí)元器(qì)件(jiàn)，出廠的時(shí)候會貼(tiē)有(yǒu)一(yī)小塊高溫(wēn)膠紙，其目的(dí)也(yě)是防(fáng)止(zhǐ)吸(xī)嘴(zuǐ)漏氣(qì)了。
機(jī)械(xiè)手怎(zěn)麼知道元器(qì)件(jiàn)該放(fàng)在哪裏？
生(shēng)產資料裏，會(huì)有(yǒu)坐(zuò)標(biāo)文(wén)件，標示每(měi)一個(gè)元(yuán)器(qì)件在(zài)電(diàn)路(lù)板上(shàng)的坐(zuò)標。上綫(xiàn)貼(tiē)片前，產綫(xiàn)工程(chéng)師(shī)會對著生產資料，把(bǎ)每個元(yuán)器件(jiàn)的貼(tiē)片(piàn)信息錄(lù)入到(dào)貼片(piàn)機的操作軟件裏去(qù)。這(zhè)樣貼(tiē)片機(jī)就知道從哪一個飛達拿多少(shǎo)顆元器件，放在電路(lù)板的哪個位置了。
這個過程在(zài)工廠叫做編(biān)程，SMT工(gōng)廠(chǎng)有(yǒu)專門的程(chéng)序工程師(shī)負責錄入這些信息(xī)，一個幾百顆元器(qì)件(jiàn)的(dí)電(diàn)路(lù)板(bǎn)的編(biān)程，需要(yào)花費大半天的(dí)時(shí)間。
如何對準電路(lù)板和(hé)元(yuán)器件？
電(diàn)路(lù)板(bǎn)是通過(guò)傳(chuán)送(sòng)帶送(sòng)到(dào)貼(tiē)片(piàn)機裏去(qù)的(dí)，元器件在料(liào)帶裏，也(yě)不是卡(qiǎ)的嚴嚴實(shí)實的，是(shì)會晃(huǎng)動(dòng)的(dí)。貼片機(jī)必須要能夠判斷電路板的精確(què)位(wèi)置(zhì)，並把元(yuán)器件精(jīng)準的(dí)擺放(fàng)到位。
貼(tiē)片機，是通(tōng)過(guò)機(jī)械(xiè)臂(bì)上(shàng)的攝(shè)像(xiàng)頭來識別電(diàn)路板和元器(qì)件的。每一個(gè)元器(qì)件被(bèi)拿起來之後，都(dū)會被(bèi)照(zhào)一張相，通(tōng)過對(duì)這(zhè)張相(xiāng)片的(dí)圖像識別，能夠看(kàn)的(dí)出來是否(fǒu)吸歪了(liǎo)，如果歪了，根據圖(tú)像上(shàng)歪(wāi)的(dí)數據，係(xì)統會自動對貼片(piàn)位置做(zuò)一(yī)定的補償，偏(piān)了(liǎo)的移(yí)動，歪了的(dí)旋(xuán)轉。同樣，電(diàn)路(lù)板(bǎn)上也(yě)會設計有幾個(gè)mark點，一個圓形的焊盤，攝像頭能夠根據焊盤(pán)的(dí)位置，識(shí)別(bié)出(chū)電(diàn)路(lù)板當(dāng)前的(dí)位置，再根據元器件(jiàn)相對電路板(bǎn)的坐(zuò)標，找(zhǎo)到(dào)元器件(jiàn)所在的(dí)位置(zhì)。
回(huí)流焊(hàn)/波峰焊(hàn)
打(dǎ)開(kāi)蓋(gài)子(zǐ)的回流焊爐子(zǐ)
把(bǎ)所有的元(yuán)器件都擺(bǎi)放好(hǎo)了，電路(lù)板就(jiù)會被從(cóng)貼片(piàn)機(jī)中(zhōng)推出來(lái)，由人工(gōng)目檢，或者由AOI機(jī)器檢查，看(kàn)看(kàn)是(shì)否有元器(qì)件(jiàn)貼歪了或者(zhě)錯了。如(rú)果(guǒ)沒什(shí)麼問題，就(jiù)要過(guò)爐(lú)了。
過(guò)爐(lú)，通過一個(gè)爐子(zǐ)。錫(xī)膏得(dé)加(jiā)熱，才能熔(róng)化(huà)，熔化了才能把元器件固(gù)定(dìng)起來。過爐(lú)就(jiù)是通過回(huí)流焊(hàn)的(dí)爐子(zǐ)，把整個(gè)電路板逐(zhú)步(bù)加熱，直至焊錫熔化(huà)，然(rán)後(hòu)再逐步(bù)降(jiàng)溫(wēn)下(xià)來。整個過程通常(cháng)會(huì)持續8分(fēn)鐘(zhōng)左右。目(mù)前回流焊(hàn)的爐(lú)子，都是以熱風(fēng)加熱為(wéi)主(zhǔ)。分成(chéng)多個溫度區(qū)，逐(zhú)步(bù)加熱，在(zài)焊錫(xī)熔(róng)點之上的(dí)時間(jiān)並不長，最(zuì)多(duō)也(yě)就(jiù)幾(jī)十秒(miǎo)鐘(zhōng)。
講到(dào)回流焊(hàn)這個名(míng)字，幾乎所有人都(dū)不知(zhī)道什麼是(shì)“回(huí)流(liú)”，並(bìng)不(bù)是說(shuō)裏(lǐ)麵的風會來(lái)回流動，更(gēng)不是(shì)說焊錫(xī)從(cóng)這(zhè)裏流(liú)到那(nà)裏。回(huí)流(liú)焊(hàn)來自“Reflow Soldering”，這個“回(huí)流”的真實含義是“把固(gù)體的錫(xī)膏(gāo)，變回(huí)能夠流(liú)動的(dí)液體(tǐ)”的意(yì)思。
過爐的過(guò)程中(zhōng)，錫膏(gāo)會熔(róng)化，熔化了的(dí)錫膏(gāo)呈現(xiàn)出(chū)液體(tǐ)的特(tè)征(zhēng)：吸(xī)附(fù)到(dào)能吸附的地(dì)方，並(bìng)產生(shēng)張(zhāng)力。經常會出(chū)現(xiàn)貼(tiē)片的時(shí)候貼(tiē)正(zhèng)了(liǎo)，過爐(lú)之(zhī)後就歪了(liǎo)的情(qíng)況。這(zhè)種(zhǒng)往(wǎng)往(wǎng)是(shì)焊盤之(zhī)間產生的拉力(lì)不一樣大造成的，例如(rú)有(yǒu)的(dí)焊(hàn)盤大(dà)，有些焊盤(pán)小的(dí)芯(xīn)片。這(zhè)種需要(yào)通(tōng)過控製錫量和(hé)錫膏形狀(zhuàng)來(lái)解決，或者(zhě)采用過爐前(qián)點膠固定的方式(shì)。
還(huán)有一(yī)種針對插針(zhēn)式的(dí)焊接方(fāng)式，波(bō)峰焊(hàn)，在(zài)老式(shì)電路(lù)板和大尺寸簡單電路板上依然(rán)有應用，專(zhuān)門焊接插(chā)針電路。波峰焊(hàn)的波(bō)峰，是(shì)指(zhǐ)焊錫熔(róng)化之後，通過設(shè)備的(dí)噴口把焊錫(xī)噴出來，像小噴(pēn)泉一樣(yàng)，形成波浪(làng)形(xíng)，把元器件的插針插入波(bō)峰中(zhōng)，就可(kě)以(yǐ)沾(zhān)上焊錫，並(bìng)在(zài)焊(hàn)錫(xī)吸附(fù)力下把焊(hàn)盤和(hé)插(chā)針焊(hàn)接起(qǐ)來(lái)。
現(xiàn)在智能(néng)硬件領(lǐng)域，全板(bǎn)插接(jiē)元(yuán)器件的產品(pǐn)幾乎沒有，大部分(fēn)都是(shì)全板SMT的，偶(ǒu)爾有局部大尺寸連接器(qì)可能(néng)需(xū)要通(tōng)過(guò)波(bō)峰焊(hàn)。