六個手動到機械組裝電路板會遇到的陷阱

三月 2, 2017
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過去,要尋找表面黏著通孔插裝的晶片都不是難事。然而約十年前,製造商逐步停止製造通孔技術的晶片。很多時候,最新的產品都只有小型QFN(四方平面無接腳封裝)或晶圓等級的BGA (球柵陣列封裝兩種。
Maker社群則想出了很多種方式來運用其中大部分的晶片Maker的創意激盪下,只有很少數業界所使用的元件是Maker無法使用的。
不過,如果Maker做出了一個好設計,想要量產的話,該怎麼做呢?
有一些適合手動焊接的做法,進入機器中反而會破壞整個製程。為了解決這類問題,我整理了五個常見的問題,供大家進入機械製程前參考。

1. 考量濕氣

雖然乍看不合理,不過塑膠是會吸收濕氣的,而且並不是只有把整塊塑膠丟進水裡才會受到影響。只要塑膠晶片暴露在空氣中就會吸收濕氣,如果把吸收濕氣的晶片放進回焊爐,結果會像微波爐中的爆米花一樣。
濕氣受熱會變成水蒸氣,如果出氣不夠快,水氣就會把晶片撐開。而且這些裂縫是肉眼看不見的,會使產品變得很不穩定。我們這些DIY玩家常常打開套件後,就把元件放在外頭,而不會特別想到要在適當的環境下存放這些元件。
如果要將設計送去進行機械組裝,對於濕度敏感的元件,你可以有兩種做法 。第一,不需要提早訂購元件,當你需要時再訂購,或是在元件到貨後保持密封包裝。不然,你也可以回收受潮的元件。如果你告知廠商有這樣的情況,請他們在組裝前先烘烤過那些元件,也可以解決受潮的問題。

2. 不要省防焊漆

若你訂購的是沒有防焊漆(soldermask或絲網(silkscreen,有些電路板製造商會提供折扣。這點在人工組裝時沒有問題,因為你可以用肉眼來調整焊料的使用量。
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防焊漆可以提升焊接點的品質

然而,如果是在回焊爐裡,焊料透過模板焊接到電路板時,有些焊料會回流到銅片上導致元件尖端的焊料不足,無法將接點固定穩妥雖然防焊漆要錢,但是可以提高接點的穩定性,長遠來看還是比較划算。而且,挑選不同顏色的防焊漆,也可以讓板子看起來更有個人風格!

3. 絲網也很重要

絲網與穩定無關,不過絲網會影響組裝精確度。理想中,CAD檔會告訴組裝機器每個元件的精確位置、角度和方向,不過事情並不是十全十美的。
元件的尺寸可能有錯,標示也可能不清楚,許多時候單靠CAD檔並不夠。絲網的好處在於讓資料的錯誤留下痕跡。如果你不想讓PCB上面寫滿極性標示或物件名稱,你可以將這些註記放在製作軟體的文件層內,再請組裝工廠在那一層看說明就行了。

4. 不要害怕表面黏著

要確保板子可以用手工打造,最簡單的方式之一就是用通孔插裝元件。然而,這會限制設計的可能性,而且無法應用許多新的科技。當然,你可以買附加電路板──一種小的表面黏著晶片,貼在PCB上,上頭有可以焊接的接頭。許多功能都可以這樣解決,不過這並不是萬靈丹。 那些產品很有用,但是很佔空間,價格也會比一片板子還要貴。
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透過機器組裝,可以讓右邊那塊小板子做到左邊兩塊板子加在一起可以做的事

如果你在做產品設計,用到的板子不多,可以考慮附加電路板。然而,如果你要生產一千片板子,請重新設計PCB。只要別忘了旁路電容或其他元件就行了。此外,許多附加電路板都是開源的,所以你可以直接拿一個可用的電路來設計!

5. 無法使用導孔在焊墊

QFN和BGA下面都有針腳或焊墊,通常是碰不到的。對迴焊爐來說,這沒有問題,但如果要用手焊接怎麼辦?很多人會在晶片座上加導孔(via),用膠帶把元件固定在板子上,再把板子翻過來,將焊鐵與焊料穿過導孔。如此一來,的確可以手動焊接大部分表面黏著、沒有接頭的元件。
讀到這邊你大概已經猜到我要說什麼了,這一招在機械組裝時也會出問題。焊料會從導孔中流下去,跑到電路板的另一側,可能會造成背側短路、前元件落或無法穩妥接合所有焊墊等,如果你用了導孔手動焊接這個方法,那在進行機器組裝之前,必須重新設計PCB,必須要拿掉導孔。

6. 動手做!

不過幾年前,生產電子產品的工具和服務仍十分複雜,價格也非常昂貴,對業餘愛好者來說,幾乎不可能將自己的小專題投入生產,開始一門小生意。時至今日,事情已經有所改變, 要做硬體生意沒這麼困難,幾乎任何人都可以試試看。
(譯:花神)
原文
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