装配技巧和窍门

在您在Altium中完成PCB设计并且PCB到货后，就该考虑如何组装电路板以进行验证了。无论是用于大规模生产还是原型设计，设计师都应该了解组装技术。这应该是设计审查过程的一部分，以确保电路板已针对设计可组装性（DFA）问题进行了检查。本文的主要焦点将是手工组装，因此我将分享我从经验中获得的各种技巧和窍门，如模板和焊膏选择、温度差挑战、组件焊接等。

创建焊膏模板

首先，使用模板来涂抹焊膏比用注射器分配节省了大量时间。几乎全世界的原型电路板制造厂都提供超便宜的无框架模板，或者一些公司提供单独的服务来生产低成本的原型。也就是说，不用手工焊接每一个表面贴装组件，而且同时更容易，因此花每一分钱都是值得的。

尽管制作模板的过程或材料各不相同，但简单来说，就是在一张薄金属片上，通常是不锈钢，上面有焊盘孔。根据艺术作品中的最小间距尺寸，可能会使用化学蚀刻或激光切割的模板。如果您的设计包含非常细小的间距组件，化学蚀刻是最佳选择。最小的焊盘尺寸也决定了金属片的厚度，以便保持正确的长宽比，从而正确分配焊膏量。原型制作和小批量生产通常不需要模板周围有框架，除非您计划使用组装机，因此选择无框架模板将降低成本。

从另一个角度来看，如果您更喜欢DIY并且可以使用激光切割机，您甚至可以使用激光打印机透明膜来制作模板。

您可能尝试过激光切割一张金属片。结果可能并不理想，导致一团糟。然而，这就是激光打印机透明膜发挥作用的地方，其中的醋酸纤维薄片可以承受更高的温度，并且具有大约合适的厚度。这一切都与热管理有关，有一些技巧可以改善激光切割模板的操作。首先，由于醋酸纤维薄片很轻，您不想直接在激光床上切割，因为它们可能在过程中容易移动。我首选的解决方案是使用一块浸水的平坦纸板箱作为第一层，上面覆盖一张同样浸水的普通复印纸。在此之上添加透明膜和另一张浸水的复印纸。人们可能会认为浸泡的水太多了，但激光束对水没问题；相反，它保持一切都很凉爽，以便模板不会融化。您可以将空气辅助降到最低水平，这样不会干燥纸张并保持镜头清洁。

除非你有高端机器如Trotec或Epilog，否则保持你的移动速度低。有些激光可能会从皮带上反弹，导致角落不精确，以及在细间距组件垫之间的小片段被吹出。作为最后的设置，功率水平应该设置为切割第一层纸板，但不完全切穿，确保你有足够的功率干净地切割，而不产生不必要的热量。

固定和粘贴应用

有了模板后，精确地将其对准电路板顶部至关重要。我过去的解决方案是用我桌上的旧项目额外电路板贴上胶带，形成一个框架，直到我最近用激光切割了一块亚克力板来做我的模板。它不一定要是激光切割的表面，但任何坚硬平整的东西，如剪贴板或砧板，都应该可以完成同样的工作。

我也用3D打印的板环代替了旧PCB来固定在我的亚克力板上，这些板环有一个边缘，确保模板不会放在比板面更高的任何东西上。让模板轻轻地坐在板的顶面上，将有助于通过在整个过程中保持板与板的接触来减少涂抹效果。我还发现，用胶带将模板贴在另一个充当铰链的塑料垫上很有用，这样我们就可以干净地提起它。不要害怕在模板的另一边使用额外的胶带来防止任何东西移动，因为在应用过程中对齐至关重要。在3D打印革命之后，有很多方法可以进行精确的DIY对齐，这只是其中之一。

下一步是应用焊膏，但你应该有合适的焊膏。我更喜欢使用Henkel Loctite的GC10系列，T4或T5网格大小，网格越细，对小垫的应用就越好。这种焊膏非常适合原型制作有几个原因。首先，你将有超过8小时的组装时间在焊膏变坏之前。此外，为了使其在室温下稳定，它不一定需要存放在冰箱中。虽然高质量的焊膏很贵，但一罐焊膏的使用寿命将远远超过其保质期。如果焊膏过期了也不用担心 - 作为一个救命的技巧，与其扔掉难以使用的过期焊膏，不如在焊膏中加入一些凝胶助焊剂。CHIPQUICK的SMD291是我迄今为止最好的选择，超过任何其他凝胶助焊剂，我想不出比过期焊膏混合过期助焊剂更好的组合了。

现在你已经在所有焊盘上涂上了锡膏，是时候放置元件了。弯曲的镊子是我的最爱，因为它们在放置元件时提供了更好的可见性和精确性。不过，我强烈建议避免以任何代价购买廉价的多包装镊子——它们不值得。你应该寻找不锈钢或ESD陶瓷材质的7SA型号。我也喜欢有带垫手柄的镊子，因为在长时间的装配过程中它们更加舒适。

使用装配助手跟踪零件

打印出装配图是跟踪每个部件位置的一个选择。我最近尝试了Altium 365装配助手，它比打印出来的更实用。通过虚拟板装配和搜索功能以及良好的视觉反馈，跟踪装配进度变得很容易。如果你想尝试它，点击链接；你可能不会想回到打印稿。

当你对板子进行回流焊时，表面张力会给你一些在放置精度上的自由。只要元件的端子触碰到锡膏，部件在回流过程中就会自行校正，这使得放置小型元件（如0201封装）时更加容易。在放置集成电路时，只需确保端子与锡膏对齐，并且不触碰相邻的焊盘，然后剩下的工作就交给表面张力。如果在回流过程中位置不正确，也不用担心；如果你不确定，当焊料仍是液态时轻推一下IC，它会弹回到它的位置或者跳出对齐。如果它跳出对齐，你可以捡起来再次安装。

一个简单的温控热风重工站通常适用于大多数板子的回流焊。858D式重工站在我实验室已经服务了十多年，它便宜且做得足够好。只是要注意，你的工作台和ESD垫可能会在回流焊的过程中融化。我使用金字塔式的硅胶烘焙垫来保持板子温暖并隔离我的工作台面。你不需要花费在烤箱上进行回流焊；然而，如果你选择尝试picoReflow，这是一个控制你的烤箱的开源项目。

如果您的电路板具有大量热量，例如金属核心或许多层重铜，那么回流过程可能会变得有些复杂。将足够的热量传入电路板可能需要更长的时间，导致您的助焊剂在焊料完全回流之前蒸发。您可能需要考虑使用预热器，因为仅靠回流站可能不够。如果您愿意承担成本，JBC生产了一些最好的专业预热器。我正在使用相对低成本的替代品Quick 854，它的加热区域和控制有限。另外，便宜的电热平底锅或铁板烧烤架是专业预热器的预算替代品；然而，它们的热控制很差，可能会导致过热或提供的热量不足。

如果您的实验室有预热器，您可以考虑在整个回流过程中使用它。尽管它们有能力，但我不喜欢使用它们进行回流。相反，我更愿意使用它们将电路板加热到焊膏的浸泡温度，然后使用我的热风站选择性地加热电路板——一次加热一个区域，这允许我监控焊料熔化。这样做还减少了我因装配问题而进行的返工时间，因为我可以随时纠正任何问题。这并不是多区工业回流炉的完全替代品。然而，只有很小一部分我的电路板会出现像墓碑现象或错位放置等问题。

穿孔部件是装配过程中的最后一步。特别是如果您的电路板具有大量热量，您应该在电路板冷却到可以处理的程度后尽快开始穿孔装配。在温暖的电路板上工作将减少温度差，使您在焊接过程中的工作更加轻松。值得一提的是，一个好的质量焊接站将大大帮助您，此外选择正确的尖头几何形状也很重要。我更喜欢使用凿形尖头而不是圆锥形尖头，后者通常比它们值得的痛苦更多。如果您有带有大量热量的穿孔组件（如端子块），加热引脚比加热电路板更具挑战性。考虑使用带有凹面部分的专用尖头来处理这些。尖头是否比组件或引脚大并不重要；表面张力将大大帮助您。我乐意使用3mm宽的尖头来返工0402部件。

有了所有这些技巧和窍门，使用表面贴装组件的原型制作将比使用穿孔部件的原型制作更容易、更快。尝试在内部进行原型制作；只要您自己保持组件数量在可管理的限度内，它就不会花费很多时间。这也是一种冥想，我发现它相当放松。继续关注更多组件数量庞大的装配技巧、拾放装配等。

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