在办公室DIY SMT装配完整指南

我希望在本篇文章中与您分享一个小秘密：装配SMT（表面贴装技术）原型电路板不仅很容易，而且仅需很少的设备。仅使用模板，我就可以轻松制作间距小至0.3毫米的IC原型和0201（英制）尺寸的无源元件。微小的晶圆级元件绝对是一项挑战，但大多数定期生产的原型可以在数小时内手工装配，并获得生产质量结果，包括双面电路板。如果您目前正在使用焊台手工装配SMT电路板，您需要立即停止此操作并开始使用模板！

大多数低成本印刷电路板制造商还提供无框模板服务，价格约为5至25美元，具体取决于电路板的尺寸。我在本文中使用的模板和电路板是从JLCPCB购买的；不过，其他一些供应商也有类似的模板。如果您急于从当地电路板供应商处订购电路板，大多数大洲都有公司销售低成本、无框聚酰亚胺、醋酸纤维或不锈钢模板。或者，如果您有CO2激光切割机，则可轻松地通过醋酸纤维复印机透明片材制作模板。不过，这不在本文的讨论范围。

使用模板会使SMT电路板装配具有高度容错性，比焊接每个元件更快、更容易。模板允许您使用无法手工焊接的元件进行装配，例如BGA元件或无引线封装，其裸焊盘位于中心下方，无法使用烙铁触及。使用简单的工具，比起逐个焊接每个元件，您可以在更短的时间内制作出一块看起来像从贴片生产线上产出的电路板，而所需的时间还不到您为贴片工作报价的时间。

工具和耗材

无论电子实验室的设备多么好（或差），要装配您自己的电路板，仅需很少的设备即可获得出色的质量结果。您可能已经拥有所需耗材，如果没有，获取方式也非常便宜。这个过程同样适合刚起步的学生以及在跨国公司快速制作原型的专业工程师。

除了工具和耗材外，您还应该有一个光线充足的工作空间。如果不使用高质量的照明，处理小型元件很快就会导致眼疲劳。我的工作台上安装了两个专为摄像工作设计的LED灯板，优质的放大镜灯也非常有用。如果您使用的元件不够小，不需要使用放大功能，那么把透镜从灯里拿出来可以让您看得更清楚，因为您的呼吸不会使透镜起雾！

首先，您将需要一些焊膏——T4网格中的Loctite/Henkel GC 10是SMT手工作业的绝佳焊膏。该款焊膏可在室温下保存，数小时内即可完成SMT手工装配，同时还能成功回流焊电路板。这是一款无铅SAC305焊料，可提供卓越的效果。

要处理焊膏并随后进行清理，您需要准备一些丁腈手套。这个阶段可能会有点混乱，扔掉一副手套比尝试自行清理黏糊糊的焊膏要容易得多。

要清理焊膏，您需要准备一些异丙醇，也称为外用酒精。这样可以毫不费力地清理模板。您还需要一些纸巾以随后擦拭。

要涂覆焊膏，您需要准备某种刮刀。我通常使用信用卡大小的塑料片，例如不需要的商店会员卡。避免使用刮刀等金属器械，因为它们会造成损坏。如果可能的话，您使用的刮刀应该比模板材料更柔软。这样，宝贵的模板将损坏易于更换的刮刀，而不是被刮刀损坏。

要精确地安装电路板，您需要一些与电路板厚度相同的元件将其固定到位。在本文中，我将使用一些3D打印的挡板；不过，您可以使用激光切割的1/16英寸亚克力或使用一些备用/废弃的未填充PCB。使用3D打印挡板的优点是，我在外侧添加了边缘，这使得我用来安装挡板的遮蔽胶带低于挡板的顶部。挡板不仅能精确地固定电路板，还能为模板提供支撑，使其在工作时不会弯曲或脱离电路板。

在本文中，我将使用激光切割的亚克力板来安装电路板，但这主要是为了方便。过去，我几乎总是简单地将所有东西都贴在桌子上！任何遮蔽胶带都可以；不过，我使用的是1.5英寸宽的又漂亮又薄的3M胶带——这种款式比典型的遮蔽胶带更宽、更便利。

将焊膏涂到电路板后，您需要一些优质镊子来放置元件。我使用Swanstrom 7-SAH镊子，这款镊子有一个较大的软垫握把，可供长时间舒适使用。由优质不锈钢制成，从SMT元件上剥离任何覆盖胶带时不易弯曲。

将SMT元件放置在电路板上后，需要加热电路板以熔化。您无需使用任何花哨的产品，改装的披萨烤箱/烤面包机或电煎锅即可完美地完成这项工作。就我个人而言，我通常使用廉价的858D热风返修站，这意味着我需要在整个电路板上移动，在熔化焊料时将其加热。因此，每块电路板的回流焊接时间要更长一些；不过，这是我已经拥有的廉价工具。我还有一个硅胶烹饪垫，可以保护我的ESD垫和工作台免受高温影响。如果您的电路板存在某些非常大型的接地浇注、厚铜或多个接地层，则低成本电煎锅作为预热板的效果非常好。然后，您可以使用热风返修工具将焊料提高到其峰值回流温度。

构建PCB

我首先在工作台面上构建PCB。我们希望挡板的四个侧面都紧密贴合，以充分限制将要涂覆焊膏的电路板。其所有侧面都应有支撑，其厚度应与电路板本身的厚度相同，因此放置在顶部后，它将支撑模板。

我使用遮蔽胶带将挡板遮住，因为胶带很薄，完成后很容易取下。

挡板布置完毕后，您需要用胶带将SMT模板粘在适当的位置。我使用胶带在模板的背面构建一个铰链，它将使模板与焊盘精确对准。如果您有任何极小型或细间距的元件，对准至关重要。如果模板对准稍有偏差，则很容易完全错过0201焊盘。值得庆幸的是，排列模板很简单；只需一点一点地移动，直到模板上的每个孔都显示亮亮晶晶的金属，并且看不到阻焊层。

SMT模板的背面还需要一些支撑材料，以便铰接处的模板背面与您要涂覆焊膏的PCB的高度完全相同。SMT模板完全对准后，请在背面贴上一条遮蔽胶带以将其固定到位。这样即可将模板从电路板上取下，而不会涂抹刚完成印刷的焊膏。

涂覆焊膏

如果您曾完成丝网印刷，那么在涂覆焊膏方面您可能已是专家，因为其过程完全相同。如果您尚未完成，请不要害怕，这非常简单！

首先，在刮刀上收集一大块焊膏；我使用信用卡大小的塑料片，使用较窄的一侧，以便我施加的压力在刮刀的整个宽度上保持一致。您使用刮刀收集的焊膏应相对均匀地涂覆整个宽度。

用一只手将模板牢牢地固定在挡板上，使其完全平坦并正确定位在电路板上。在完全完成之前，请勿抬起或移动这只手！

首先，将刮刀放在与您这一侧模板相反的模板孔上方。第一点焊膏应涂覆在模板周围未切割的部分上，而不是涂覆在模板开口上。用力按压，将刮刀拉向自己；刮刀上多余的焊料应压入模板中。完成后弄脏一点焊膏是完全可以接受的。如果模板开口没有完全填满，这并不够好。发生这种情况时，请重试，确保模板根本不会移动或抬起。

当模板开口全部妥善填充后，用刮刀垂直对模板进行最后的轻微清理。在此步骤中，您只是清理多余的焊膏。这将使所有模板开口都充满焊膏。如果在此步骤中按得太用力，可能会将一些焊膏从孔中挤出，并使某些焊盘上的焊膏不足。一般来说，焊膏过多总比过少要好。

模板看起来相对干净后（无需多次清理即可实现这一目标），将脏刮刀放在一张纸巾上。此时，您应该仍用一只手按住模板；只有知道这一点，您才能准备进入移动步骤。垂直向上抬起模板的正面，同时对模板的其余部分保持压力。慢慢松开模板，继续尽可能笔直地抬起模板——您不希望模板横向移动，因为这会弄脏焊膏。

从电路板上完全抬起模板后，即可检查焊膏。每块焊膏上的顶部应轮廓分明且平坦规整。如果已经存在焊膏污迹（请记住彻底检查最细微间距的元件），则需要重新开始。您必须使用浸有异丙醇的纸巾将电路板上的焊膏完全擦掉，然后返回到该流程的起点。同样，如果您的焊盘看起来轮廓分明，但它们之间存在焊料污迹，则在涂覆焊膏时您的模板会抬起。同样，您需要彻底清理电路板，然后重试。

掌握涂覆焊膏和抬起模板的技术后，您使用SMT的成功率将变得非常高，值得庆幸的是，您很少需要清理电路板上的焊膏。

在继续使用SMT元件填充电路板之前，请在电路板所在位置放置一些纸巾，然后用浸有异丙醇的纸巾清洁模板。边做边清理要容易得多。如果您忘记清理模板，就会发现上面涂覆的焊膏异常坚硬，清理将变得极其困难！

填充PCB

如果您曾将许多元件手工焊接到电路板，那么您一定会喜欢下一步。相比之下，此步骤非常容易。

我们现在只需要检查物料清单并将零件放在电路板上即可。使用弯曲的镊子可以使这变得更加容易，因为无需很好地规划放置顺序，镊子即可让您轻松地触及其他SMT元件。

我建议您先使用Altium查看电路板的3D视图，然后再开始确定哪些元件可能会妨碍您的操作并计划将其放在最后。如果您的电路板上有高密度的元件区域，请首先将最关键和最具挑战性的元件放置在这些区域中。电阻器和电容器等SMT元件可最后放置在这些区域，因为它们的对准并不关键。如果您在使用焊盘时遇到困难，只需将其尽可能放在正确的位置，然后轻推到正确的位置即可。

将电感器、铝电容器和表面贴装连接器等最大型元件放在最后——放置其他SMT元件时，这些元件最有可能阻碍您的操作。

元件的放置很重要，但并不是非常关键。通常，只要元件的引线接触焊膏，对准就已足够。这使得无引线元件比您预期的更容易安装。只要元件几乎正确地覆在封装上，焊料熔化后，即可自行恢复正常。每个元件安装到位后，轻轻地将其压入焊膏，以确保与助焊剂良好接触。这也使您在元件周围工作时更加难以意外地将元件从焊盘上碰掉。使用热风加热电路板时，如果您距离热风太近，元件与粘性助焊剂的良好接触也会减少意外将其从电路板上吹落的可能性！

如果您手抖或颤抖，放置最小型元件可能是一个真正的挑战。如果无法将零件完美对准，我会用左手支撑镊子，同时用右手握住它们。这种双手操作有助于减少任何抖动，让我可以更精细地控制电机。这确实有助于放置最精细间距和最小型元件。

装配时间

将所有元件正确放置在电路板上后，即可开始真正有趣的组装环节。

正如我之前提到的，出于本文目的，我只是使用非常廉价的热风返工枪来展示此过程有多么便宜和简单。将电路板放在硅胶烹饪垫上，开始加热电路板，并将返工站设置为350 ^oC并设定最大气流设置。

先使用距离电路板合理距离的热风枪进行加热，在电路板的所有区域上移动。首先，只是尝试加热整块电路板，将热量传递到较大的铜区域并进行浇注。如果电路板上存在大型电感器或变压器，您也应将其预热，因为它们需要注入大量热量。加热电路板时，您会看到焊膏变得有光泽，因为助焊剂开始变得更液态。此时您的目标是加热电路板，但不要加热到导致助焊剂消失的程度。

所有焊膏看起来漂亮且有光泽后，即可将热风枪靠近，但保持约1.5至2英寸（35至50毫米）的距离。不要离得太近；热风枪的温度设定比所需温度高得多，可能会损坏您的SMT元件或PCB。在焊料融化之前，您也可能会把一些小零件从焊盘上吹下来！开始在第一组元件上以小圈方式操作风枪。试图将元件及其焊盘提高到焊料的熔点，并加热任何大量的铜浇注，以便连接到这些区域的引脚也将同时回流。我从未在任何电路板上使用热风焊盘，这种低技术方法对电路板均匀回流绝对没有问题。

我喜欢注视焊膏融化并变得具备光泽，将元件置于封装中心。该区域每个焊盘上的焊料完全熔化后，继续加热该区域2到3秒，然后慢慢将热量转移到附近的其他区域。不要移动过快，否则焊料会极速冷却。也不要热量停留时间过长，否则焊料会过度氧化。

如果不确定无引线元件下的焊料是否已经熔化，请使用镊子小心翼翼地轻轻推动。如果焊料已经熔化，则停留在熔融焊料上的元件会漂浮到一边，然后在表面张力的作用下反弹回来。粘在未融化焊膏上的元件不会轻易移到一边，当您移开镊子时，也不会重新对准。

如果SMT元件排列得不够好，并在回流期间跳到一个奇怪的角度，您可以使用镊子将其浮动回到正确对准的位置。当焊料熔化时，您可以很自由地用镊子戳元件来四处移动。当您将元件正确对齐时，熔融焊料的表面张力将使元件直接位于其足迹上，并且通常确保不会出现任何桥接引脚。如果确实出现明显桥接的引脚，您可以稍后使用一些助焊剂和烙铁修复此问题，或者在焊料熔化时将元件从电路板上抬起，然后将其放回原位。桥接引脚通常表明电路板上焊膏过多。

同样，修复问题时，尽量不要将热量放在某个区域太长时间。这可能会造成焊料过度氧化，从而导致接头质量较差。如果您确实发现自认为无法在几秒钟内解决的问题，并且您认为稍后也无法使用焊台修复，那么请暂时搁置。完成电路板回流焊接后，您可以将凝胶助焊剂涂抹到要加热区域的元件上，使用Kapton胶带遮盖附近的其他元件，然后再次回流焊接该区域。凝胶助焊剂可让您有时间纠正错误并清理焊料上的任何氧化物。请注意：使用凝胶助焊剂可能非常脏乱，并且操作完毕后需要进行大量清理工作。

最终成品

对于这块特殊的电路板，我忘记订购了一件物品，那就是电容器。幸运的是，我有一个从其他SMT项目中剩余的具有相同值和额定值的电容器，可供我使用。唯一的问题是封装小了很多。对于这块电路板，我只需要随后焊接此电容器，但是当回流活动导致电路板仍然温热时，将元件焊接到电路板上要容易得多。如果您需要添加任何通孔零件或在最后一刻进行修复，请务必利用余热。

双面电路板

要焊接双面电路板，只需按照与另一面完全相同的步骤即可。您需要为电路板建立支撑，为底部的元件腾出空间，或者简单地从底座上切出一个口，就像我对PCB的亚克力电路板操作的那样。尝试先焊接最不重要和最小元件的一侧，这样通常不会出现任何元件脱落的问题，因为熔融焊料的表面张力会将其固定住。将最复杂的一面留给第二次加热会更容易些。

如果您特别担心在第二次加热过程中底面的元件会脱落或错位，请在第二面使用锡铋焊膏。其熔点比SAC305焊膏低得多，这意味着当SnBi焊膏成功回流时，底部的焊料甚至不会注意到热量。

祝您愉快！

希望本文已经表明，使用简陋的低成本SMT实验室工具对电路板进行回流焊接相对简单，并且可以为您提供高质量的结果。许多没有尝试过使用模板的人都对我可以手工处理0201元件或极细间距无引线元件表示惊讶。但事实是任何人都能做到。使用简单的模板和优质焊膏，您会对通过SMT实现的效果感到惊讶。在填充电路板时，请保持关闭焊台，存在比单独焊接每个元件更有效的方法。

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