電路闆生産工藝：SMT

硬件工程師，要經常和工廠(chǎng)打交道，必須要對SMT工廠(chǎng)的基本流程和原理充分瞭(le)解。

PCBA=PCB Assembled。組裝完成的PCB。嚴格來講，PCBA=PCB+元器件+SMT生産(chǎn)+固件+測(cè)試。

電路闆上那麽多元器件，靠手焊肯定是不行的，得靠機器來貼片。不管去沒去過工廠，在電視上肯定都見過這樣的畫面：一隻機械手，移動到電路闆上面，啪啪啪向下捅瞭(le)幾次，電路闆上就有元器件瞭(le)。這就是PCB變(biàn)成PCBA中的一個環節，SMT。

機(jī)器焊接電(diàn)路，跟手工焊接電(diàn)路原理上都一樣，上錫，擺元器件，加熱。隻不過機器比人的手速高多瞭(le)，一秒鍾可以擺(bǎi)好幾個元器件。

上錫：

首先要給電路闆上錫。前面講到Gerber文件中有一個(gè)paste mask文件，就是用來開鋼(gāng)網的。鋼網是一張薄薄的鋼片，很平整，厚度在0.1mm左右。根據paste mask文件上的圖形，有相應的镂空的孔。把鋼網蓋在電路闆上，對齊瞭(le)，這時候能看到，需要焊接的焊盤都會露出來。鋼網就是錫膏的模版，把錫膏在鋼網上刷一層(céng)，有孔的地方的錫膏會印刷到電路闆焊盤上去，沒有開孔的地方就沒有焊錫。錫膏的厚度，跟鋼網的厚度相同，也是0.1mm那麽厚。

做上錫工作的設備(bèi)，叫做“印刷機(jī)”，把鋼網插到機器裏，再把電路闆放進去，設備會自動托起電路闆，定位好，緊緊的頂在鋼網下方。鋼網上方有一個刷子，推著(zhe)一大堆錫膏，從鋼網上層來回一趟，鋼網開孔的位置和電路闆形成的凹槽裏，就會堆瞭(le)一層錫膏。再把電路闆拿下來，電路闆上錫就完成瞭(le)。接下來就需要進另一台機器，開始擺放元器件。

鋼網上開孔，和電(diàn)路闆的元器件焊盤對(duì)應

通過鋼(gāng)網，往電(diàn)路闆上印刷錫膏

貼片/SMT

SMT，Surface Mount Technology，表面貼(tiē)裝(zhuāng)。顧名思義，把元器件貼裝在電(diàn)路闆表面。之所以叫貼，是因爲錫膏是有一定的粘性的，能夠在沒有熔化的時候，也能夠黏住元器件。SMT又稱(chēng)貼片。把芯片貼在電(diàn)路闆上的意思。

因爲貼片，是整個(gè)PCBA加工過程中的最重要的一個(gè)環節，因此PCBA加工廠(chǎng)同樣都叫做貼片廠(chǎng)。

貼片的原理極其簡單(dān)，手工焊接的時候是用鑷子夾著(zhe)元器件放在電路闆上，貼片機是用機械手夾著(zhe)元器件放在電(diàn)路闆上。

不過貼片的實際情況是非常複雜的，設備(bèi)也很精密。想想也是，如果沒啥技術含量，爲什麽電(diàn)視裏老是放貼片的鏡頭，而不是放印刷或者後面過爐的鏡頭呢？我們可以先看看後面的問題：

• 元器件往哪裏放？

尺寸比較(jiào)小的元器件，包括芯片類(lèi)的，都是編帶存儲的。通過紙質或者塑料的料帶，把元器件一顆一顆的按照相同的順序嵌入到料帶中，再卷成一卷一卷的。料帶上有很多标準尺寸的孔，這些孔可以卡在物料輸送器的齒(chǐ)輪上，齒(chǐ)輪帶著(zhe)物料一點一點的往前送。

物料輸送器，叫做飛達。這個名字純(chún)粹是音譯的，Feeder。原意是喂食器、飼養員。很形象的表達(dá)出這個東西的作用：給貼片機喂物料的。

飛(fēi)達(dá)整整齊齊的排列在貼片機兩端，貼片機的機械手，按照程序設定，從飛達上拾取元器件，並(bìng)擺(bǎi)放在電路闆上。

對於(yú)大尺寸的元器件或者未編(biān)成卷帶的散料，也可以放在托盤上，機械手也可以從托盤上拾取物料。

• 機(jī)械手是怎麽把這麽小的元器件抓起來(lái)的？

實際上貼片機(jī)的機(jī)械手臂，並(bìng)不是靠手指把元器件抓起來的，而是靠真空吸起來的。每一個手臂上有好多個吸嘴，每個吸嘴可以吸起來一個元器件。吸嘴多瞭(le)，機械臂移動一次就可以吸取很多個元器件，並(bìng)且擺放很多次，生産效率就會更高。

不同尺寸的元器件，吸嘴是不一樣的，從(cóng)高中物理可以看出來，相同的壓強下，面積(jī)越大力越大，所以吸芯片和連接器這種比較沉重的物料的吸嘴就要大一些，吸阻容感的吸嘴就要小一些，吸0201的元器件需要用更小的吸嘴。

重量比較大的東(dōng)西，移動(dòng)的時候慣性也會比較大，所以貼片機會劃分爲幾個區域，大元器件區域的機械手臂移動(dòng)的比較慢，小元器件區域的移動(dòng)的快很多。

從貼片機吸元器件這個原理上，不難理解，對於(yú)插針、頂針這樣的尖頭的元器件，物料出廠的時候都帶有一個塑料的蓋子，因爲沒有一個平面，是無法吸起來的。對於(yú)USB口這樣的表面有小的開口的元器件，出廠的時候會貼有一小塊高溫膠紙，其目的也是防止吸嘴漏氣瞭(le)。

• 機(jī)械手怎麽知道元器件該(gāi)放在哪裏？

生産資料裏，會有坐标文件，标示每一個(gè)元器件在電(diàn)路闆上的坐标。上線貼片前，産線工程師會對著(zhe)生産資料，把每個元器件的貼片信息錄入到貼片機的操作軟件裏去。這樣貼片機就知道從哪一個飛達拿多少顆元器件，放在電路闆的哪個位置瞭(le)。

這個過程在工廠叫做編程，SMT工廠(chǎng)有專門的程序工程師負責錄入這些信息，一個幾百顆元器件的電路闆的編(biān)程，需要花費大半天的時間。

• 如何對準電路闆和元器件？

電路闆是通過傳送帶送到貼片機裏去的，元器件在料帶裏，也不是卡的嚴嚴實實的，是會晃動的。貼片機必須要能夠判斷電路闆的精確(què)位置，並(bìng)把元器件精準的擺放到位。

貼片機，是通過機械臂上的攝像頭來(lái)識别電(diàn)路闆和元器件的。每一個元器件被拿起來之後，都會被照一張相，通過對這張相片的圖像識别，能夠看的出來是否吸歪瞭(le)，如果歪瞭(le)，根據圖像上歪的數據，系統會自動對貼片位置做一定的補(bǔ)償，偏瞭(le)的移動，歪瞭(le)的旋轉。同樣，電路闆上也會設計有幾個mark點，一個圓形的焊盤，攝像頭能夠根據焊盤的位置，識别出電路闆當前的位置，再根據元器件相對電路闆的坐标，找到元器件所在的位置。

回流焊/波峰焊

打開蓋子的回流焊爐子

把所有的元器件都擺(bǎi)放好瞭(le)，電路闆就會被從貼片機中推出來，由人工目檢，或者由AOI機器檢查，看看是否有元器件貼歪瞭(le)或者錯瞭(le)。如果沒什麽問題，就要過爐瞭(le)。

過爐，通過一個(gè)爐子。錫膏得加熱，才能熔化，熔化瞭(le)才能把元器件固定起來。過爐就是通過回流焊的爐子，把整個(gè)電(diàn)路闆逐步加熱，直至焊錫熔化，然後再逐步降溫下來。整個過程通常會持續8分鍾左右。目前回流焊的爐子，都是以熱風加熱爲主。分成多個溫度區，逐步加熱，在焊錫熔點之上的時間並(bìng)不長(zhǎng)，最多也就幾十秒鍾。

講到回流焊這個名字，幾乎所有人都不知道什麽是“回流”，並(bìng)不是說裏面的風會來回流動，更不是說焊錫從(cóng)這裏流到那裏。回流焊來自“Reflow Soldering”，這個“回流”的真實含義是“把固體的錫膏，變(biàn)回能夠流動(dòng)的液體”的意思。

過爐的過程中，錫膏會熔化，熔化瞭(le)的錫膏呈現出液體的特征：吸附到能吸附的地方，並(bìng)産生張力。經常會出現貼片的時候貼正瞭(le)，過爐之後就歪瞭(le)的情況。這種往往是焊盤之間産生的拉力不一樣大造成的，例如有的焊盤大，有些焊盤小的芯片。這種需要通過控制錫量和錫膏形狀來解決，或者採用過爐前點膠固定的方式。

還(hái)有一種針對(duì)插針式的焊接方式，波峰焊，在老式電路闆和大尺寸簡單電路闆上依然有應用，專門焊接插針電路。波峰焊的波峰，是指焊錫熔化之後，通過設備(bèi)的噴口把焊錫噴出來，像小噴泉一樣，形成波浪形，把元器件的插針插入波峰中，就可以沾上焊錫，並(bìng)在焊錫吸附力下把焊盤和插針焊接起來。

現在智能硬件領域，全闆插接元器件的産(chǎn)品幾乎沒有，大部分都是全闆SMT的，偶爾(ěr)有局部大尺寸連接器可能需要通過波峰焊。