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SMT貼片工藝詳解
來源：SMT 時間：2020/08/25
電路板生產工藝：SMT硬件工程師，要經常和工廠打交道，必須要對SMT工廠的基本流程和原理充分了解。
PCBA=PCB Assembled。組裝完成的PCB。嚴格來講，PCBA=PCB+元器件+SMT生產+固件+測試。
電路板上那么多元器件，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：一只機械手，移動到電路板上面，啪啪啪向下捅了幾次，電路板上就有元器件了。這就是PCB變成PCBA中的一個環節，SMT。
機器焊接電路，跟手工焊接電路原理上都一樣，上錫，擺元器件，加熱。只不過機器比人的手速高多了，一秒鐘可以擺好幾個元器件。
上錫：
首先要給電路板上錫。前面講到Gerber文件中有一個paste mask文件，就是用來開鋼網的。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，有相應的鏤空的孔。把鋼網蓋在電路板上，對齊了，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，有孔的地方的錫膏會印刷到電路板焊盤上去，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那么厚。
做上錫工作的設備，叫做“印刷機”，把鋼網插到機器里，再把電路板放進去，設備會自動托起電路板，定位好，緊緊的頂在鋼網下方。鋼網上方有一個刷子，推著一大堆錫膏，從鋼網上層來回一趟，鋼網開孔的位置和電路板形成的凹槽里，就會堆了一層錫膏。再把電路板拿下來，電路板上錫就完成了。接下來就需要進另一臺機器，開始擺放元器件。
鋼網上開孔，和電路板的元器件焊盤對應
通過鋼網，往電路板上印刷錫膏
貼片/SMT
SMT，Surface Mount Technology，表面貼裝。顧名思義，把元器件貼裝在電路板表面。之所以叫貼，是因為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又稱貼片。把芯片貼在電路板上的意思。
因為貼片，是整個PCBA加工過程中的最重要的一個環節，因此PCBA加工廠同樣都叫做貼片廠。
貼片的原理極其簡單，手工焊接的時候是用鑷子夾著元器件放在電路板上，貼片機是用機械手夾著元器件放在電路板上。
不過貼片的實際情況是非常復雜的，設備也很精密。想想也是，如果沒啥技術含量，為什么電視里老是放貼片的鏡頭，而不是放印刷或者后面過爐的鏡頭呢？我們可以先看看后面的問題：
元器件往哪里放？
尺寸比較小的元器件，包括芯片類的，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。料帶上有很多標準尺寸的孔，這些孔可以卡在物料輸送器的齒輪上，齒輪帶著物料一點一點的往前送。
物料輸送器，叫做飛達。這個名字純粹是音譯的，Feeder。原意是喂食器、飼養員。很形象的表達出這個東西的作用：給貼片機喂物料的。
飛達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，并擺放在電路板上。
對于大尺寸的元器件或者未編成卷帶的散料，也可以放在托盤上，機械手也可以從托盤上拾取物料。
機械手是怎么把這么小的元器件抓起來的？
實際上貼片機的機械手臂，并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。吸嘴多了，機械臂移動一次就可以吸取很多個元器件，并且擺放很多次，生產效率就會更高。
不同尺寸的元器件，吸嘴是不一樣的，從高中物理可以看出來，相同的壓強下，面積越大力越大，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。
重量比較大的東西，移動的時候慣性也會比較大，所以貼片機會劃分為幾個區域，大元器件區域的機械手臂移動的比較慢，小元器件區域的移動的快很多。
從貼片機吸元器件這個原理上，不難理解，對于插針、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，因為沒有一個平面，是無法吸起來的。對于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了。
機械手怎么知道元器件該放在哪里？
生產資料里，會有坐標文件，標示每一個元器件在電路板上的坐標。上線貼片前，產線工程師會對著生產資料，把每個元器件的貼片信息錄入到貼片機的操作軟件里去。這樣貼片機就知道從哪一個飛達拿多少顆元器件，放在電路板的哪個位置了。
這個過程在工廠叫做編程，SMT工廠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板的編程，需要花費大半天的時間。
如何對準電路板和元器件？
電路板是通過傳送帶送到貼片機里去的，元器件在料帶里，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板的精確位置，并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識別電路板和元器件的。每一個元器件被拿起來之后，都會被照一張相，通過對這張相片的圖像識別，能夠看的出來是否吸歪了，如果歪了，根據圖像上歪的數據，系統會自動對貼片位置做一定的補償，偏了的移動，歪了的旋轉。同樣，電路板上也會設計有幾個mark點，一個圓形的焊盤，攝像頭能夠根據焊盤的位置，識別出電路板當前的位置，再根據元器件相對電路板的坐標，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放好了，電路板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了或者錯了。如果沒什么問題，就要過爐了。
過爐，通過一個爐子。錫膏得加熱，才能熔化，熔化了才能把元器件固定起來。過爐就是通過回流焊的爐子，把整個電路板逐步加熱，直至焊錫熔化，然后再逐步降溫下來。整個過程通常會持續8分鐘左右。目前回流焊的爐子，都是以熱風加熱為主。分成多個溫度區，逐步加熱，在焊錫熔點之上的時間并不長，最多也就幾十秒鐘。
講到回流焊這個名字，幾乎所有人都不知道什么是“回流”，并不是說里面的風會來回流動，更不是說焊錫從這里流到那里。回流焊來自“Reflow Soldering”，這個“回流”的真實含義是“把固體的錫膏，變回能夠流動的液體”的意思。
過爐的過程中，錫膏會熔化，熔化了的錫膏呈現出液體的特征：吸附到能吸附的地方，并產生張力。經常會出現貼片的時候貼正了，過爐之后就歪了的情況。這種往往是焊盤之間產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，或者采用過爐前點膠固定的方式。
還有一種針對插針式的焊接方式，波峰焊，在老式電路板和大尺寸簡單電路板上依然有應用，專門焊接插針電路。波峰焊的波峰，是指焊錫熔化之后，通過設備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，并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，全板插接元器件的產品幾乎沒有，大部分都是全板SMT的，偶爾有局部大尺寸連接器可能需要通過波峰焊。
