微型元器件和高頻電路需要縝密的原型制作方法。
要點
* 現(xiàn)代原型制作需要全套的放大鏡、顯微鏡、燈和鑷子。
* “死蟲”和覆銅板原型技術(shù)速度很快，但缺乏制作文檔。
* 繞接原型適用于低頻設(shè)計。
* 將電路板設(shè)計交給制造廠制作，是一個有利的開始。
* 裝配廠可以提供快速的電路板周轉(zhuǎn)。
* 你的工作是提供一個經(jīng)過驗證的文檔包。
原型制作已變得比往日困難得多。這是因為，電子元件越來越小，一片IC現(xiàn)在只是一粒胡椒子或砂粒般大小。因此，必須對這些微型元件采取照明、觀察與處理措施（見附文1《原型制作：少動腦，精巧工作》）。更有甚者，現(xiàn)在很多電路都工作在高頻下，因此元件之間不再只是簡單的焊線，必須用受控阻抗的走線連接這些電路。熱量管理帶來了更多的挑戰(zhàn)。
要制作一塊（印刷電路板）的原型，需要燈、鑷子、放大鏡、顯微鏡和焊臺。一旦集齊了這個設(shè)備，就可以開始建立自己的原型了。但有關(guān)模擬電路板的設(shè)計與布局要記住一些特殊注意事項。
建立一個電路原型的最快方式是“死蟲”（dead-bug）技術(shù)，美國國家半導(dǎo)體公司研究員和模擬專家Bob Pease支持這種方法，這個名稱源于完成的原型，就像一只仰面朝天、腿向上伸的蟲子。這種技術(shù)可以采用一塊結(jié)實的覆銅板作為地層。IC的接地腳直接焊接到地層上，而將其它元件在地層上方連接在一起。由于電路結(jié)點懸在空中（因而該技術(shù)有另一俗名，叫“air-ball”（空心球）原型方法），因此這種情況下的雜散電容要低于結(jié)點在電路板上的雜散電容。這種方法的缺點是難以將快速電路以可控阻抗連接起來，雖然可以用雙絞線和同軸電纜作部件的連接。對于微型IC封裝，可以采用Digi-Key、Mouser、Newark、Allied、Jameco和其它分銷商的轉(zhuǎn)換板（圖1）。Jim Williams在Linear Technology公司的地位與Pease相當(dāng)，盡管他有時也用死蟲方法，但更喜歡采用覆銅材料，用X-Acto刀切割銅箔制作連接。
另一種原型建立方法是采用預(yù)鉆孔的Vectorbord，這是Vector Electronics公司數(shù)十年前推出的產(chǎn)品。開始可以用帶焊盤的打孔板（圖2）或有焊盤和電鍍通孔的打孔板。盡管這種材料每塊的價格在數(shù)百美元，但它做出的結(jié)實焊點能承受很大的機械應(yīng)力。
一種更傳統(tǒng)的建立原型方法叫繞接，對數(shù)字設(shè)計很好用；當(dāng)電路板上沒有高速信號時，才可以將其用于模擬設(shè)計。通過這種方法，Cooper Hand Tools公司開發(fā)了一種工藝（圖3），前題是必須知道時鐘上的下沖問題。有這么一個例子，一位工程師花了兩周時間，試圖找出他的Z80處理器不工作的原因。他發(fā)現(xiàn)，繞接的電路板在設(shè)計的4MHz時鐘中產(chǎn)生了10%的下沖。為解決這個問題，他在時鐘電路中串聯(lián)了一只33Ω電阻，以減弱下沖。對于尺寸適度的電路板，還是值得花錢購買一個電動或手動壓繞工具，代替便宜的六角柱形工具作引線繞接。將柱形工具的未繞端插入一個孔中，用它來展開大量管腳。
注意，當(dāng)全部是模擬電路時，沒有一種方法永遠(yuǎn)有效；可能不得不將各種技術(shù)結(jié)合起來，才能得到一個有用的設(shè)計。例如，可以將有死蟲式接線區(qū)的覆銅接線部分與預(yù)制演示板和繞線互連區(qū)相結(jié)合。如果可以從IC制造商獲得一塊演示，或從Avnet這類分銷商得到參考設(shè)計，就不需要使用任何此類技術(shù)了。
如果電路板有幾十根走線，就無法在覆銅材料上雕刻。不過，很多公司都提供預(yù)涂光刻膠的覆銅板。光刻膠是一種對光線敏感的材料，可形成一個覆蓋表面的圖樣，可以制成雙面的薄膜。此外需要的唯一工具就是一間暗室和一臺激光打印機。確認(rèn)在計算機中將圖形翻轉(zhuǎn)，這樣當(dāng)把圖樣放在光刻膠上時，激光墨粉筒會直接壓印在光刻膠上，這種方法產(chǎn)生了格狀線。很多公司（包括Injectorall）既提供預(yù)涂的電路板，也提供光刻膠，供使用者涂到電路板上。
另一種原型制作方法不需要光刻膠。用激光打印機將原圖墨粉印到一種特殊的塑料薄膜上，并將此薄膜的墨粉一側(cè)貼到一塊覆銅板上。這種墨粉轉(zhuǎn)印方法需要烙鐵或熱板加熱，這類設(shè)備中的熱量將塑料薄膜圖上的墨粉轉(zhuǎn)印到電路板上?？梢杂靡粔K浸透氯化鐵的海綿在銅箔上擦拭，磨蝕掉電路板上暴露的銅箔，這種方法去除銅箔要比搖晃罐子快。
這種拓印工藝的發(fā)明者Frank Miller也是制造供應(yīng)商Pulsar的創(chuàng)建人，他還給光刻膠工藝增加了一個步驟，用二次轉(zhuǎn)印密封材料。Yamaguchi Consulting公司所有人Wayne Yamaguchi也是Miller方法的擁護(hù)者，他說：“關(guān)鍵是熱滾層壓機和TRF（墨粉反應(yīng)箔）的二次使用，它增加了墨粉的強度，可以在蝕刻工藝中直接拓印。直接拓印時的蝕刻時間現(xiàn)在為一分鐘或兩分鐘?！?br />
1 證明原型的效果
用CAD（計算機輔助設(shè)計）文件制作電路板時可在設(shè)計過程的早期檢驗文件的有效性，這樣當(dāng)電路進(jìn)入生產(chǎn)階段時就不會出太多問題。墨粉轉(zhuǎn)印方法需要蝕刻和手工鉆孔。采用銑床技術(shù)也可以做電路板。例如，LPKF提供圖4中的銑床，它可以驗證你的Gerber文件和鉆孔文件。設(shè)備的起價為11900美元，包括將普通Gerber文件轉(zhuǎn)換為銑床刀具路徑（用于隔離走線）的軟件。在100 mil（0.001英寸）間距的電路板部件上采用銑床刀具，可以將這些間距減少到10 mil。對于形狀和銅箔間距都很重要的RF設(shè)計，可以將銑床軟件設(shè)定為精確地復(fù)制出走線間隔。在這種模式下，銑床工作在需要銑除的大面積銅箔上以光柵方式運行，即通過系統(tǒng)地獲取像素間距的一個網(wǎng)格形狀，來重現(xiàn)整幅圖像。與那種一次過程就能將線網(wǎng)互相隔離的方法相比，這個過程花費時間較長。
采用銑床做復(fù)雜的原型時，完成一件只要花數(shù)小時時間。用銑床可以作進(jìn)一步切割，直到走線達(dá)到正確的阻抗。不過，應(yīng)注意的是，層間鉆孔無法做出一個通孔連接；必須在通孔中焊一小段線，才能實現(xiàn)連接。LPKF提供一種套件，用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂填充過孔，并為多層板提供小型電鍍槽。要看是否需要通風(fēng)套裝或處理這些材料中的有害物質(zhì)。如果你的公司需要為一個小型電鍍槽投資數(shù)百萬美元，你會需要應(yīng)付導(dǎo)電環(huán)氧或過孔中焊線問題。
2 進(jìn)入電路板廠
使用上述原型技術(shù)以后，一塊電路板最終呈現(xiàn)在眼前。用死蟲式元件或在覆銅材料上用X-Acto刀可完成概念驗證檢查。不過，如果需要做一個產(chǎn)品，那么最好還是在CAD軟件包中開始做一塊電路板，而不要在沒有任何文檔情況下，將元件焊接在一起。Datadog Systems公司顧問John Massa指出，以他47年的經(jīng)驗來說，每個項目總能歸結(jié)為布局與建立原型。他說：“為快速周轉(zhuǎn)的電路板支付費用幾乎沒有壞處。最終得到的總是一個更好的產(chǎn)品?！蹦愕墓ぷ鞑粌H是讓電路工作起來，而且還要提供一個制造用的文檔包，無論制造商是你的公司，還是中國的一家合同制造商。墨粉轉(zhuǎn)印原型法能檢查Gerber文件，但無法檢查鉆孔文件。銑床可驗證鉆孔文件，但不能復(fù)制絲網(wǎng)印工藝。對于微型SMD（表面安組裝元件）封裝和其它CSP（芯片級封裝），銑床就會有麻煩。要做出一塊能用的電路板，必須有一臺狀況良好，經(jīng)過完美設(shè)置的銑床。
所有這些約束條件為將電路板設(shè)計由制造廠去完成提供了很好的理由（圖5）。制造已有10多年歷史，它可以花費數(shù)千美元，耗時數(shù)周時間，也可以在24小時內(nèi)幾百美元就完成。很多聲譽卓著的廠可以在數(shù)天內(nèi)將文件轉(zhuǎn)換為一塊電路板。不過，只有一些公司在為工程師提供服務(wù)方面表現(xiàn)出色。其中一家公司是Sierra Proto Express，它從提供的文件制作兩、三塊電路板，幾天內(nèi)就可以交貨，收費不到200美元。據(jù)Sierra公司所有人ken Bahl稱，對快速周轉(zhuǎn)原型的需求出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初期。到1996年，廠Advanced Circuits的經(jīng)理們也明白了快速周轉(zhuǎn)原型的好處。另一家先行者是Sunstone Circuits，它以前曾是Tektronix公司的獨家電路板供應(yīng)商。這些公司都可以在一天內(nèi)提供雙面板，數(shù)天內(nèi)提供多層板，但各家側(cè)重于不同的原型服務(wù)。
Advanced Circuits公司聲稱能按時交貨。該公司銷售與營銷副總裁Larry McQuinn說：“我們對整個過程都留了冗余機器。如果一臺機器壞了，我們?nèi)匀荒馨磿r完成訂單。”Advanced公司亦提供在線的實時DRC（設(shè)計規(guī)則檢查）。你可以將自己的文件上傳到一臺服務(wù)器，幾小時之內(nèi)就可以收到一個報告，詳細(xì)說明其中的不足或制造問題。如果制作廠發(fā)現(xiàn)一個問題，必須停止工作以等待你作修改，采用這種方案可以使你避免損失一天或更多時間。Advanced還提供免費的 Artist布局工具，它可以為你創(chuàng)建單層板和多層板所需要的全部文件。
Sierra Proto Express公司走的是另一條路：擴展它的原型板技術(shù)（圖6）。該公司正常情況下可以提供窄至3 mil線寬的電路板，同時也能做2 mil線和間距、埋孔與盲孔，以及激光打孔，埋孔與盲孔可以位于任意層或重疊層上。盡管該公司提供的銅箔層厚度達(dá)6 oz，但理智的工程師都知道，他們不能期望在同一塊板上兼得2 mil間距和6 oz厚銅箔。Sierra還可以提供62 mil厚度的14層板，以及多達(dá)30層的更厚的板。特性包括1 mil直徑的測試焊盤和最先進(jìn)的表面處理與層壓板。
Sunstone公司也遠(yuǎn)非只是一個單層板制作廠。該公司提供快速周轉(zhuǎn)的原型和免費的123 CAD工具。該公司還開發(fā)了用于常規(guī)布局軟件包的DFM（可制造設(shè)計）插件，如Altium公司的Designer和Cadsoft公司的Eagle用它就可以設(shè)定正確的Sunstone設(shè)計規(guī)則。這些軟件包會對你設(shè)計電路板時的任何錯誤作上標(biāo)記。Sunstone公司還與Screaming Circuits公司一起組裝電路板。該公司的CAD軟件包可以做Digi-Key公司的價格檢查，而Sunstone公司可以通過監(jiān)控電路板的組裝，從而節(jié)省運輸與物流費用。
雖然這三家美國公司可滿足本地、本州和聯(lián)邦對污染控制的所有標(biāo)準(zhǔn)，但你也可以找到可靠的海外制造廠，如愛爾蘭的-Pool公司，它從1994年起就開始制作原型板。該公司按板收費，不收布線費，因此，如果你有很小的電路板需要布線，-Pool是一個好的選擇。該公司確實要收絲網(wǎng)印和阻焊費用，但價格很有競爭力。
3 進(jìn)行裝配
現(xiàn)在你已有了原型板，那么就必須組裝它，或聯(lián)絡(luò)一家裝配廠做這件事（見附文2《裝配：自己干還是發(fā)出去干？》）。在你的職業(yè)生涯中，應(yīng)嘗試過向制造廠發(fā)出至少一塊原型板，并讓一家合同制造商裝配它。你獲得的經(jīng)驗將有助于理解制造業(yè)的興衰和迫切需求。制造廠已準(zhǔn)備好提供幫助，哪怕你是在餐巾紙上畫出的設(shè)計，你將能得到較低的設(shè)計成本，因為對制造過程有了深入理解。Sierra Proto Express公司的營銷總監(jiān)Amit Bahl表示：“擁有一家好的電路板廠是一家創(chuàng)新公司的一部分?！奔词鼓阌兴膫€月來做一塊原型板，也非常值得擁有一家能提供三天內(nèi)電路板周轉(zhuǎn)的制造廠。這樣，你的營銷與銷售組織就有時間對產(chǎn)品作審查，也許將你的一臺原型板送給一位客戶。然后，你就有機會作出改進(jìn)，在不到一周時間內(nèi)做出一個更好的電路板版本。當(dāng)產(chǎn)品完成的時候，你就有一個甚至遠(yuǎn)超出客戶預(yù)期的設(shè)計。當(dāng)你的競爭者試圖趕上時，你可以轉(zhuǎn)向降低成本或提高性能，從而永遠(yuǎn)保持領(lǐng)先地位。
4 附文：原型制作：少動腦，精巧工作
無論你是做焊接、測試，或只是把一只器件從卷帶中取出，都要能夠看到微小的器件。首先，確認(rèn)你的工作區(qū)有充足的照明。在適度的電力價格下，電子鎮(zhèn)流器式照明有良好的總體照明效果。你也可能希望用鹵素射燈或裝在反射罩內(nèi)的微型熒光燈，用于工作區(qū)的局部照明。裝在臺面上的鉸接燈也可用（圖A），手邊還要有幾支不同尺寸的手電（圖B）。你經(jīng)常會在調(diào)試時向機殼里看，一把小手電能讓你看清內(nèi)部狀況?，F(xiàn)在還有能裝在眼鏡框上的手電，以及很多可以戴在頭上的傳統(tǒng)醫(yī)用燈。如果你需要趴在某些設(shè)備下面調(diào)試自己的原型，這些能騰出雙手的燈就特別有用。
物體有了足夠的照明還需要放大。放大鏡有利于細(xì)節(jié)檢查和讀取器件號（圖C），但還需要一臺顯微鏡，用于將器件焊接到電路板上（圖D）。奧林巴斯、尼康和萊卡都提供很好的機型。Wild顯微鏡的質(zhì)量最好，但只有庫存貨可用。對于預(yù)算有限的人來說，Motic提供與Wild顯微鏡觀感相同的產(chǎn)品，價格只有幾分之一。如預(yù)算更緊張，可以到eBay上尋找任何一種立體顯微鏡，包括Bausch & Lomb和American Optical的舊型號。應(yīng)確保顯微鏡提供長的視覺距離，這樣物鏡可以距離物體5 in以上。有了這一特性，就可以在觀察電路板的同時使用烙鐵、探頭和X-Acto刀。
目鏡最大應(yīng)有10×的放大率，4×變焦就夠用了。20×變焦放大率過高，需要不斷移動電路板才能看到焊接的內(nèi)容。可以將Motic顯微鏡配一塊0.5×的物鏡，將變焦水平減少50%。對低功耗檢查或裝配，顯微鏡可以在物鏡與工作件之間獲得一個適宜的工作間距。顯微鏡下方區(qū)域照明可以采用彎曲光纖照明或圍繞物鏡的環(huán)形燈（圖E）。如果你覺得臉貼在目鏡上無法工作，可以考慮Vision Engineering公司專利的Dynascope或Mantis顯微鏡（圖F）。通過旋轉(zhuǎn)觀察頭內(nèi)一個雙凸透鏡面，Dynascope可以在一個10 in以外的屏幕上提供立體圖像。不過這種技術(shù)可不便宜，即使在eBay上，較新的型號也要賣大約2500美元。Vision Engineering公司在自己的網(wǎng)站上以1625美元價格銷售較小的Mantis Compact型號。
一旦有了觀察原型的充足照明和顯微鏡，還需要一些夾取小電路板和器件的工具。仔細(xì)查看Digi-Key、Newark、Mouser、Jameco或Allied公司目錄中有關(guān)原型的部分，可以找到有關(guān)鑷子、小螺絲刀和其它需要工具的線索（圖G）。在你可承擔(dān)范圍內(nèi)盡可能挑貴的：25美元一對的Swiss鑷子好于5美元一對的，后者可能彎曲、歪斜或不能正確閉合。你可以用吸氣工具取放原型，但夾住電路板或組件的虎頭鉗更重要。Panavise是這一領(lǐng)域的領(lǐng)先者，提供多種虎頭鉗，包括可以從邊緣夾持一塊（印刷電路板）的型號（圖H）。普通Panavise鉗有一個問題，在電路板上使用焊接烙鐵時可能會融化虎頭鉗的聚丙烯鉗爪。為解決這個問題，Panavise為其產(chǎn)品提供了特氟隆鉗爪。有些工程師不太關(guān)心防靜電程序，但這種態(tài)度可能源于他們生活和工作的地點。潮濕氣候下的人們可能工作多年也碰不上一起ESD（靜電放電）造成的故障，而在密西根這類冬季干燥地區(qū)的人們卻可能摧毀摸過的每一塊電路。
另外，還必須以有組織和有序的方式保存自己的原型部件（圖I）。把自己的工作臺看作一個電路板的小型制造廠。用CAD（計算機輔助設(shè)計）軟件包提供的BOM（物料清單）列表打印出一系列標(biāo)簽。然后，將這些標(biāo)簽貼到部件柜的各個抽屜上。這種有組織的庫存方法有利于電路板的裝配工作，并且你可以把柜子交給一家合同制造商，用于電路板的手動生產(chǎn)。它還可以用于意外損壞了一個部件的場合：你確切地知道從哪里得到備件。如果你不在辦公室，也可以向技工或其它協(xié)作者準(zhǔn)確地說明電路板的部件在哪里。
原型的焊接是下一個問題。你可能打算考慮Metcal公司的焊接烙鐵。該公司的烙鐵有一個向烙鐵頭提供RF能量的基座，它吸收RF并轉(zhuǎn)換為熱量。當(dāng)覆蓋烙鐵頭尖的復(fù)合物達(dá)到其居里點時（高于此溫度將損失其特有的鐵磁性能），它就停止吸收RF能量，從而控制烙鐵頭的溫度。無限次的溫度控制循環(huán)為接頭提供了更好的熱能傳送。這個熱能通過烙鐵尖末梢和長度，送到焊盤和引線上。
美國國家半導(dǎo)體公司的現(xiàn)場應(yīng)用工程師Joe Curcio說：“要找那些末端與尖部短而粗的焊接系統(tǒng)”，他曾在Metcal作過技術(shù)營銷工作?！斑@種型號有為焊點供熱的最佳熱量通道?！边@一原則永遠(yuǎn)有效，無論是對RF供熱的工具（如Metcal的焊接工具），還是普通的電阻發(fā)熱式烙鐵尖。2005年，Curcio發(fā)現(xiàn)Weller Silver系列有最佳性能。
Yamaguchi Consulting公司所有人Wayne Yamaguchi偏愛JBC公司的工具。Techni-Tool和Howard Electronic公司也都分銷JBC的烙鐵。不過這種工具很昂貴：一套完整工具包括一個控制單元，一個50W手持烙鐵，用于脫焊的微型鑷子，以及底座和架子，這些在Howard Electronic的網(wǎng)站上開價1200美元。
你焊接技術(shù)工具庫中的另外一個有價值的武器是熱風(fēng)烙鐵，如Hakko公司的產(chǎn)品（圖J）。這種類型的烙鐵類似于一把空氣加熱槍，但你能小心地控制溫度和氣流，很多可更換的金屬嘴確保能將熱量送到想要的地方。對于SMD（表面組裝器件）封裝和其它CSP（芯片級封裝）等焊球器件，在缺少回流焊爐時，一把熱風(fēng)烙鐵可能是唯一的焊接手段。
現(xiàn)代原型中要求緊密間隙的小電路也需要小型熱縮管。對于這種需求，250W的Weller 6966C熱風(fēng)槍比大型槍更加有用，它能更好地適應(yīng)于漆皮剝除工作（圖K）。
Yamaguchi指出，你并不需要用一把2萬美元的工具去完成一個回流爐工藝。他采用的是一臺20美元的商用多士爐，用于自己原型的回流加工。訣竅在于確定工藝的特性，如時間、溫度和預(yù)熱，如電路板廠那樣。
當(dāng)你遇到有連接核心金屬片（中心用于部件散熱的大焊盤）的部件時會出現(xiàn)另一個挑戰(zhàn)。一般情況下這個焊盤要焊到一個與散熱片有熱連接的部件上，因此難以焊接。你可以用暴力方法：在部件上涂一些液體助焊劑，用大烙鐵，將熱量傳遞到部件的塑料區(qū)，直到與核心連接的金屬片重新活動。塑料有較低的熱導(dǎo)率，意味著有時你需要在電路板下放第二只烙鐵，加熱那些從金屬片帶走熱量的過孔。一種較好的方法是用熱風(fēng)槍，甚至在背面再使用一把熱風(fēng)槍，以及對器件本身吹熱氣。最終，你可能會使用熱風(fēng)拆焊臺，它有一個小真空泵，通過烙鐵頭中心的一個小孔抽吸真空。
原型的拆焊要比焊接更有挑戰(zhàn)性。Yamaguchi報告說，他用自己的多士爐加熱整塊電路板，確定哪些部件能脫落。作為一種更精心選擇的方案，工程師長期使用手工操作的“吸焊槍”，從通孔中吸出焊錫。正確做這一操作時，最終能從孔中吸出所有焊錫。然后用烙鐵從通孔的一側(cè)撬引線，它就會卡嗒一聲彈出。一旦用這種方式松開了所有引線，就可以使器件脫離電路板。吸焊器采用特氟隆吸嘴，這樣烙鐵就不會將吸嘴融化成一個球形。你可能希望投資購買一件拆焊臺，里面有一臺小真空泵，可通過烙鐵尖中心的一個小孔施加吸力，用于需要大量拆焊工作的場合。與手動吸焊器一樣，一旦拆焊臺吸出了焊錫，要用尖的側(cè)面將引線挑離通孔。
另外一種有價值的技術(shù)是吸焊帶，這是一種含有助焊劑的銅絲編織帶。將吸焊帶置于焊點上，用任何烙鐵加熱。吸焊帶就會通過毛細(xì)作用，吸收焊錫。與吸錫器一樣，必須在瞬時施加熱量時將引線挑離通孔。在拆焊過程中，助焊劑的使用也很重要。助焊劑不僅能清潔焊點，而且提供了一種將熱量傳導(dǎo)給焊錫的重要方法。如果未能除去所有焊錫，就可能需要重新焊接焊點，或用液態(tài)助焊劑填充焊點。這種方法可以使焊點完全融化，從而在第二次嘗試時去除所有焊錫。你可以從分銷商目錄找到液態(tài)助焊劑和裝在標(biāo)簽筆中的助焊劑。盡管互聯(lián)網(wǎng)提供了豐富的信息，但勤勉的工程師可能還是愿意翻閱紙質(zhì)目錄，看其它人在使用什么器件和工具。
拆焊表面組裝元件的方法有兩種，可以施加足夠多的熱量，將整只器件及其引線的溫度升高至熔點，也可以用兩只烙鐵，對電阻、電容和二極管的每個焊盤上用一只。不過，Metcal的Talon拆焊鑷子提供了一種更簡便的辦法（圖L）。該設(shè)備有兩個加熱的尖，這樣就可以同時對兩只焊盤加熱。有些工程師不僅用鑷子夾取，也用其將元件放到電路板上。不過，用Talon置放時需要靈巧的手感；必須多加小心，不要將元件吸離焊盤，或使元件成“墓碑”，即立在一只焊盤上。
拆焊一只BGA（球柵陣列）型封裝更具挑戰(zhàn)性。使BGA脫離電路板非常直接簡明，你可以采用熱風(fēng)烙鐵或熱風(fēng)槍拆焊BGA。但將一只新器件重新焊到電路板上卻很困難。要均勻地涂覆一層焊膏，需要使用一個不銹鋼模板，其孔洞對應(yīng)于BGA焊盤的位置。用一個橡膠滾在模板上拖動焊膏，施加精確且可重復(fù)數(shù)量的焊膏。下一個問題是定位。當(dāng)作電路板布局時，要在銅箔上作出“參考點”（witness mark），它告訴你BGA封裝的邊界。這種方法使你將器件放到電路板上時容易對準(zhǔn)位置。重新焊接還有一個問題，你需要一種重新加熱電路板的統(tǒng)一方法，或用熱風(fēng)槍，或用多士爐，或者用一些其它工具。
所有這些問題就引出了熱風(fēng)再焊臺（圖M）。這些焊接臺可從上、下吹熱風(fēng)，這樣接地層和散熱銅箔都不會吸走熱量，從而得到一個良好的焊點。上方的熱量由專門配合BGA而制造的噴嘴產(chǎn)生。這種方法能防止熔化BGA以外的元件焊點。
BGA周圍需要一些保護(hù)間隙，裝配廠會認(rèn)為你在設(shè)計電路板時已經(jīng)提供了這個間隙。他們在重新焊接你的電路板時，也需要使噴嘴圍繞BGA動作。盡管這些熱風(fēng)在焊臺的熱量控制和整形很重要，但最關(guān)鍵的特性是一個雙成像攝像系統(tǒng)。這個攝像頭會在將BGA置于電路板上以前，在BGA器件與電路板之間滑動。攝像頭提供BGA底面的一幅圖像，另一幅是你電路板的頂層圖。然后，可以在X和Y兩個方向移動電路板，并旋轉(zhuǎn)真空吸嘴上的器件，使BGA與電路板完美地對準(zhǔn)。然后將攝像頭推開，開始一個計算機控制的運動，使BGA貼到電路板上。此時你關(guān)閉真空泵，BGA下跌數(shù)mil（千分之一英寸）距離，落在電路板的焊膏上。由于你控制著整個過程的熱量和位置，因此可以獲得與拾取機和回流焊爐媲美質(zhì)量的焊點。
5 附文：裝配：自己干還是發(fā)出去干？
無論你是在覆銅板上刻出電路板，還是用LPKF機器銑出電路板，或者交給制造廠去生產(chǎn)電路板，你都要把它裝配起來。無論你是把器件表寫在餐巾紙上，還是可能有一臺計算機從邏輯圖工具中生成的BOM（物料清單），現(xiàn)在都可以在一天內(nèi)，從主要分銷商得到這些元器件。注意，如果你到一家廢品回收院內(nèi)的商店購買，那么就可能買到灰色市場的元器件，它們是某些人從垃圾箱里扒來的，未能通過最終測試的元器件。你可能還需要做更多的原型或進(jìn)入量產(chǎn)，你不希望冒無法找到足夠數(shù)量垃圾部件的風(fēng)險。較好的方法是只向那些銷售新元器件和有實時庫存的渠道采購。
你應(yīng)該嘗試組裝自己設(shè)計的電路板，這樣能更好地了解設(shè)計可能給合同制造商帶來的困難和問題區(qū)。合同制造商報告稱，設(shè)計者在設(shè)計階段的選擇就決定了一個產(chǎn)品高達(dá)80%的成本，再多的第二貨源或與供應(yīng)商的談判也不可能顯著降低產(chǎn)品的成本。即使工作很小，也不必羞于向Flextronics、Aeroflex或其它合同制造巨頭開口（參考文獻(xiàn)A）。他們可以將你引見給一家本地合同裝配廠，做你的原型產(chǎn)品。Sierra Proto Express會接管你的整個項目設(shè)計。該公司可以做邏輯圖和布局、制造與電路板裝配，所有這些都在數(shù)周內(nèi)完成。
你可以通過互聯(lián)網(wǎng)，尋找一家位于自己所在地區(qū)的小型合同制造商。一個本地資源總是便于處理緊急情況，例如你需要一些人返工，或加夜班裝配一塊電路板。有良好跟蹤記錄的裝配廠包括Rapid SMT Assembly和Naprotek。有些小型合同制造商由他們的返工人員手工裝配你的電路板。其它廠家則堅持至少每種器件都用一碼帶卷，這樣你的電路板就能通過他們的拾放機器，這是個好主意，它可以驗證你插件文件的有效性，這個文件中記錄了所有元器件的X-Y位置。正如你可以在一天內(nèi)做遠(yuǎn)程制造并拿到板子一樣，你也可以快速地拿到裝配好的電路板。一家公司是Advanced Assembly（參考文獻(xiàn)B）。另外一家能處理所有階段的公司是VSE。裝配公司正在實現(xiàn)十年前電路板公司解決的問題。他們可以在幾天內(nèi)，幫助工程師提供一個正式、適宜且功能正常的原型，從而獲得良好的收益。這也使他們參與到企業(yè)的初建階段，這樣他們也能嘗試大批量制造。這種方案適用于所有人。
很多工程師沒有請合同制造商做預(yù)算。那么就研究下本文的第一個附文，熟悉微型元器件的取放和焊接。通常情況下，你都會有一名技工或產(chǎn)品裝配員來組裝你的原型。但要知道，他可能并不情愿連夜趕工去裝配原型板。正如你最好了解電路板廠如何處理你的文件一樣，你也應(yīng)該觀察或至少自己裝一塊電路板。這么做會對自己設(shè)計的可制造性問題有一個概念，這些問題經(jīng)常帶來返工或接觸元器件的難題。懂得這些問題可以使你的下一塊電路板布局有更好的結(jié)果。
如果你必須手動裝配一塊原型板，就需要一塊焊錫模板。這種不銹鋼制的薄板上有很多孔洞，形狀與你電路板上的焊盤相同。將焊膏涂抹在模板一側(cè)，將其放在電路板頂層，用膠輥使焊膏均勻地分配到每個焊盤上。然后將元器件粘到焊膏上，并用爐子作電路板回流焊，或手工焊接，或用針對BGA和其它無暴露引線器件的熱風(fēng)槍。Advanced Circuits公司能以適度的附加價格為你的電路板提供模板。
如果你的電路板有BGA或LLP，或其它非暴露引線的封裝，裝配返工和檢查會困難得多。有些醫(yī)療設(shè)備需要目視檢查。它們甚至不能采用這種類型的封裝。如果你的電路板上確實有一片BGA，有時檢查它的唯一方式是采用X射線機。盡快與一家本地裝配廠合作，確認(rèn)它擁有X射線機，以及更換電路板上每種元器件所需要的全部返工工具。
隨著電路板越來越復(fù)雜，它們原型制作需要的工具和技術(shù)也更復(fù)雜。你可以在車庫環(huán)境中做大量工作，但要生產(chǎn)出先進(jìn)的電路板，就需要與制造廠、原型裝配廠和合同制造商的合作。越早嘗試這些，就能越快地獲得有利的競爭地位。
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