用自制的回流焊炉焊制高密度贴片LED阵列

先来看一段视频为快!

最近有一个项目需要焊接600多个高亮度贴片小LED到电路板上。LED选用飞利浦Philips Rebel Z ES系列白色灯珠,大小只有区区1.6 x 2.0毫米,基本上属于掉到地上就找不到的那种尺寸…这么小的LED一字排开相距只有2.5mm。更糟糕的是,这种LED的焊盘都在底部,从侧面根本就无法用电烙铁来焊。

飞利浦Rebel Z ES白色LED和一元硬度比大小
飞利浦Rebel Z ES白色LED和一元硬度比大小

不过我之前自制过一个回流焊炉,用这个回流炉成功焊接过高密度贴片的芯片,所以这次决定还是自己动手,把回流焊的零部件尺寸和密度纪录继续变小。从设计电路板开始,充分考虑到回流炉的特性设计焊盘大小和形状,调整激光切割的网板,一直到最终成功焊好这么多LED!没想到我桌上这个小焊炉还是可以做出挺精密的东西来!

如何用回流焊炉对高密度贴片电路板进行元器件更换

最近在忙的一个DIY电路板项目要用到三片PICOR系列PI3301降压变换器(buck converter)电源模块。不幸的是这款芯片是123脚的高密度LGA封装。更要命的是这个项目需要三片该芯片并行同步工作从而获得大电流输出。也就是说,如果任何一片芯片没有焊接好,那整个DC/DC降压电源模块就无法按要求高效工作。我怎么样才能使用回流焊炉(reflow oven)来完成这个工序呢?

123脚的LGA封装,PI3301我自制的电路板回流焊炉成为工作台上不可或缺一员已经超过了一年。我使用它完成了许多表面封装芯片的回流焊接工作,最小的是只有2毫米宽的Philips Rebel Z LED。但是我还没有尝试过类似LGA或者BGA的高密度贴片芯片。所以,我从制作网板开始、认真抹上锡膏、放置元器件、直到最后烘烤!很快,我就拿到了焊好的板子了:

三片并行同步的PIC3301降压芯片。
三片并行同步的PIC3301降压芯片。

从外表上看各个元器件都完好的焊接好了。但是没有X光检查设备,我没有办法知道这三块芯片各123个管脚是否确实焊接到位了。我能做的就是给整个电源模块加载了一些发热电阻进行负荷测试。差不多5分钟以后,我得到这个结果:

最右边的芯片不工作
最右边的芯片不工作

左边两组开始发热;最右边的却没有变化。那很明显没有变化的这个不在工作,一般就是不良焊接所致了。那么我怎么才能在不影响左边两组芯片的情况下修好右边的这片呢?换句话说,有没有可能只对右边的进行加热修复呢?我有了下面的主意:

只将需要加热的部分伸入烤箱
只将需要加热的部分伸入烤箱
锡膏加热到熔化的时候甩一下电路板
锡膏加热到熔化的时候甩一下电路板

虽然这样子使用回流焊炉貌似“有伤大雅”,但效果却很好!只有右边伸入烤箱内部的电路板被加热。我使用了一些零碎的电板板和金属板将烤箱开口遮挡住,没想到隔热效果很不错,烤箱内部仍然可以加热到高温。

我所需要做的就是耐心等待,直到我的PID温度控制器将温度加热到了摄氏230度左右。接着就是甩一下电路板,由于230可以将焊锡熔化,上面的元器件很容易就被甩落。

Components_Removed

 

用吸锡编带清理一下焊盘,我就可以开始准备再次回流焊接了!

Apply_Paste_W_Stencil

 

Put_On_New_Components

元器件放置完毕,可以烘烤了!同样的,我只将右边一侧伸入烤箱内部。4分钟的功夫就“烤”好了:

Reflow_Rework_Done经过测试,三片降压变换电源芯片挂上大负荷以后同时发热。这样我就成功地通过部分加热的方式用回流焊更换了高密度封装芯片(拔片以及重焊)。

 

在Altium Designer中制定走线与贯穿孔的间距规则

“走线与贯穿孔的间距”和“走线间距”在电路板设计中处于同样重要的位置。一家PCB制板厂家通常会将这两项作为其主要的生产能力指标公布出来。比如我经常使用的一家制板厂,允许6mil的最小走线间距,以及10mil的最小走线/贯穿孔间距。很多时候,你在设计PCB电路板的时候并不需要过多注意“走线与贯穿孔的间距”这个规则,尤其当这些贯穿孔都是导电孔,并且满足了最小孔环宽度(annular ring)。设想如果最小孔环宽度必须是5mil,再加上最小走线间距是6mil,相当于设定了铜走线到钻孔之见的间隔为最小11mil,已经大于了上面提到的10mil的例子。不过并非所有时候都是这样,当你需要在电路板上放置非导电贯穿孔(NPTH,Non-Plated Through Hole),用于定位接插件或者其他设备的时候,这些孔都没有孔环包围,于是CAD软件就直接使用走线间距(比如6mil)来监控孔与走线的间距(比如需要至少10mil),这样往往会造成制板厂家CAM检查不通过。

这篇文章里,我会探讨如何在Altium Designer这个软件里设定“走线与贯穿孔的间距”这个规则。遗憾的是,Altium Desinger里面直接对此进行直接设置的选项,它的“Design”->“Rule”有大量的规则设置菜单,却独缺这个功能。好在Altium Desinger并没有把路封死,我们任然可以通过其提供的“Advanced Query”方法来自定义规定物体A到物体B的间距。当然,如下图所示,这里的物体A就是指贯穿空(NPTH),B就是铜走线。在位于上方的“Full Query”中输入“(InPadClass(‘NPTH’))”,在下面输入“All”。

Altium Designer 设计规则的设定
Altium Designer 设计规则的设定

接下来,你得告诉软件,什么是“NPTH”,或者说那些孔被归到“NPTH”这个类别。在“Design”->“Classes”选项中,你可以在“Pad Classes”这个标签里手工创建一个新类(new class)并将其命名为“NPTH”。点击创建好的“NPTH”,在中间的“Non-Members”列表里会出现所以你设计图上的焊盘,接下来就很明白了,找到你需要的非导电贯穿孔,把他们加入到“Members”这个列表了。你就完成了对“NPTH”类的定义。

为新类挑选所属成员
为新类挑选所属成员

一个便捷的小技巧:当你在定义这些元器件组件的时候,把你想要的非导电贯穿孔的设计编号“Designator”设置为“-1”,这样你在“Non-Members”的正则表达式里面只需要输入“×–1”,就可以轻松筛选出所有这些被定义为“-1”的孔了。不然的话,在“Non-Members”的成千上百个成员里找到你需要的对象可不是件容易的事情。

上面两个步骤设定完毕以后,CAD软件就开始自动监控走线与贯穿孔的间距,保证不会违规。

利用RC-6信号协议来同步遥控多台佳能T4i单反相机的视频摄影

让我们首先来看一段自制红外LED发射器来同步遥控多台佳能T4i摄像的视频画面(链接)。

佳能最新款入门级单反Rebel T4i设有一个方便实用的视频摄影按钮可以直接快速地开始/终止视频摄像功能。但是在专业的摄影人员、人工视觉和计算机图像从业人员眼里,这个“快捷键” 却不见得好用——尤其是你希望将多台T4i组合成一个相机阵列,并需要严格同步这些相机之间的开始/终止操作的时候,麻烦问题来了——你必须一台相机一台 相机地按过来,更不用提在按的过程中,还会导致相机略微移动。佳能更高端的旗舰型号1D Mark IV或者1DX有按钮重定义的功能,可以将摄像开始按钮定义到快门键上。这样可以通过快门线控进行多台同时操作。但是T4i没有这个重定义功能。

RC6_canon_eos_t4i_start_video_capture

如上图所示,标准的摄像操控方法:1.将开关拨到“Movie”档;2.按下摄像按钮即可。
不过也不是没有办法,细究一下T4i的手册,发现T4i可以使用佳能RC-6红外无线遥控器来进行遥控拍摄录像。

RC6_eos_t4i_remote_sensor1

佳能RC-6红外无线遥控器通过从顶端发出的红外线信号来远程操纵相机。如果其发出的信号被T4i相机所接受,相机则进行相应的操作。当然,必须对相机进行设置以便激活该遥控器,如下:

RC6_canon_t4i_drive_mode_menu

相机必须设置在中间位置的图标上才能使用遥控器。此时如果遥控器的开关设在“o”上,则按一下按钮拍一张静态照片;如果设在“2”上,则是开始/终止摄像。

RC6_canon_t4i_rc6

由于红外线遥控对方向距离十分敏感,光RC-6也解决不了同时操作多台相机的问题。就如我们平时所常用的电视机遥控器,你必须对准,而且在不太远的 情况下,才能控制电视机。佳能RC-6也一样有这个问题。除非你的相机阵列都面向同一方面,而且你可以靠得足够近的前提下,一个RC-6也许可以解决问 题。不然你不得不给每台T4i配置一个RC-6,而且还得想出个办法如何同时按下这些遥控器——怎么听上去还是直接按相机上的按钮得了~~~~~

有些人讨论布光纤的办法,让光纤把RC-6发出的红外信号传到每台相机的红外感应器前。我对此可信性表示怀疑。因为纤细的光纤是否能够传送亮度足够 的红外光强是一个问号。所以,下面就是我的终极办法:让我们找出RC-6到底发出的是何种协议的信号,然后给每个相机做一个小小的红外线LED,通过电路 板同时发出一样的信号!

那首先就是对佳能RC-6的反向工程了,所需要的是一个光电二极管(PD,photodiode,通常要比光电三极管响应速度快)和偏置电路。如果 网上搜一下“光电二极管电路”,你可以发现一堆像下面一样的电路图,很简单:一个PD串联一个10K欧姆的电阻,加上5伏电压即可。

RC6_3533b

在“+Vout”处接上示波器的探头,下面两张示波器截图就是RC-6发出的信号波形图:

rc6_pulse_zoom_in_pd_response RC6_o_configuration_pd_response

上图:RC-6在“2”位置上的PD波形图;下图:“o”位置。

一眼看上去,貌似很简单:两个0.5ms宽度的脉冲间隔5.8ms,就可以启动相机的摄像;间隔7.64ms,可以启动相机的拍照。这个波形在单片机上也不是很难实现:我使用了基于PIC32的RTM单片机平台、红外线LED和NMOS开关。电路简图如下:

RC6_customized_ir_led_for_t4i

很不幸……根本不起作用……可以确保完全按照上面波形图来实现。所以再次审视一下上面的波形图,发觉脉冲上方的“噪音”有点可疑,照理说信号干净的 话,脉冲应该是削平的……那就放大这个脉冲看看到底是什么,结果——发现脉冲上方其实是有规律的16个“坡”,每个间隔约30us。

rc6_pulse_zoom_in_pd_response

这些“坡”似乎下降地很慢,没到0电压就被拉回到了高电平。这时候突然想起来PD串联电阻的光敏电路的反应其实是很慢的,这也就解释了为什么示波器 上显示的是“半坡”而不是脉冲,因为电路放电慢于RC-6的脉冲速度。所以最后的结论就是RC-6在位置“2”上发出连续16个33.33KHz频率(约 30us间隔)的短脉冲,停顿5.32ms,然后再发16个同样的脉冲;如果是位置“o”,那么只要把5.32ms换成7.16ms即可。

实现了这个波形以后,T4i就乖乖工作了!

Altium Designer生成gerber文件时的精度问题

最近向PCB工厂送出一块电路板设计,但是却被退回告知不符合最小走线间距要求。我使用该间PCB工厂已经有一段时间,对他们的各项指标十分 清楚。另外,我确定这块板子的设计肯定符合对方最小走线6mil的要求,因为我使用的Altium Designer的DRC(Design rule check)没有任何警告或者报错。为了进一步保证我的设计能满足对方的最小走线间距要求,我将最小间距提到了6.1mil,心想如果这样我的EDA软件 不报错,那板子再送过去应该肯定没有问题了吧。当然这个一提可是又花费了我不少功夫……

可是结果……还是说我的间距小于6mil,快把我逼疯了……

对方告诉我,我的设计里至少有50处最小走线间距违规,违规出显示实际间距为5.5mil或者5.7mil。这就让我起疑了,这些实际间距怎么才精 确到小数点后面一位呢?会不会gerber工程文件在输出的时候精度有问题?仔细检查了Altium Designer里各处gerber生成相关联的设置以后,终于真相大白:

PCB设计完成以后,你可以通过选择“File” -> “Fabrication Outputs” -> “Gerber files” 来调出CAM转换步骤的对话框,在这个对话框的第一个标签里,有一个Format(格式)的选项,就如其解释所说,选择“2:3”能精确到1mil(2表 示两位整数,3表示3位小数,1mil相当于一千分之一英尺,所以3位小数就是精确到0.001英尺,即1mil);“2:4”精确到0.1mil; “2:5”精确到0.01mil。显然,如果选择“2:3”作为输出格式,而设计精度要小于1mil,那小于1mil那部分小数位都被软件切割掉了。这就 意味着你的各种走线都被“移动”过了,况且你还不知道他们是怎么被切割的。这一移动毫无疑问就让我的设计超出了最小走线间距了。

Gerber_Setup

不过比较具有迷惑性的是,“Gerber Setup”并非是最终生成gerber工程文件的地方。这步只是将你的PCB设计转换成CAMtastic文件(CAM文件)。你可以把这个CAM过程 想象成一个成像过程,通过这个成像以后,你PCB设计中的各种netlist等关联信息都被移除,只剩下走线、丝印以及过孔等信息。所以你最后要做的,就 是将你的CAM逐层分解生成单独的gerber文件,这就是我们平时送到PCB工厂的文件。在生成之前,还有一个精度设置的地方,这既是我忽略并造成麻烦 的地方。

在CAMtastic窗口中,选择“Export”->“Gerber”出现下面的窗口:

Gerber_Export_Setting

要注意在“Settings”里面还有一个选择小数点位数的地方,这个才是最后要影响到你gerber精度的地方。确保你选择了和你自己PCB设计相吻合的精度。

选择高精度再次送出文件以后,没有再收到任何问题报告,电路板也顺利加工完毕。但是令人不解的是,为什么之前没有注意到这个高精度选项却也没有收到 任何PCB工厂的出错报告呢?后来才发觉,之前的PCB电路板的网格精度都没有低于1mil,而这次由于PCB密度很高,又不想提高PCB成本而选择更小 的走线/间距水平,所以将PCB的网格放到0.05mil,所以就出现了这样精度失真的问题。

无需网板的回流焊接电子元器件

首先让我们来看一段视频,演示了如何用回流焊接结束焊接电子元器件而无需网版(stencil)。

我在上篇文章中提到了如何DIY你自己的回流焊炉。 也许有人会纳闷光有焊炉有什么用,还得配上可以铺焊膏的网板才行。是的,网板(或者被称作模板)经常被认为是回流焊接过程中必不可少的工具。它不仅规定锡 膏该铺在哪儿,而且还规定了铺锡膏的量。当然,网板也并非很容易制造,通常需要特殊材料,并根据每块电路板的设计经行激光切割。这是为什么网板价格昂贵, 有时甚至贵过电路板,而且还只能用在一个电路板设计上。

With_Stencil
Without_stencil

图1,(从互联网上找来的图) 上图:用网板铺的锡膏效果;下图:不用网板的效果。

很明显,用了网板锡膏的铺设非常整洁精确。不用的话看上去一团糟,因为是手工抹上去的关系,有些地方直接被一大团锡膏盖住。如果说不整洁还能接受,因为毕竟这只是中间过程而已;那锡膏盖住多个焊盘会不会造成短路呢?

SL_Bridge_Across_Pads

图2,锡膏横铺在两个焊盘之上。

好在有了“表面张力”这个有利武器,即便像图1右图所示那样锡膏杂乱地涂抹在焊盘上,这块电路板仍然可以使用回流焊接技术完成元器件的焊接。我们都 知道,当焊膏被加热到一定温度以后,焊膏会融化而成“液体”状,并依照“表面张力”的约束而“流动”。涂抹在盘上之间(阻焊层)的锡膏会被抹在焊盘之上的 锡膏“吸”走。另外,表面张力还有助于元器件的对位。如果在前期放置芯片的时候没有十分精准地对上各个管脚,当锡膏熔化以后,液状的焊锡会将元器件“浮” 起并滑动到准确的位置上。最上方视频的结尾部分就演示了表面贴片的LED是如何被移动旋转入最终的位置。

所以,只要你有一台回流焊炉,你就可以立即开始进行焊接,用不着网板甚至是打片机。

DIY将家用小烤箱改装成电路板回流焊接炉(reflow oven)含视频

先来一段回流焊接炉最终成品工作时的视频(链接):

尽管我可以很熟练地手工焊接小到只有0.5毫米间距的QFN封装芯片(看我的文章视频), 但是越来越多出现在市场上的新产品芯片已经变得实在无法手焊了。手上的各个项目已经发展到了不得不要丢我的电烙铁的阶段。看来到是时候给我的工作台添加一 台电路板回流焊炉了(reflow oven)。市场上已经有不少产品可供选择,从专业级别到面向业余爱好者的都有。但是我还是决定要自己动手改装一台,肯定很有趣味,更不说还能省下不少银 子。

打造一台电路板回流焊炉,你需要四种主要零件:1)加热设备;2)温度传感器;3)控制器;以及4)继电器。不过这些东西对于电子工程师来说应该不是什么大问题。

4_Elements

下面是针对上面零件所作的选择:

  1. 可放下12英寸皮萨饼的热风电烤箱。选购家用烤箱首要注意的地方是功率。必须要能够在短时间内升温至最高260摄氏度。通常功率1千瓦的电烤箱可 以做到这点。接下来,带热风功能必须的,因为烤箱自带的风扇可以将烤箱各个角落的温度通过空气循环来均衡升温。加热棒应该是两条位于烤箱顶部,两条位于底 部。试验结果告诉我烤箱容量可以不用这么大(如果你需要焊接大面积电路板那另当别论),因为过大的烤箱空间导致加热缓慢,这在后面我会提到。比如我购买的 这个烤箱无法做到在90秒内升温至150摄氏度。如果有机会我会选购一个小点的,不过总体来说工作情况令人满意。最后,我强烈建议选择手动控制的电烤箱。 那些看似十分高级的数码控制款,不仅价格上比较贵,而且对后面的改装会提出不少难度。
  2. K型热电偶式(Thermocouple)温度传感器,我选用的是TPI的GK11M,以及热电偶调节器模数转换芯片MAX6675。 需要确认所选购的热电偶可以工作在至少260摄氏度的温度下。GK11M这款K型热电偶的工作范围是-40~950°F (-40~510°C),足够了。MAX6675带有SPI结构,可以很方便的和单片机等相互通信。这款芯片有些小贵,因为它连数模转换都集成了,如果不 嫌麻烦愿意自己在单片机上实现数模转换(ADC),则可以选购模拟输出的芯片,相对会便宜些。
  3. 控制器方面,我使用我自己开发的RTM平台,主芯片是一块Microchip PIC32MX795F512L的32位单片机,系统时钟可以跑到80MHz,带有一个USB2.0口,这样可以和PC很好的结合起来,所需要的编程量也很低。
  4. 继电器我选用Crydom的PF240D25固态继电器。由于我需要开关交流电,所以至少可以负载1000瓦的大功率继电器是必须的。考虑到我准备使用脉冲宽度调制(PWM)的方式来控制烤箱,所以推荐使用固态而不是传统的电磁式。这款继电器还可以直接使用单片机的控制信号,十分方便。

好了,所有零部件到位,是时候动手将电烤箱改装成回流焊接炉了!

Toaster_Oven

上图1绿色圆圈所示,这台烤箱带有三个控制旋钮,分别是温度控制、功能选择和定时。我需要拆掉最上方的温度控制器(实际上是一个利用两种不同热膨胀 系数的双金属条,bimetallic strip),转而用我自己的单片机电路来控制温度。“功能选择”也不需要,但放着也不碍事,如果有低温项目需要,还可以切换到只有两条加热棒工作的模 式。“定时器”也不需要,因为我的电路板会控制时间,不过考虑到安全因素,还是建议留着,至少万一忘记切断电源的情况下,定时器最终可以帮我关掉烤箱。

Toaster_Oven_Rewiring

图2. 这是烤箱控制面板内测的布局。注意图中中间上方有一个白色胶布包裹的装置是热风风扇的变压器线圈。这是整个回流焊接炉的核心器件之一,保证电路板各处均匀 加热。你可以看到,我已经将最上面的温度控制器断开。另外一个小改动是将热风风扇跳过功能按钮,这样只要该烤箱上电,风扇就一直工作。

Toaster_Oven_Rewiring_2

这张图3展示了一个已经完成重新布线的半成品焊接炉。只要图中蓝色的插头连接,烤箱就开始加热。有烤箱内部没有其他任何的电源相关部件,所以这根电 线里跑的就是交流电,操作的时候需要注意安全!接下来就很容易了,把这两个插头连到继电器上,然后用软件来控制这个继电器的闭合/断开。

Solid_Sate_Relay

图4. 参照这个继电器背部的说明,4个管脚的连接十分明了。1/2管脚连到上图的蓝色插头,无需考虑极性的正反。3/4管脚连到单片机的输出端,管脚3也不需要串联限流电阻,4是接地。需要注意的是,该固态继电器在使用是会产生大量的热,需要降温设备。

Everything_Connected

图5. 所有连线完毕。我的电路板回流焊接炉准备就绪了!等等……我还需要一个降温风扇!

SSR_W_Fan

图6. 降温风扇也准备好了。我在单片机里实现了一套PID控制程序来实现所要求的温度走势。网上到处都可以找到各种不同的温度要求,通常一个加热焊接过程被分成 三个步骤:1)预加热阶段(Pre-heat zone);2)均热处理阶段(Soaking zone);以及3)回流加热阶段。

  1. 预加热要求在不超过2分钟的时间内把温度从室温提升到150摄氏度。150摄氏度低于锡膏的熔点,只是确保电路板各处温度升带这一数值。
  2. 均热处理要求在接下来的2分钟内温度升到183摄氏度并保持在这一温度上。在这阶段内,锡膏里的助焊剂被激活,确保各种辅助液体被挥发掉。183度任然略低锡膏的熔点,但已十分接近,我以后的文章会提高,这是的锡膏已经开始液化。
  3. 最终,回流处理阶段阶段要求温度以最快速度上升到250摄氏度,高于锡膏的熔点,锡膏充分附着于焊盘和元器件管脚上完成焊接。

在不断的尝试以后,我最终将PID各参数调整到最佳值使其能实现上面的三阶段要求。由于我的RTM单片机系统可以方便的实现USB通信,我在PC上简单地将下面的参数输入系统:

[sourcecode language=”text”]
秒 摄氏度
120, 150
240, 183
300, 250
[/sourcecode]

第一列数据是以秒为单位的时间值,第二列是在该时间内要达到的摄氏度温度值。下面是我通过单片机系统反馈得到的实时温度走势图。

Temperature_Profile

你可以看到,就如我之前所提到的,由于我的烤箱过大,导致箱内升温缓慢,所以未能在规定时间内达到要求温度。而且回流温度也低于250摄氏度。不过 令人惊喜的是,尽管有这些问题,但是自动焊接结果十分完美。下面是一些使用该回流焊接炉的视频和图片。随着更多的电路板被我烘焙,我会贴出更多的结果。

回流焊接好的电路板:

PCB_Reflow_Rebel_Z

1.7mm x 1.3mm大小的飞利浦Rebel Z系列彩色大功率LED。
PCB_Reflow_Rebel_Z_ES_effect

Rebel Z系列彩色LED以及3mm x 4mm Rebel系列白色LED。Rebel Z系列彩色LED提供8种不同的颜色,分别是:绿、蓝、红、桔红、深蓝、琥珀黄、品蓝以及青。

以下文字添加于2014年6月21日:

距改装这个小烤箱已经有一年多的时间了。这个自制的电路板回流焊接路已经成为我工作台上不可或缺的一个设备了。有了它以后,我在设计电路板的时候越来越大胆,选择元器件越来越小,完全不用担心做测试板的时候会不会遇到焊接难题了。

下面就是一组最近一批“烤”出来的电路样板:

在激光切割的网板上敷焊膏
在激光切割的网板上敷焊膏
移除网板,焊膏很漂亮地归整在焊盘上
移除网板,焊膏很漂亮地归整在焊盘上
放置各种元器件
放置各种元器件
准备开“烤”
准备开“烤”
烤好以后的成品!
烤好以后的成品!

如何手工焊接QFN封装的表面贴片芯片(含视频教程)

首先来看一段视频,一步一步来演示如何手焊QFN封装的芯片!(放大可以看到高清效果)

QFN封装的芯片管脚间隔最小可以达到0.5毫米。更糟糕的是,QFN正如其名所示(no-lead),没有金属管脚伸出来,唯一可以指望的是芯片壁上的引脚盘。

QFN64_dimension

但是即便是这样,手焊照样可以!下面我就用图片和视频来解释一下如何手焊QFN小封装的芯片。

  1. PCB设计时注意事项:
    为了焊接时方便,建议将PCB的管脚稍微向外延长些,这样有足够的的空间可以让焊烙铁接触到。如下图所示,我将管脚略向外延伸0.71毫米左右就足够了。

    QFN64_footpring

  2. 手工焊接QFN封装原则:
    需要记住的是,手焊QFN封装的时候并不是要一个管脚挨一个管脚地焊,因为这也几乎不可能。而是利用助焊剂,让融化的焊锡自然地流到管脚上,焊锡的表面张 力会让焊锡在管脚间自然分开。然后如果焊锡送得太多,还是有可能会把几个管脚焊在一起。这种情况下用焊烙铁或者吸焊带移去多余的焊锡即可。

最后看一下焊接之前和焊好之后的对比:
QFN_before_and_after

把LG Thrill P925裸眼3D摄像头延长到手机外,以及真机拆解图

有一个十分有趣的项目需要将LG Thrill P925的3D裸眼摄像头延伸到手机以外,并要求其依旧能够工作。这有可能吗?就好象是把眼珠子掏出来放到老远的地方……然后你还能继续通过这副眼睛看东西……

LG_extension_watermark

Impossible is nothing!关键就在于能否掏出那个3D摄像头然后延长他的电缆线,接下来就说说我是怎么做的。

1. 一台全新的LG Thrill P925手机,背面装有双摄像头,各500万象素的3D裸眼摄像头,能够摄制立体3D图像:

LG_thrill_back

2. 打开电池仓露出硕大的3.7V锂电池。然后使用#00尺寸的十字螺丝刀旋开塑料壳上的螺丝:

LG_thrill_battery_back

3. 首先取下的是位于机身下方的扬声器模块,因为该模块整个压在塑料壳上:

LG_thrill_speaker

4. 扬声器模块取下以后就很容易可以取下塑料壳:

LG_thrill_unscrewed

5. 打开塑料壳以后,整个手机主板就暴露了出来。可以清晰地看到3D双摄像头垂直地安装在主板中间。摄像头左边是信号/电源接插件;上方压着一个LED作为闪 光灯,供电与控制是从右边过来。摄像头模块的框子是金属做的,LED放在上面正好可以将其作为散热装置使用。那现在看来如果要外置这个摄像头模块,就得想 办法能够延长左边那个接插件。

LG_thrill_stereo_camera_module

6. 翻起LED灯,接下来准备掏出摄像头模块。

LG_thrill_remove_flash

7. 从一侧翻起摄像头模块,这个有一点难度,因为模块底部有胶带,而且模具做得非常紧。

LG_thrill_raise_camera

8. 断开接插件,整个摄像头模块就出来了。

LG_thrill_camera_removed

9. 现在开始真正的挑战来了。摄像头模块取下来了,那如何为它做一跟延长线呢?这根延长线上的插座必须要和手机上现有的匹配。通过一些测量以后不难发现手机主 板和摄像头模块上的接插件规格是40管脚,0.4毫米间隔。可坏消息是寻遍所有店家,均没有相匹配的产品,最后通过LG的维修店了解到这个原装接插件的型 号是 “GB042-40S-H10-E3000”,属LG内部产品……

既然原装的找不到,那索性就买一套不同品牌、但是有相同焊接尺寸的接插件,替代原装的不就行了吗?于是就购买了“DF40C-40DS-0.4V(51)”和“DF40C-40DP-0.4V(51)”这对Hirose产品。

LG_hirose_40_pin_0.4mm_connector

10. 换掉这两个40针、0.4毫米间隔的接插件可不是容易的活,需要一定的焊接、拆焊技术。这里我强烈推荐Chip Quick的拆焊套装“SMD1”。下面的照片已经将主板上的接插件拆掉了。

LG_thrill_camera_connector_removed

11. 再来一张微距照片。尽管我已经十分小心地拆焊,但还是弄伤一个焊盘。不过幸运的是这个焊盘是地(Ground),所以只要从旁边飞一跟线过来就修好了。

LG_thrill_connector_solderpad

12. 把新买的Hirose插座焊上主板倒是要简单很多。

LG_thrill_new_connector_finish

LG_thrill_new_connector

13. 接下来把摄像头模块上的接插件也换成Hirose的。相比主板上的那个,这个也轻松很多。

LG_thrill_stereo_camera_module_separated

14. 主板和摄像头模块上的插座都换好以后,把摄像头插上主板做一下测试,确保摄像头还能继续工作。然后就是真正地要“延长”这个摄像头了。如果可以定做一个 40脚FPC线然两头装上Hirose的接插头,那就十分理想了。但是考虑到定做一个FPC成本太高,对这个试制品,我决定做一块廉价的PCB电路板来做 这个“延长线”。
摄像头端的电路板:

LG_thrill_camera_adapter_circuit

主板端的电路板:

LG_thrill_mother_board_adapter_circuit

15. 将接插件分别焊上两块电路板,下面是成品图。

LG_thrill_mother_board_adapter_2

16. 焊完以后,将电路板插到手机主板上,然后拧紧螺丝保证牢固。下面的图片里可以看到,因为PCB板比较大,我不得不割掉塑料壳的一部分。图中的白色排线是0.5毫米间隔、20针Molex产FPC跳线,跳线的插座是“FPC BackFlip™, Easy-On™”。

LG_thrill_mother_board_adapter

17. 下图是成品的摄像头模块端的电路板。直形FPC插座也是购自Digikey。 你会注意到电路板左端有一排旁路电容,用于为摄像头模块提供稳定的电源。这些电容非常重要,因为当摄像头模块离开了主板以后,原本装在主板上的旁路电容对 摄像头电源的稳定作用越来越小,容易造成像图像感应器这样高速逻辑芯片发生故障。所以必须在离开摄像头近的地方再安装旁路电容。

LG_thrill_camera_adapter_2

LG_thrill_camera_adapter

18. 一切准备就绪,现在把所有的东西连接起来,然后打开电源。现在摄像头就变成外置的了!

LG_thrill_extended_camera_working

那到底延长这个摄像头有何用途呢?看一下下面这张照片:

cell_phone_based_facial_capture_system

《基于智能手机的人脸动画捕捉系统》。http://gl.ict.usc.edu/Research/CellHeadCam/