从设计到成品，流水灯电路诞生过程

序言

       适逢学校的80周年校庆。一次偶然机会，我接到了设计一个流水灯电路活。本想着随手帮帮，结果却成为了这个电路的总负责，从设计到成品几乎全程经过我手（被当工具人使）。本文在此记录下电路设计到成品的全过程。其过程可作为设计电路时的参考，少走弯路，当然如果本文对你也有帮助，可以点一个赞OwO。

 

       因为这是学校的工作，在标注信息时不会标注我的ID，只会标注所在大学、组织信息，以及真实姓名。此文将会对部分敏感信息去除处理。

目录

1.0_设计要求

  1.1_甲方要求

  1.2_其它要求

  1.3_电气要求

2.0_原理图设计

  2.1_LED设计

  2.2_IC设计

  2.3_辅助电路设计

3.0_PCB设计

  3.1_LED布局

  3.2_IC布局

  3.3_其它电路布局

4.0_PCB样板生产

  4.1_生成Gerber文件，BOM表，坐标文件

  4.2_PCB下单，SMT下单

  4.3_收货焊接

5.0_批量生产&订货

  5.1_PCB下单，激光钢网下单

  5.2_元器件下单

  5.3_收货

6.0_焊接

  6.1_SMT焊接——回流焊

  6.2_SMT焊接——人肉流水线

  6.3_焊接培训

7.0_售后（误）

  7.1_短路故障

  7.2_断路故障

  7.3_IC故障

  7.4_其它故障

正文

1.0_设计要求

       任何一个电路，都是为了达成某个目的而被设计出来的。或者说是为了完成某个目的才去设计对应的电路，这个因果关系要分清。目的即是要求，在完成目的的前提下，同时也会伴随很多附加要求。这些附加要求需要尽量满足，但要注意的是，有时候所有附加要求并不能同时满足。所以设计时，要对附加要求进行一定量的取舍。

 

1.1_甲方要求

       甲方可以是你自己，也可以是提交任务给你的人/组织。在这次流水灯设计中，甲方就是老师了。甲方要电路实现的作用、效果，即是目的，电路必须满足。

       为庆祝80周年校庆，同时也要为了培训大一焊接，需要设计一个流水灯电路板。电路板要有80周年校庆元素，要求美观。也借此机会进行焊接培训，要让大一焊接出成品，最终成品要来展示给领导看。

       甲方bb一大堆，应该过滤废话，同时细听出话中话，找出附加要求。如果有要求不确定，一定要找甲方核实清楚，最终要列一个表，看看要求有哪些：

(1) 流水灯效果的电路板；

(2) 使用通孔安装的LED灯，有利于大一新手焊接；

(3) LED的摆放要凸显“80周年”的元素；

(4) 成本控制在2000元以内（单板成本在10元以内）

 

1.2_其它要求

       除了甲方布置之外，如果是团队协作，还要听取其他团队成员意见，并调整设计方案。在此次设计方案中，经过团队间协调，确定下LED的基本排布，也从此确定下LED的数量。

1.3_电气要求

       电路板在设计前，就要确定电路工作的环境，其中包括输入电气参数等等。这些一般甲方不会提到，或者提起较少，毕竟这不是甲方擅长的，而是设计者（我）擅长的。如果某些不确定，一定要问清楚甲方。本次LED电气要求有：

(1) 直流供电

(2) 直流电压5--24V（可根据最终产品调整）

(3) 直流电流应该尽量小，因为最终是大量板子并联。

 

PS：还有电路安全，不会烧毁爆炸，是电路设计者的最基本底线，这些就算没有提到也必须遵守。

PS：设计期间，团队某人要我偷工减料，设计一个能亮5分钟，5分钟后是烧了还是爆炸关我屁事的电路。抱歉，这种电路有违我的良心，我不会听你的。

 

2.0_原理图设计

       电路设计，从原理图开始。

2.1_LED设计

       LED也就是发光二极管。点亮一堆LED，最直接的想法就是并联了。不过LED是半导体器件，实际上是不适合并联的（虽然说并联也可以用）。

       并联电路，特性是每个元件的电压相等，而电流是所有元件电流之和。但是元件之间的电流不一定相同。而串联电路刚好相反，串联电路，特性是每个元件的电流相等，而电压是所有元件电压之和，但是元件之间的电压不一定相同。

       LED主要材料是半导体，半导体一般是负温度系数的，温度越高其电阻越小。在并联电路中，当某盏LED温度偏高（和世界上不会有两片一样的树叶一样，LED总有差异，不可能全部等温），它的电阻就减小，电阻减小电流增大，电流增大耗散增大，温度就升高，而温度升高导致电阻又减小……（简化就是：T↑、R↓、I↑、P↑、T↑）。一盏LED电流偏大的同时，就会导致其它LED电流偏小，于是乎：I↓、P↓、T↓、R↑、I↓。所以在LED并联电路中，这种电流不均现象是朝着更加不均的方向发展。长久以往，就会导致过负荷的LED提早烧毁。

       LED的亮度和通过它的电流呈正相关的（亮度∝电流）。而LED的电流和LED的电压是呈指数关系（电流∝e^电压）。也就是说，LED电压小幅度变化，就会引起电流大幅度变化。而且温度也会时刻影响这个指数关系。所以控制LED亮度，不宜控制电压，而应该控制电流。

       所以LED应该使用串联连接（虽然这样会增加维修难度），并且每个串联回路，必须加上电阻限流（或者恒流源）。但是LED串联不宜过多，因为一个LED串联导通压降在2--3V，串联过多，则需要较高的电压来启动，而电气要求中规定了供电电压不能太高。

       效率问题上，这是展示流水效果的LED，不是照明用大功率LED，其限流电阻导致的效率降低不是主要问题。同时一个简单的流水灯电路，就没有必要制作一个恒流源电路或者一个升压电路，毕竟成本问题还是要考虑的。

       综合考虑下，这次电路设计，使用2盏LED串，2串为一组。LED排布确定了4盏一组，而4盏串联需要的电压过高，3盏不好凑整，于是2盏一组。

       LED最终采用5mm直径的通孔安装LED，通孔插件为培训大一焊接所需，5mmLED尺寸也容易手拿，不会过小。

 

       电阻方面，为了节省空间，电阻均采用SMT，0805封装，0805尺寸比较小，但也不至于太小，有利于手工焊接。同时0805的电阻功率是1/8W。除了1k及以下的电阻在12V以上会超过额定功率外，其它阻值均不会超过额定功率。选用10k电阻限流，LED亮度刚好适中（取决于LED型号和颜色），既能看到流水效果，也不至于亮瞎眼。

2.2_IC设计

       控制LED流水效果的话，自然需要一个芯片来控制LED的通断，最初团队想法就是使用51单片机，或者是STM32。51单片机的体积过大（好像有小体积的版本？），在PCB的布局中不好摆放。STM32体积虽然小，但是一块成本就超过每板子成本10元的要求，而且PCB布线难度增大。在学长的建议下，使用CD4060（二进制分频器）来制作流水效果（虽然实际流水不如51），一个芯片即可解决，而且还不需要烧程序。顺带，CD4060有10个分频输出，刚好对应需要控制的LED组数，真是巧合。

       除了分频器控制LED组外，还需要一个时钟。NE555定时器可算是经久不衰的IC，经过简单的外围电路组合，即可做出一个简单的时钟源（矩形波）。经典的电路搭建如下：

       这种外围电路搭建方式，通过理论计算即可得知，时钟周期T=(R30+2*R31)*C1*ln(2)，频率f=1/T。代入计算可得时钟频率在41Hz左右。（电容充放电公式推导可查看本人往期专栏，查阅NE555相关手册即可推算出时钟周期公式）

       设计时，实际上是先确定频率，再选定外围元件。Clock经过信号发生器调试，在40Hz其流水灯效果较好。于是通过选择R30、R31、C1来确保其振荡频率在40Hz附近即可。对于电容的选择，一般优先选择较小容量的电容，比如100nF。因为电容容量越小，其误差百分比就越小（目前人类的生产能力导致），同时容量小也可以减少电流损耗。而电阻误差一般在1%，大电阻带来的误差相比大电容的误差小很多。确定C后，再通过寻找R的组合，反复计算，找到接近40Hz的组合。因为市面上电阻的阻值是几个确定的数字，不存在3.14159Ω，或者1.414Ω的电阻（除非订做，成本++）。因为流水灯对频率要求不高，带来的偏差不大即可接受。所以选定步骤是：确定频率为40Hz→采用100nF电容→反复调整R30和R31→计算频率→频率非常接近40Hz可接受，ok || 频率相差很大不可接受，重新调整R30和R31。

 

PS：R30和R31都需要一定的阻值，不能选择超低阻值甚至0Ω，虽然配比方便了，但是R30过小会导致NE555损坏，R31过小会导致定时误差过大&输出矩形波占空比过大。

 

2.3_辅助电路设计

       值得注意的是，CD4060的IO口，其拉电流和灌电流能力很弱，LED不能直连IC，否则会烧毁芯片。一般情况下，会考虑接一个三极管，小电流控制大电流。经过考虑，由于CD4060拉电流能力奇差，干脆使用MOS。MOS输入电阻非常高，向IC索取的电流近乎为0。由于频率很低，不用考虑Cgs充放电延时。MOS经过一番选择，采用型号HX2302，封装SOT-23，增强型N沟道，Ugs=±12V，Uds=20V，Id=2.5A，成本0.067元/个（SOT-23太小很难手工焊接，但是市面上没有直插的信号MOS，而且大点的贴片MOS成本至少翻10倍）。MOS选择好后，12V也就成为了最大输入电压了，输入超过12V就会导致栅源击穿。

       为保证电压稳定，在主供电中加入一个100uF的铝电解电容（容量可能给得太大了），最后为了对称性好看，再加了一个铝电解。加了铝电解，就要防止某些小天才 接反正负极。铝电解接反正负极，是会爆炸的。于是顺手接一个反向的二极管。在正常给电时，二极管不导通，接错正负极时，将直接短路，以牺牲自己的方式换取其它部分不要烧毁（emmm虽然这个设计不是太明智）。牺牲一者换取其元件的方式，在电路中很常见。

本次LED流水灯的原理图（去除部分敏感信息）

3.0_PCB设计

       原理图做好后，就进入实际的布线了，PCB电路板，就是在一个玻璃纤维板上走二维导线，把各个元器件连接起来。

 

3.1_LED布局

       LED布局就是按照之前的设计图案，把LED摆放整齐。因为LED串联关系，串联的LED一定就近摆放，为了走线尽可能短，其编号采用的是1 2 4 3、5 6 8 7、9 10 12 11的排法。LED正极全部朝外，即有利于布线，也有利于大一焊接时分辨正负极。中间的“80”电流走向也是尽量统一，一来方便走线，二来照顾大一焊接时分辨正负极，三是满足强迫症。

       电阻和MOS，摆放规则和LED一样。朝向统一有规律（除非迫不得已更改）。位置均塞到板子背面，正面就是眼不见心不烦了。

3.2_IC布局

       IC基本上就是安装在靠下的位置。外围的电容电阻这些就近摆放。需要注意的是，IC的VCC（VDD）供电端旁边有一个10uF的退耦电容，这些电容一定要越靠近IC的电源管脚越好。图3.1中，就有两个贴片电容紧贴在IC底下。

 

3.3_其它电路布局

       大部分布线还是遵循PCB布线规则进行布线，本文就略过不谈了。一些注意的点谈一谈：

(1)防反接的二极管，越靠近电源输入越好。

(2)VCC的主供电线，绕一圈供电时，不能闭合起来，即只能呈现U形不能是O形。

(3)即使软件上没有提示未连接网络，也得亲自分析下电流的走向，比如GND回路。本次设计中，经过LED的电流全部从MOS管S极跑入底层GND，但是底层GND铺铜已经被大量的走线分割成七零八块，但是又有少量细铜连接那种。从软件来说，GND已经全部连通，但人工分析就会发现，电流跑下来后，必须经过迷宫般的GND铺铜，拐来拐去才跑到IC的GND端，借助焊盘跑到顶层GND（顶层GND几乎完整的大面积铺铜），从顶层回去电源输入的GND。可见这样的GND回路是很绕的，干扰也大。所以我在每个MOS的S级附近就打大量过孔，让从S级出来的电流直接跑上顶层GND。

(4)铺泪滴，走线也宽一点，有利于防止大一焊接时掉焊盘。

PS：然后部分大一焊接时，把焊盘连同整条铜皮撕扯下来。。

_(: /」∠)_

(5)图3.3.2 四角处有8个非金属化孔，其中有4个直径较小，且不在同一直线上，这四个孔是定位孔，JLC进行SMT贴片时用到。本次PCB是JLC公司打样的，其4个定位孔有特殊要求，具体需要去JLC网站下载相应规定，按照规定打孔。如果不使用JLC的SMT贴片服务，这4个孔可以不打。

本次PCB布局图

4.0_PCB样板生产

       PCB文件画好后，下一步就是找厂家生产，获得成品。

 

4.1_生成Gerber文件，BOM表，坐标文件

       虽然说直接把PCB源文件提交给工厂，工厂也可以生产，但是使用Gerber文件能避免转换时因为你和厂家之间版本不兼容导致出错。按我的个人习惯，一般先全部导出Gerber文件后，再打包发给厂家。至于如何导出Gerber文件，不同软件操作不同，可以上网查找教程，本文不在此赘叙。

       BOM（Bill of Material）物料清单表，对着物料清单表，能为后续元器件的统计，购买带来极大方便。在给JLC进行SMT贴片时，要去掉不贴的元件（不想贴装的SMT和通孔插件元件），把表格简化后，再提交给JLC。

       同样，机器贴装时机器要知道元件的位置，也是需要导出坐标文件。

4.2_PCB下单，SMT下单

       不同厂家下单PCB步骤不同，本人在JLC下的单。下单前请仔细查看制作工艺，以及厂家相关规定，订货合同，以避免因发生错误或者双方误解导致经济损失。

       SMT和PCB差不多，也需要仔细阅读相关规定以及合同。不过SMT有一个很大的问题：很多元器件是有极性（分正负极）的。然后在下单时我看到这个界面：

       因厂家封装库标准和我的封装库并不相同，由于标准差异导致电路板中所有的二极管正负极搞反，所有的MOS管扭转了90°。折腾了两天和厂家沟通，才调整到正确的极性。以后的话，，自己修改坐标文件吧。

(´･_･`)

4.3_收货焊接

       等了近1个星期总算收到货惹，贴片已经机器贴装完成，剩下就是手工把插件焊上去，本人花了50min全部焊好，成品如下：

       首次上电即运行正常。电压在5--12V内均可工作（灯亮度稍微变化），工作电流小于10mA。

       下一步就提交给甲方（老师）审核。然后那个老师约了2天才成功约出来审核。直接通过。

=。=

 

5.0_批量生产&订货

       如果仅仅是个人打几块板子来用，整个电路设计过程基本就到此结束了。但是我这边却还没完，因为要给大一焊接的。样板经过老师审核通过后，然后就是返单了，这时候生产数量不再是5个，而是250个（数量也是按照大一新生数量来定）。批量生产，我突然间从电路板设计师变成了采购商。此时考虑最多的，就是成本因素了。

 

5.1_PCB下单，激光钢网下单

       在2020/10/31我在阅读JLC的公告时突然发现一个严重的问题：JLC不支持批量订单的SMT贴装。简单来说就是，生产30个PCB（含30个），可以进行SMT贴装服务，而大于30个不贴。。艹！

       然后紧急召集团队成员开会，请示甲方（老师），得到结果却很无语：【1】不能找JLC贴片。【2】也禁止找贴片工厂贴（要显得是我们学生手工焊接的）。【3】合格率要90%以上。

       客观地说，大一新生总体平均焊接水平是非常低的（这里不否认有个别已经焊熟悉了，或者有灵性上手超级快的），大部分人连焊台烙铁都没见过，烙铁是啥都不知道，通孔插件能焊好就不错了，什tm要大一焊接SMT，里面还有SOT-23封装的MOS，最后的合格率要90%简直要命。甲方：我不管，谁叫你用SMT，这种事情你们自己解决，我只要结果，大不了你们自己手焊。（此处省略大量开会解决过程）

       那能怎样？认命手工焊SMT呗。不过倒是可以开激光钢网来加快手工焊接速度。

 

    【钢网】，名字上乍一听以为是一个铁（钢）丝网，实际上它是一个钢片，然后在钢片上打洞。洞的位置和SMT贴装位置是对齐的。所以钢网是一块上面按设计图打了洞的钢片。使用时，把钢片贴在PCB上，钢片上的洞都会刚好和PCB上的SMT焊盘对齐（锡膏钢网），然后在钢片上无脑糊锡膏，再一刀刮过去，锡膏会留在洞里，多余的被刮走，钢网一取走，PCB的SMT焊盘上都被均匀的上了一层薄薄的锡膏。

       正常的钢网是一个面积非常大的钢片，周围有一个大铝框。由于我们是手动焊接，完全没有必要使用如此大的钢网，下单时选择没有铝框的钢网，同时备注让钢片切小一点。

以下是下单界面

然后又花了一整天向甲方要资金。。QAQ

PS：听说JLC在2021年会开放小批量SMT订单。不过在当时就没法享受了=-=。

PS：团队中某人想到个歪点子，既然大于30个不贴，那我下9个订单，每个订单30个PCB不就行了？我只能说，他想得到，我比他早就想得到，厂家比他更早想到。厂家都写在下单要求里了：“八：同一款板（特价范围内的）有意分多次拆单下单，嘉立创有权不接受订单或退单处理！”

 

5.2_元器件下单

       借助BOM表罗列出要购买的元器件，再进行货比三家，最终制成了下图这个表。元器件购买时，不仅仅要注意它的价格，电气参数一点都不能忽视，决不允许为了便宜而购买电气参数不合格的器件。在电气参数满足要求的前提下再去购买便宜的。

       其中大部分元器件都在立创商城购买，主要还是看重立创商城的商品质量高，元器件各个参数标注清晰，起码比某宝一些商家强，元器件参数标注不全。缺点就是运费太贵，不适宜小量购买。这次大批量购买这点运费可以不用太在意。

       元器件购买时要留出余量，不能全部恰恰好。因为焊接中途肯定有部分损耗的（比如掉地上找不见、焊废了的）。一般按照购买量多出一定的百分比，虽然这次我把每个东西都买多一点，但是大一实际焊接时的损耗，也真的非常多，已经超出购买时的余量。

       还有注意的一点是，在tb购买时，一定要问清楚商家元器件参数，最好全部问全，一个都不能少。比如电容，某些商家只标容量和封装，不标注耐压和误差。等买来了才发现电容耐压根本不够（已被坑过）。或者说电容应该买个C0G或者X7R的，结果人家给你发了个Y5V……

       比如此次就遇到一个商家，发过来的电容尺寸不对，导致我还得跟他协商换货。自己还得掏近50元的运费。以后，一定要沟通清楚才买！QAQ

5.3_收货

       发货时间刚好撞上双十一，快递啥的都比平时慢了许多，，大把东西无端端停留了24小时后才继续动。。下面就是收到的货的图片。

第一次这样大批量买电子元器件也是挺激动的qwq。

6.0_焊接

       材料全部到了就是焊接了。为了降低大一的负担（提高合格率），我们自己只能先焊好SMT。

 

6.1_SMT焊接——回流焊

       如果说单个SMT焊接就没啥好说的了，都是那样的步骤。只是目前需要大批量焊接，单个贴片来焊显得效率低下，所以我想了一个新的方式来焊——回流焊。

       灵感取之于机器贴片的过程。首先用钢网盖在PCB上，刷一遍锡膏，取走钢网后，每个焊盘上都有了均匀且量都一定的锡膏，不多不少。然后再手动把SMT贴片贴到对应位置。因为锡膏会自动粘住SMT，不用怕SMT跑掉（别被异物擦或者大风吹走就好），只要大概摆对位置，不要偏差太离谱，SMT就自动贴好了。贴好后就整个板子上热风枪焊接，机器生产是整个PCB进入炉中加热的，手工没这个条件只能热风枪了。热风枪的风不宜过大，以避免把SMT吹跑。吹一会后，锡膏熔化，在液体表面张力的作用下，SMT就自动对齐贴好。其贴片效果不亚于机器。在加热时能尽量保证两个焊盘同时熔化就好，0805贴片还算比较大的，不容易产生立碑现象。而且是人工进行，拿个镊子可以随时修正。

 

6.2_SMT焊接——人肉流水线

       即使是这样，其焊接速度提升也不大。以我的速度，大概半小时一个板子。由于货全部到齐时已经很晚，距离大一焊接日期不足5天。在这点时间里焊接100个板子（我负责的部分）还是有点呛。但是这次参与焊接的同学不仅仅是我一人，我可以模仿工厂生产过程，组成人肉流水线。

       SMT焊接过程：上锡膏→贴SMT→加热焊接，三步。其中贴SMT过程，就是手工拿个镊子，把一个个元件摆到PCB上。电路中不同类型的元件很多。如果让一个人全部贴完一个板子，在找元件、分辨元件上，就会浪费时间，而且容易出错。这一部分完全可以分开成不同的同学完成。比如A同学，只负责贴10k电阻，贴完后就把PCB给B同学，B同学只负责贴47k电阻，C同学只负责贴100k电阻……。这样一来，贴片过程分工化，其出错率也大大减少。

       期间总计进行了3次这样的人工流水线焊接，在短短的时间内，肝了80个板子，最快时，3个小时焊完25个板子，不到10秒一个SMT元件（平均一个焊点小于5秒）。而且每个板子的合格率也非常高，起码在我负责的这批中，我合格率是最高的hhh。

       至于为什么最后只焊了80个，还是和人员调动有关。很多人只干了一次就不干了（我承认贴SMT过程真的很伤眼睛），每次组织时都几乎完全换了一批人，所以都是先培训后焊接。所以最后肝了80个也挺不容易的。也证明这种人肉流水线是可行的。

PS：我主要是负责刷锡膏的部分，锡膏是含铅的，想想一堆铅粉弄在手上，感觉自己都吸收了不少重金属。QAQ

PS：虽然这种做法效率很高，但是挺折磨人的，以后这种工作还是让给机器干吧。

PS：期待2021时JLC早点开放批量订单的SMT服务，艹。

 

6.3_焊接培训

       这篇主要是叙事了。

       培训一帮连焊台都没见过的大一新生挺不容易的，还是感谢培训过程研究院的其他同学&学长的帮助。万分感谢！

       培训时废了许多口舌去讲如何焊接，后来发现其实讲了也没用，还是不会的。不如把讲的时间让他们去摸索下烙铁怎么使用更强。。

       很惊奇的是，我既然没有接到一个新生是焊反正负极的，特别是电解电容。没有一个焊反正负极（但是有把电解电容焊接到供电接口上。。），可能“电解电容接反正负极通电会爆炸”这话，吓得他们都不敢焊反了hhh。

       烙铁温度也是很头疼，温度设置在300℃--350℃就足够焊接了。但是有很多烙铁已经严重氧化，或者显示误差啥的，得开到400℃才够熔焊锡。结果后来很多大一去用我的烙铁补焊时，开到400℃甚至450℃。看着我自己平时经常用的烙铁被糟蹋成那样欲哭无泪。。

       烙铁温度过高也伴随着掉阻焊掉焊盘等等。我发现很多大一焊接出来的PCB，原本是黑色的阻焊，竟然露出铜的颜色。后来确实发现，过高温的烙铁一刮，就把黑色的阻焊给弄走了（不知道绿油阻焊有没有这种情况）。另一个就是掉焊盘，高温一直加热焊盘，把焊盘焊掉导致板子报废的很多。也有是锡未完全熔化，就大力出奇迹强行拔下元器件，把焊盘扯掉，也有把整条铜皮导线扯走的。

       顺带一提还是有很多大一在剪元件引脚的操作非常不规范，和我没有讲有关。引脚直接朝着天，一剪引脚直接飞出去，飞到眼睛里就……。

       冬天干燥，衣服很容易产生静电的。刚好板子在焊了贴片没焊插件的情况下，MOS管的栅级是悬空的。非常怕ESD。可能某些学生就带电触碰板子，直接导致全板MOS报废。（设计电路时没考虑到给MOS做保护……）

 

7.0_售后（误）

       这些电路并不是出售商品，准确来说不算是售后。但是大一焊接了之后，总会有各种各样的问题，总得修的。毕竟还是要交差的嘛（修好也能满足大一新生的成就感）。

 

7.1_短路故障

       见得比较多的是LED短路，准确来说是LED被短接。大一新生焊接时有些下锡过多，导致两个焊盘之间搭桥了，大部分都是LED两个引脚之间，导致LED被短接不发光。另一种是剪元件引脚时候，剪法不正确，把LED两个引脚强行接触在一起。最后一种比较少见，主要是烙铁温度过高或者其它原因，导致LED损坏，内部短路。

       因为电路板中的LED都是2盏串联的。同一串内，一盏不亮另外一盏却亮了，可以马上断定是发生短路故障。

       还有一种短路并不是发生在LED，而是发生在贴片上。由于我只焊接了80，有20个倒霉的需要手动焊接SMT。他们焊接SMT中，部分人下锡过多，在贴片元件下方发生短路。有导致LED限流电阻被短路，导致LED亮瞎眼。也有退耦电容被短路（直接短路VCC和GND），直接全板不亮，大幅增加排查难度。后来我是通过强制通电，让5A的短路电流进入板子，通过发热寻找到短路点的。

7.2_断路故障

       与短路故障排除相反，串联电路中一旦一个元件发生断路，全部都不工作，大幅增加排查难度。断路故障发生的概率远大于短路。

       最常见的是两盏LED不亮，一般都是串联的两盏。只能通过外部给电的方式，分辨出故障的LED和正常的LED。LED断路大部分都是烙铁温度过高和长时间加热LED导致的，LED焊接需要快速，大一新生往往不熟练，反复加热，最终导致LED断路损坏。

       大部分是LED断路可以通过换灯解决，不过有小部分断路发生在限流电阻上。概率很小，只见过两个。其中有一个是剪元件引脚时，把贴片电阻给剪了一半（牛啤……）。

       另一种情况是大量LED不亮，往往4盏整组不亮。这种情况基本可以直接找MOS，因为MOS一次性控制4盏灯。同时烧毁2盏而且还是同一组内的概率较小。大部分是我们焊接SMT时，源极虚焊，补焊即可。少数是栅极虚焊。

       还有一种是掉焊盘，扯出整条导线导致的断路，这种要么看情况飞线，要么就没得救。比如我遇到一个因为把关键位置的焊盘弄掉了，导致整条VCC主供电断掉的情况，大片灯无法获得供电。

7.3_IC故障

       大部分大一焊接最大的问题是虚焊。为了让大一好上手，避免烫坏LED，我培训焊接时都是要求他们先焊IC座（也不直接焊接IC，免得烫坏，IC座不怕烫坏），所以IC座虚焊是普遍现象。很多都是下锡过少，只是粘了一点点，部分甚至都没有焊接。在插上IC后，IC因为部分引脚没有接好导致故障。

       普遍的是，流水效果不正常，大部分是闪烁过快。主要问题出在NE555时钟上。由于虚焊，导致时钟并不是40Hz，而且上到了10kHz甚至100kHz以上。在高频时钟下，流水效果被加速N倍，但是CD4060里面最高有14分频的，14分频端经过肉眼还是能看出正在闪烁。一眼就能看出时钟频率过高。大部分可以通过加锡补焊即可修复。小部分是SMT没焊好，其中有NE555用于RC振荡的电容。电容虚焊相当于没了个电容，振荡频率直接飙升。

       当然，IC有一个脚没插，大力出奇迹，插错IC、插反IC，然后直接通电导致IC损坏的也占到一定比例。这种基本可以换IC解决。

7.4_其它故障

       见得较多的是，灯全部亮，但是没有流水效果的。经过示波器测试波形可以排除IC故障后，只能怀疑是ESD导致。因为静电原因导致MOS管全部击穿损坏，这种情况一般只能全部换MOS解决。

       另一种就是JLC厂家生产时的小概率不合格品。比如我遇到一个倒霉的，他的PCB有一个孔没有钻透，这种只能说在板子生产的钻孔环节出问题。

      也有一种可能是铜皮似通非通，藕断丝连，这种板子有时正常，有时又不正常那种，就像薛定谔的猫一样。这种情况很无奈，不过大一既然焊了，也允许他通过此次培训。

教训

       接手这个任务后，从2020/10/17到2020/11/28，我相继当了 工程师→采购商→培训项目总负责→维修师。期间经历了太多心理压力和苦。不过这些并不是主要的，毕竟也没人愿意看是吧。这里的话把期间总结的一些教训说一说，希望读过此篇文章的可以避免踩坑。

 

· 接手项目前，请确保完全知晓整个项目或者大体过程，不要为了好心为了帮人就随手接了，以避免后期产生纠纷。

· 尽量完全知晓甲方的意图、要求，以避免后期才知道也有这个要求而被迫改设计或者将就。

· JLC目前不支持批量订单进行SMT焊接（至少目前2020年是），这些信息应在设计时就得知晓。（据说2021年可以，未证）

· JLC的SMT焊接参照的封装库，不一定和本人电脑上的封装库对应，有可能导致大批贴错、贴反。下单前请注意。

· 元器件购买时，请尽量确定全部参数，不确定要问客服，特别是tb。比如电容参数标注不全，铝电解尺寸随机发。（已被坑两次）

· 立创商城里的无货元件就不要买了，不仅要等到货，而且起订量至少得一大批（比如某电容必须2000个起），个人DIY小量购买需注意，企业大批量购买请忽略。

 

结语

       这次经历虽然困难重重，经历了很大的心理压力，但最终也任务也完成了。其中也收获了不小。比如第一次使用JLC的SMT贴片服务，第一次下激光钢网，第一次用立创商城，体验了一回采购商的感觉。这些是平时个人DIY打样板订单所不会使用、体验到的。吃一堑长一智，以后再次使用JLC此类服务就可以避免踩坑了。而且这些也是大学生活中宝贵的经历，这是别人所体会不到的。

       再此感谢期间帮助我的人，也庆祝中北大学80周年校庆，希望学校以后越办越好！

 

       本文为 中北大学_仪器与电子学院_创新精英研究院 成员，个人撰写，非学校官方。真实姓名暂匿。

2020/12/5

声明：本人并非刻意为JLC打广告，JLC也无要求本人推广。文中出现JLC为文章结构所需。