PCB堆叠纯平面CUID门禁卡

平面图

实物图

概要

采用CUID方案：S50（MIFARE Classic 1K）

LED灯珠：1颗（0201封装）

PCB线圈：PCB印刷电路

虽然料件只有两个，但是复刻难度一点不低，主要难在堆叠跟处理CUID芯片封装上，手需要稳。而且要保证别受伤，这只是个小玩意罢了，大家都有更重要的事业等着去完成，为了这么个小东西受了伤了不值得，因此只推荐有一定动手能力的玩家复刻，完全的DIY新手不妨去看看其他人的优秀方案（即便是有天赋的新手也不推荐），我这个方案虽然成品看着还不错，但是有些极端了。

之所以使用两块PCB堆叠，是因为想到门禁卡经常与钥匙等相对尖锐的物品装在一起，芯片以及线圈极有可能遭到损伤，因此想能否把芯片与线圈保护起来，这才有了现在的PCB堆叠方案。

因为芯片是有一定厚度的，两块板堆叠起来夹在中间一定是不可能的，因此需要为芯片焊接的位置开个窗。

考虑到市面上常见的COB封装CUID芯片都是8mm*5mm，开孔还是比较大的，再加上还有一颗LED灯珠，这样的话开孔至少需要做到9mm*5mm，开孔越大，芯片被刮伤的概率就越大，因此开孔要尽可能的小，这也迫使芯片的尺寸也要跟着小。

CUID芯片的晶圆本身并不大，就算是加上覆盖的“牛屎”，也才占了整个封装的一半不到，其余的全部都是焊盘，因此想到可以把焊盘尽可能的缩小。（见下图）

牛屎因为并不会充满整个焊盘，只会呈现一个椭圆形，剩余四角的位置会天然保留下来，直接沿着“牛屎”的边边剪即可，减掉多余焊盘后的尺寸约为4mm*5mm，再加上LED灯珠的话，可以做到5mm*7mm的开孔（包含一定的余量以及PCB焊盘）。

因为“牛屎”是有一定厚度的，如果“牛屎”朝下贴有可能会贴不平，因此选择“牛屎”朝上贴（实际上朝下贴也可以，但是得改一下我自制的那个飞锡焊盘，把四个角的焊盘由黑框外改到黑框内即可）。

不过这样有两个麻烦事：

1.“牛屎”朝上贴的话，芯片的焊盘与PCB焊盘都是一个朝向的，需要采用飞锡的方式焊接，焊盘需要在芯片外面，这也是上面说的留余量的原因。（下图左）

2.买到的芯片背面是有一层铜箔的需要剥掉（需要格外注意安全），否则容易短路。（下图右）

（自制的飞锡焊盘，黑框是修剪后的芯片摆放位置，改芯片焊接方式，就是改下图中黑框外的四个焊盘）

从（上图左）可以发现，芯片下面还有两个焊盘，这其实是因为芯片放置位置的原因，如果芯片放置在线圈内侧，线圈的外端是需要跨到内圈的，常见的做法是打两个过孔引到底层去绕过，但是我不希望再看到一个小圆孔了，而且这个方案是有另块PCB堆叠的，因此可以借助另一块PCB跳过线圈，因此在两块PCB上的对应位置都有两个相同的焊盘，堆叠的时候就可以同时焊接在一起了。（见下图）

堆叠过程中的注意事项

实际上做了飞锡焊接之后，四个锡球的最外圈位置是比PCB开孔稍大一些，就是两张PCB叠不下去的，会被架住。

这个其实不要紧，反而辅助你定位两张PCB的位置。（具体说明在下面的焊接操作过程部分）

焊接操作过程

以下是只使用加热台完成组装的过程。（全程不使用烙铁、热风枪等加热工具）（如果使用热风枪的话，建议堆叠的步骤使用“大头”）

准本工具：

1. 焊锡膏（建议使用低温锡）
2. 助焊剂（可以准备些，但不一定用的上）
3. 镊子(超细尖的1~2把)
4. 加热台（可以用带温控的也可以用简易的，能达到240°就完全满足使用）
5. 燕尾夹（看大小酌情准备2~4只）
6. 笔刀（需要薄刀片）
7. 水口钳（注意不是斜口钳，斜口钳的钳口太厚了）
8. 万用表（可以不用，主要就是如果分不清灯珠正负极的情况使用）
9. LED灯珠（0201封装的单色贴片灯珠1个，颜色选你喜欢的买）
10. 芯片（只要是这种5mm*8mm的COB封装的就可以，看你需要使用什么样的，无论是UID、CUID、FUID等都可以，但必须是13.56MHz的IC卡。ID卡不行，因为是低频卡，线圈不合适）
11. 打板，双面分别打10张，没有白嫖卷的情况下大约110元至130元左右（5张与10张价格一样，如果你自己有办法白嫖的话打薄一点的板子也可以，我用的是1.6mm的）

开干：

• 处理芯片：用笔刀把芯片背面的铜箔剃掉（因为尺寸比较小，且只能是拿在手里操作比较好做，需要格外注意安全，不要伤到手），处理干净之后把芯片多余的焊盘用水口钳剪掉，就沿着“牛屎”旁边焊盘缺口剪就会得到约4mm*5mm的成品。（见下图）

• 焊接器件：首先用镊子把处理好的芯片摆放在焊盘上，然后用镊子挑一点锡膏点在四角的焊盘与芯片的角上（注意要连续不能断，具体用量见下图，加热后就会自己吧两端的焊盘拉住），顺便也把灯珠的焊盘与芯片下面的跨越焊盘也点上锡，（灯珠的焊盘只需要一点点点点点，不能多。跨越焊盘也不能太多只适量即可），然后把灯珠拿镊子夹在上了锡膏的焊盘上（灯珠本质上是个二极管，是有方向的，接反了不亮，贴片灯珠一遍有竖线标识，有竖线的一端为负极，如果看不清标识就就用万用表的二极管档位测一下，只要两只表笔往灯珠两端一捅！亮了！那黑表笔就是那端就是负极，捅反了不亮，测出负极之后，负极靠近线圈那头摆放即可）。

• 加热台升温达到工作温度后，然后把之前摆放好器件的PCB放置在加热台上加热，待到锡膏融化后，查看焊锡是否饱满，如果有缺陷可以再夹一点焊锡补上即可。做好之后就可以暂时从加热台上拿下来备用了（注意：此时的PCB非常烫，需多加小心，建议使用镊子夹下来。有个提示，就是热的PCB不要直接放在塑料制品或鼠标垫上，放在鼠标垫上可能会把鼠标垫的印花转印到PCB的彩色丝印上，我吃过亏，不过重新拿去加热一下就会恢复）。（半成品见下图）

• 此时可以稍微放凉一会，否则高温有可能会伤害到手机内部元器件（主要是电池会过热），然后手机打开NFC，贴在线圈上，然后用镊子短接一下，下面的两个跨越焊盘，如果焊接没问题，手机会识别到芯片，灯珠也会亮，这时候就可以准备堆叠PCB了。（下附视频）

         BILIBILI视频：PCB堆叠纯平面CUID门禁卡（2P）

• 测试无误后，把另一张PCB的焊盘打上锡膏，跨越焊盘打一点即可或者芯片那一面打的多，这一面不打也可以。其他的用于堆叠的焊盘不用打太多，就隔5mm打一个小点就可以。
• 之后把两块PCB焊盘对焊盘贴在一起，此时就会发现我上面说的那个问题，开孔处会被飞锡焊点架住，此时你会发现，两块PCB会大致对齐并且被卡住，这时候微调一下，然后拿一个燕尾夹夹住钥匙孔那一端，之后就可以上加热台加热了（PCB加热时间过长的话会老化变黑，丝印也会一定程度上变色，所以尽量不要加热太久。因为焊芯片的那一块PCB已经被加热过几分钟了，如果再加热就可能会老化的很明显，堆叠的这个过程实际上可以加热另一块来减少对一块PCB的加热时长），加热到拿镊子轻轻压一下，两块PCB能紧贴在一起的程度就可以取下来了，但要注意，冷却会比较快，得先准备好另一只燕尾夹，拿下来之后立刻把芯片这一端夹住（用燕尾夹主要是因为两块PCB的固定需要，还有对抗PCB加热后翘曲的应力），夹住之后再次查看对齐情况，如果有轻微位移的话，可以立起来找个平面把四个截面怼齐即可（如果位移量比较大，那就不用再进行下一步了，因为开孔一定会碰歪器件，直接取掉燕尾夹，重新放在加热台上加热，然后重新把两层PCB分开，然后重新对齐原件，再重新堆叠PCB）。
• 芯片开孔那端焊接完成后，吧钥匙孔那一端的燕尾夹取下来，放在加热台上加热。（见下图）

• 同样的步骤，化锡之后把燕尾夹再加上，堆叠后的PCB连同两个夹子一并放置在一边降温即可。（之后就是下图的成品了）

注意事项

大家会发现我刚才忽略了一个事情，飞焊的锡球是吧PCB给架住了，也就是锡球的位置是大于开孔的，融化后受到挤压碰撞不会乱跑吗？

这确实是乱跑的，不让锡球乱跑是有一个前提，那就是需要每一次用燕尾夹固定的时候，都要稳稳的夹住不要有大的跑偏，否则就是我上面说的，就得重新来过了，因为被强行移动过的锡球会带着芯片一起跑偏，甚至会吧锡球从焊盘上扯下来。

如果是正常没有位移的情况下锡球会被强行压向内侧靠近芯片的焊盘，使芯片上的焊盘吃到更多锡，反而会焊的更加牢固。

还有一点，就是大家会发现开孔那一块PCB的跨越焊盘紧贴着开孔，如果上锡上多了会不会导致把锡挤出来，答案是会，但是这个焊盘只要不是上锡多的离谱，就算是挤出来，也不会连到芯片的焊点上去，等到冷却后，拿镊子直接挑出来即可。（见下图）

之后就可以进行最终测试了（见下图）

测试没问题以后就可以烧写数据了

因为可以烧写芯片的软硬件众多，此项目不涉及烧写相关的事情，还请上网自行查阅。（且不要做不该做的事！！！）

视频介绍

BILIBILI视频：PCB堆叠纯平面CUID门禁卡（P1）