焊接作業(yè)是PCBA加工中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，雖然現(xiàn)今的自動(dòng)焊接工藝（表面貼焊(SMT)、波峰焊接(Wave Soldeirng)）已經(jīng)非常的普遍，但是人工手動(dòng)焊接(Toucu up)仍然無(wú)法完全避免，尤其在修補(bǔ)(Repair)作業(yè)當(dāng)中更無(wú)法以自動(dòng)焊接來(lái)取代。
不熟練的人工焊接工藝不僅會(huì)產(chǎn)生品質(zhì)上的焊接缺點(diǎn)（冷焊、空焊、假焊、架橋、短路）導(dǎo)致電路動(dòng)作不正常，更嚴(yán)重的甚至有可能在焊接時(shí)損壞電子元件，或者在通電后燒毀元件。因此，如何確實(shí)的讓所有從事電子制造的人員都了解到焊接的原理與觀念并且實(shí)做，才能有效確保并提升電子產(chǎn)品的焊接品質(zhì)，并降低不良成品的機(jī)率，甚至可以延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命。
為什么要焊接？
焊接的主要功能在連接各個(gè)各自獨(dú)立的電子元件以達(dá)到電子訊號(hào)互相交流的目的，其次是為了將電子元件固定于電路板上，否則電子元件動(dòng)不動(dòng)就掉落下來(lái)不就無(wú)法作用了。
文章最前面的圖示為電路板的剖面圖，在圖片中我們可以看到焊錫與銅箔焊墊、零件引腳之間的關(guān)系。零件引腳靠著焊錫與PCB的銅箔焊墊連接，銅箔焊墊連結(jié)到其他的零件引腳，如此構(gòu)成一個(gè)完整的電子電路。
什么是焊接？
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，焊接(Soldering)就是在兩種金屬之間加入一種熔點(diǎn)比兩種金屬都要低的金屬焊料，這種焊料還必須可以跟兩種金屬互相作用產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，最后形成介面金屬共化物(IMC)，使其互相結(jié)合在一起。
手動(dòng)人工焊接的作法是利用「電烙鐵(iron)」將兩金屬同時(shí)加熱并加入焊錫將其熔化，利用熔融的焊錫滲透到電子元件引腳以及電路板上的銅箔焊墊交接的縫隙并且覆蓋雙方，最后將雙方彼此結(jié)合固化在一起，并作為電氣訊號(hào)傳導(dǎo)的中繼媒介。
所以對(duì)于焊料有下面三個(gè)要求：
? 熔點(diǎn)要低。溫度不可太高以免找不到可以作業(yè)的材料，溫度也不可以低于電子產(chǎn)品的操作與儲(chǔ)存溫度。
? 具備一定的電子傳導(dǎo)能力。導(dǎo)體或半導(dǎo)體。
? 具有一定的焊接強(qiáng)度，并且具備一定抗沖擊的能力。
基于以上要求，現(xiàn)今的PCBA加工一般采用「錫」為基材的合金來(lái)當(dāng)作焊料，所以稱之為「焊錫」，而電子元件的引腳及電路板則幾乎都采用「銅」材料并電鍍鎳、錫、銀之類(lèi)金屬于表面最為焊接金屬。
采用「合金」是為了可以降低焊料的熔點(diǎn)，還可以因應(yīng)各種焊接的需求，比如添加少量「銀」是為了可以得到更好的潤(rùn)濕、加強(qiáng)焊點(diǎn)強(qiáng)度、提高抗疲勞性。錫膏中加入少量的「銅」則可以改善焊點(diǎn)強(qiáng)度，少量的銅也可以降低焊料對(duì)烙鐵頭的熔蝕作用。
關(guān)于為什么原本兩個(gè)熔點(diǎn)都很高的金屬，以一定比率混在一起之后其共熔點(diǎn)反而會(huì)大大降低，這其實(shí)是個(gè)很有趣的題目，有興趣的朋友可以先參考這一篇文章【錫鉛的二元平衡金相圖】。
焊接原理
焊接的原理說(shuō)穿了也沒(méi)有什么大學(xué)問(wèn)，就是利用「溫度」來(lái)融化焊錫并連接電子元件與電路板，等到溫度冷卻低于熔點(diǎn)后焊錫就會(huì)固化并連接在一起。
可是人工焊接無(wú)法像SMT回焊爐做全面加熱，因?yàn)槿藷o(wú)法承受那樣的高溫，于是就設(shè)計(jì)出了「電烙鐵」單點(diǎn)熱源來(lái)加熱于待焊接物體與焊錫，這時(shí)候有效率的「熱」傳導(dǎo)就變得非常重要。
手動(dòng)焊接利用電烙鐵產(chǎn)生的熱能來(lái)將零件引腳與銅箔焊墊迅速升溫到焊錫熔點(diǎn)以上的溫度，但又不能高到融化元件與電路板的溫度，然后將焊錫絲靠在已加熱的區(qū)域，原本固態(tài)的錫絲接觸到超過(guò)熔點(diǎn)的溫度后會(huì)自然轉(zhuǎn)變成液態(tài)并且均勻的流布于整個(gè)焊點(diǎn)與引腳之間及其周?chē)?dāng)電烙鐵移開(kāi)后，缺少了熱源的液態(tài)焊錫會(huì)自然冷卻，當(dāng)溫度低于焊錫熔點(diǎn)后即固化完成焊接工作。
從以上的說(shuō)明中，有幾個(gè)注意事項(xiàng)需要特別留意：
? 最佳的電烙鐵加熱原則應(yīng)該在最短的時(shí)間內(nèi)，用最低的溫度來(lái)完成最好的焊接品質(zhì)。這是因?yàn)榇蟛糠值碾娮釉半娐钒宥紵o(wú)法長(zhǎng)時(shí)間承受過(guò)高的溫度，否則有可能損壞電子元件或造成銅箔焊墊剝離。再者，長(zhǎng)時(shí)間加熱焊錫也會(huì)導(dǎo)致錫絲中的助焊劑揮發(fā)完全并失效，反而不利焊接品質(zhì)。
? 電烙鐵的熱容量必須足夠。電烙鐵的熱能是利用電力轉(zhuǎn)化而來(lái)，所以其熱容量是由功率瓦數(shù)來(lái)決定的，瓦數(shù)越大則熱容量越高，熱補(bǔ)償能力也就越好。當(dāng)烙鐵頭靠在原本冷卻的元件及銅箔焊墊，熱量就開(kāi)始往低處溢流，電烙鐵必須持續(xù)且穩(wěn)定地提供足夠的熱能才能滿足加熱的需求，如果瓦數(shù)太小，就會(huì)造成加熱溫度不穩(wěn)或是溫度不足，造成焊接不上的假焊及空焊等缺點(diǎn)。
有些電路板的焊墊連接在大面積銅箔上，且沒(méi)有設(shè)計(jì)【熱阻(thermal relief)】，它們的吸熱速度更是恐怖，這時(shí)候除了選用大功率的電烙鐵外，還得選用形狀較大的烙鐵頭(tip)，比如刀型烙鐵頭，以增加其接觸面積，加強(qiáng)熱傳導(dǎo)的效率。
何謂良好的焊接效果？
? 良好的焊接是讓焊錫可以漸漸地?cái)U(kuò)散。
? 焊錫與焊錫面及元件引腳應(yīng)該呈現(xiàn)自然的弧形。
如何正確使用電烙鐵手動(dòng)焊接電子元件于電路板？
? 使用烙鐵頭焊接時(shí)，建議要先用烙鐵頭同時(shí)加熱電路板上的銅箔焊墊與電子元件的引腳約1～2秒使其升溫到一定溫度，可以同時(shí)先喂少量的焊錫料在烙鐵頭的尖端，以增加烙鐵頭與待焊接物的接觸面積，使熱能可以更有效率的傳遞到銅箔焊墊與電子元件引腳。
? 等到待焊接物的溫度上來(lái)之后才將大量的錫絲喂給烙鐵頭，這樣才能確保焊錫真的潤(rùn)濕到需要焊接的銅箔焊墊與引腳之間，甚至將它們包覆在一起。
? 切忌在銅箔焊墊與引腳溫度還未上升前就一口氣把所有的焊料都喂給烙鐵頭，這樣會(huì)讓過(guò)多的焊錫溢流到一些溫度還未上升的地方，容易造成包焊、假焊等不良現(xiàn)象。
? 如果是較大的焊點(diǎn)，建議要適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)烙鐵頭至焊點(diǎn)的另一側(cè)繼續(xù)焊接作業(yè)，以加速焊錫填充區(qū)域，因?yàn)楣饪亢稿a的自然流動(dòng)，有時(shí)候并不能有小的分布到整個(gè)焊點(diǎn)的縫隙與接合處。
? 當(dāng)烙鐵頭接觸到電路板的焊墊及元件的引腳后一定要確保在最短時(shí)間內(nèi)完成焊接，然后移除熱源。無(wú)鉛錫絲SAC305的熔點(diǎn)為217?C，而一般烙鐵的溫度則會(huì)落在350～380?C之間，高溫長(zhǎng)時(shí)間對(duì)著焊點(diǎn)局部加熱非常容易損害電子元件及電路板，不是金屬材質(zhì)受不了，而是塑膠料件及黏膠受不了，還得考慮材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)問(wèn)題。
? 使用電烙鐵焊接完成后必須快速將烙鐵頭移除焊接處。如果移除太慢會(huì)形成焊錫拉尖，這是因?yàn)橐簯B(tài)的焊錫會(huì)跟著高溫的烙鐵頭移動(dòng)，當(dāng)烙鐵頭離開(kāi)焊點(diǎn)一段距離后焊錫會(huì)被拉斷而形成拉絲尖頭，快速移除烙鐵頭在焊錫拉斷時(shí)可以促使拉尖的焊錫回彈回至焊點(diǎn)，焊點(diǎn)的余溫可以吸收回彈的焊錫形成漂亮的弧形。
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