手工焊接与返修工具

　手工焊接与返修是要求杰出的操作员技术和良好工具的工艺步骤；一个经验不足的操作员可能会产生可靠性的恶梦。当配备足够的工具和培训时，操作员应该能够创作可靠的焊接点。表面贴装手工焊接有时比通孔(through-hole)焊接更具挑战性，因为更小的引脚间距和更高的引脚数。返修工艺中，必须小心，不要将印刷电路板过热；否则电镀通孔和焊盘都容易损伤。本文将回顾接触焊接与加热气体焊接，这两种最常见的手工焊接。
接触焊接
　　接触焊接是在加热的烙铁嘴(tip)或环(collar)直接接触焊接点时完成的。烙铁嘴或环安装在焊接工具上。焊接嘴用来加热单个的焊接点，而焊接环用来同时加热多个焊接点。对单嘴焊接工具和焊接嘴，有多种的设计结构。
　　对烙铁环形式的焊接嘴也有多种设计结构。有两或四面的离散环，主要用于元件拆除。环的设计主要用于多脚元件，如集成电路((IC)；可是，它们也可用来拆卸矩形和圆柱形的元件。烙铁环对取下已经用胶粘结的元件非常有用。在焊锡熔化后，烙铁环可拧动元件，打破胶的连接。
　　四边元件，如塑料引脚芯片载体(PLCC)，产生一个问题，因为烙铁环很难同时接触所有的引脚。如果烙铁环不接触所有引脚，则不会发生热传导，这意味着一些焊点不熔化。特别是在J型引脚元件上，所有引脚可能不在同一个参考平面上，这使得烙铁环不可能同时接触所有的引脚。这种情况可能是灾难性的，因为还焊接在引脚上的焊盘在操作员取下元件时将从PCB拉出来。
　　焊接嘴与环要求经常预防性的维护。它们需要清洁，有时要上锡。可能要求经常更换，特别是在使用小烙铁嘴时。
接触焊接系统
　　接触焊接系统可分类为从低价格到高价格，通常限制或控制温度。选择取决于应用。例如，表面贴装应用通常比通孔应用要求更少的热量。
　　恒温系统，提供连续、恒定的输出，持续地传送热量。对于表面贴装应用，这些系统应该在335~365°C温度范围内运行。
　　限制温度系统，具有帮助保持该系统温度在一个最佳范围的温度限制能力。这些系统不连续地传送热量，这防止过热，但加热恢复可能慢。这可能引起操作员设定比所希望更高的温度，加快焊接。对表面贴装应用的操作温度范围是285~315°C。
　　控制温度系统， 提供高输出能力。这些系统，象温度限制系统一样，不连续地传送热量。响应时机和温度控制比限制温度系统要优越。对表面贴装应用的操作温度范围是285~315°C。这些系统也提供更好的偏差能力，通常是10°C。
与接触焊接系统有关的特性包括：
· 在多数情况中，接触焊接是补焊(touch-up)以及元件取下与更换的最容易和成本最低的方法。
· 用胶附着的元件可容易地用焊接环取下。
· 接触焊接设备成本相对低，容易买到。
与接触焊接系统有关的问题包括：
· 没有限制烙铁嘴或环的系统容易温度冲击，将烙铁嘴或环的温度提升到所希望的范围之上。
· 烙铁环必须直接接触焊接点和引脚，到达效率。
· 温度冲击可能损伤陶瓷元件，特别是多层电容。
加热气体(热风)焊接
　　热风焊接通过用喷嘴把加热的空气或惰性气体，如氮气，指向焊接点和引脚来完成。热风设备选项包括从简单的手持式单元加热单个位置，到复杂的自动单元设计来加热多个位置。手持式系统取下和更换矩形、圆柱形和其它小型元件。自动系统取下合更换复杂元件，诸如密脚和面积排列元件。
　　热风系统避免用接触焊接系统可能发生的局部热应力，这使它成为在均匀加热是关键的应用中的首选。热风温度范围一般是300~400°C。熔化焊锡所要求的时间取决于热风量。较大的元件在可取下或更换之前，可能要求超过60秒的加热。
　　喷嘴设计很重要；喷嘴必须将热风指向焊接点，有时要避开元件身体。喷嘴可能复杂和昂贵。充分的预防维护是必要的；喷嘴必须定期清洁和适当储存，防止损坏。
热风系统有关的特性包括：
· 热风作为传热媒介的低效率，减少由于缓慢的加热率产生的热冲击。这是对某些元件的一个优点，如陶瓷电容。
· 使用热风作为传热媒介，消除直接烙铁嘴接触的必要。
· 温度和加热率是可控制、可重复和可预测的。
热风系统有关的问题包括：
· 热风焊接设备价格范围从中至高。
· 自动系统相当复杂，要求高技术水平的操作。
助焊剂与焊锡
　　助焊剂可以用小瓶来滴，可使用密封的或可重复充满的助焊剂笔。经常，操作员使用太多的助焊剂。我宁愿使用助焊剂笔，因为它们限制使用的助焊剂量。我也宁愿使用带助焊剂芯的焊锡，含有助焊剂和焊锡合金。当使用带助焊剂芯的焊锡和液体助焊剂时，保证助焊剂相互兼容。
　　表面贴装焊接通常要求较小直径的锡线，典型的在0.50~0.75mm范围。通孔焊接通常要求较大直径的锡线，范围在1.20~1.50mm。
　　锡膏(solder paste)也可以用注射器来滴，虽然许多手工焊接方法加热锡膏太快，造成溅锡和锡球。助焊剂胶，而不是锡膏，对更换面积排列元件是非常有用的。
基本培训：手工焊接

By Les Hymes
　　本文介绍一项基本训练，手工焊接。
　　一个牢固的焊接点要求使用一个上锡良好的、保持良好的烙铁头，温度在焊锡的液化温度之上大约 100°F。烙铁头上的焊锡改善来从烙铁的快速热传导，预热工件。建立良好的流动和熔湿(wetting)都要求预热。具有良好可焊性特征的焊盘、孔和元件引脚将有助于在最短的时间内形成良好的焊接点。在升高的温度下，时间短是避免对基板的损伤、对焊盘与基板接合的损伤和过多的金属间增长的关键。暴露在焊锡和/或基板的Tg的液化温度之上的重复温度循环中的焊锡点，可能遭受可靠性累积的降级。最好的方法是在少于5秒的时间内完成焊接点，最好是大约3秒钟。这个时间包括要求产生连接的所有必要操作。
工艺过程
　　一个推荐的手工焊接程序是，快速地把加热和上锡的烙铁头接触带芯锡线(cored wire)，然后接触焊接点区域，用熔化的焊锡帮助从烙铁到工件的最初的热传导。然后把锡线移开将要接触焊接表面的烙铁头。有些人推荐首先把烙铁头接触引脚/焊盘；把锡线放在烙铁头与引脚之间，形成热桥；然后快速地把锡线移动到焊接点区域的反面。任何一种方法，如果正确完成，都将给出满意的结果。
　　这两种技术的目的是要保证引脚和焊盘的温度足够熔化锡线，并形成所要求的金属间的接合。如果在焊接点形成期间，烙铁直接接触和熔化锡线，那么要焊接的表面可能不够热，以提高焊锡流动，形成的焊接点可能不是真正熔湿(wet)到焊盘(pad)、焊接孔(barrel)和引脚(lead)。当工艺过程实施正确的时候，助焊剂将熔化并先于焊锡在将要焊接的表面流动，预先处理表面，因此焊锡将在表面上熔湿和流动，进入缝隙，形成接合。一旦熔湿建立和有充分的焊锡流动形成所希望的焊接点，锡线和随后的烙铁即从焊接点区域移开。
　　在培训、练习和相对正规的应用之后，这些程序对于有积极性和经验的人员来实行是不太困难的。有些人比其它人更快，更喜欢它，甚至最有经验和最聪明的操作员都会要几天掌握该工艺过程。这个不同来自认为控制的操作。因为这个原因，应该提供给操作员良好的初始训练和定期的更新。这些方面应该包括手工焊接的艺术与构造、控制焊接点形成的因素、和公司机构用于焊接点接受和拒绝的标准。
问题
　　在产生牢固的、可接受的手工焊接点中的问题通常是使用不适当温度、太大压力、延长据留时间、或者三者一起而产生的。可是，这些问题的根本原因经常与其使用的工具有联系，而不是操作员的技术和积极性。
　　用技术熟练的、受过培训的、工作尽责的和有积极性的操作员，看看工艺过程中的其它地方，是否手工焊接操作需要改进。一些厚的PWB设计可能要求不同的方法和/或帮助，比如用热板(hotplate)的辅助加热。
　　另一个更前面的原因可能是可焊性差的元件，通常可以通过元件规格或长途运输处理上的变化来处理。认可和替换一种不同的带芯锡线助焊剂可能是合适的。外部施用的液体助焊剂的使用是另一个短期的替代方法。在这种情况，应该以一个受控的方式使用所要求的最少量。在使用任何液体助焊剂来帮助手工焊接之前，应该通过试验来确认助焊剂与残留物的可容性。如果材料来自同一个制造商，那么可以要到数据资料。如果材料来自不同的制造商，那么通常给使用者带来试验的负担，因为对任何供应商存在太多可能的组合。