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手工焊接培訓課程及資格認證內容一.預備工作二.材料三.焊接程序四.清洗五.手工作業標準一.預備工作本錄像教材中,我們將討論通孔元件中焊接所用的工具、材料以及焊接手法，手工焊接過程中最重要的角色是焊接操作者首先你得先做出承諾努力作好這件事情但你還需要良好的培訓然後要憑著你的經驗和技能把他們結合在一起，你的工作質量決定了其他許多人的工作質量即使是只有一個不良焊點也會導致整個電子系統全面癱瘓或偶爾發生故障或焊點偶爾開路成為間歇故障有些產品中存在這些故障是非常令人腦火的，而再另一些產品中，間歇故障可能是危險的甚至是致命的。1.手工焊接工作台(一)工作台及其周圍應該始終保持乾淨與整潔、照明良好，任何灰塵油脂銲錫潑濺物、絕緣物碎屑以及其他碎片，應該要經常清理，一個好的建議是用抹布或刷子來做清理以免弄髒或弄傷你的手，以上所有物品都可能會污染你所操作的組件。為了防止健康問題不允許在工作台吃東西或喝飲料，你用的錫線可能含鉛，吸入或吞入鉛毒會對你的健康造成危害。1.手工焊接工作台(二)來自於焊料的鉛，可能會透過你的手和食物傳入體內，所以焊接之後甚至僅僅是拿取焊料之後，必須再吃喝東西之前洗手手上的食物殘留，某些手霜或潔膚用品也可能會污染引腳焊盤和焊點；另外一個焊接引患是焊接產生的煙霧，有些人對焊料溶化時產生的焊劑煙霧過敏，排煙系統有助於排出這些廢氣，不過可以放心的是手工焊接溫度下鉛不會霧化。1.手工焊接工作台(三)工作台周圍還有一個看不見的問題，那就是靜電釋放，簡稱為ESD。當兩個不相同的物體相互發生摩擦就會產生靜電，例如抬腳時，你的鞋子與地板分離會產生靜電荷並且停留在你的身上，當你接觸導體時身體上會累積的靜電荷會通過導體釋放。2.工作台之靜電釋放(一)某些電子元件極其敏感，可能會被微小的ESD損壞，所以工作台上不應該存放任何會產生靜電的物料。2.工作台之靜電釋放(二)2.工作台之靜電釋放(三)腕帶、地板接地和工作台上鋪設抗靜電桌墊都有助於靜電荷的消除，腕帶是主要的也是最重要的接地器具，無論是否採用了其他的預防靜電措施都應該隨時佩帶。腳接地、帶接地鞋或抗靜電工作服，也可以幫助消除靜電積累，這些用具需要定期檢查以確保功能正常保證操作者良好接地。2.工作台之靜電釋放(四)3.電烙鐵(一)電烙鐵基本上分為兩種受控輸出以及無控輸出無控輸出電烙鐵的功率輸出瓦數或熱輸出範圍－從20到250瓦，這類電烙鐵已經很少用於先進電子組件的生產，因為不同類型的工作需要不同的溫度。3.電烙鐵(二)受控輸出型電烙鐵在焊接操作期間，無論負載多大始終保持選擇的焊頭溫度，有些受控輸出型電烙鐵工作於廠家所設定的特定溫度下，其他的則可以通過模擬或數字控制電路調節溫度3.電烙鐵(三)對於烙鐵頭不存在任何理想溫度，要根據被焊的零件以及板子的厚度來決定，通常攝氏315度對於表面安裝元件是一個比較合適的起始溫度。4.烙鐵頭的選擇(一)選擇合適的烙鐵頭尺寸和形狀非常重要，傳遞到被焊零件的熱量，不僅取決於焊頭溫度，而且於接觸面積有關4.烙鐵頭的選擇(二)圓椎型適用於小面積的熱傳遞，這種焊頭應該用於小焊盤及需要很少焊料的元件；螺絲刀型或鑿型焊頭傳遞熱量較大，因為他可以接觸零件更多的面積。4.烙鐵頭的選擇(三)一個通用原則是焊頭寬度應該要等於焊盤直徑。5.焊接基本原則近可能短的時間完成以防止過多的熱量傳遞到板子的鄰近區域引起熱損傷，焊接一個點的平均時間應該是三秒鐘左右如果多於三秒可能會對板子和元件造成熱損傷。6.熱損傷(一).白斑有時熱損傷在板面上可以看到，也可能存在於內層，表面看起來是一個孤立的白色斑點，稱之為白斑；白斑多數不會成為組件拒收的原因，但肯定是不理想的情況。6.熱損傷(二).基板分層熱損傷也可能會形成基版分層，內部分層有點像基板內的小洞或空穴，如果再分層區存在內層導體，那麼導體間的電絕緣就會減小或消失，在高濕環境下會導致電器問題。基版分層6.熱損傷(三).焊盤翹起、基板分離過熱也會始於焊盤翹起或基板分離熱損傷最嚴重的情況有時甚至在板面根本看不到，這是一個鍍通孔的顯微剖面圖，已經被過熱損傷，當這裡過熱時，金屬與基板材料不同的膨脹率導致鍍層的開裂，孔壁上的這個裂縫會阻止電信號通過產生信號故障，這類特別問題在檢查時可能會看不到，但會造成最終產品的可靠性問題。鍍層的開裂結論在手工焊接中，熱傳遞造成的問題可能是最嚴重的，同時也是最複雜的，因為有許多因素與之相關包括電烙鐵的功率或瓦數，焊接過程中電烙鐵的溫度補償時間、烙鐵頭的尺寸或形狀以及烙鐵頭與零件的接觸時間等等..所有這些變量是根據被焊點的尺寸和類型決定，你將學習如何根據本教材中所提供的資料和你的經驗做出正確決定，提高你的焊接技能。二.材料手工焊接所使用的錫線有很多種，我們使用的焊料是錫鉛化合物，用錫鉛合金做焊料是因為他們的熔點低於要連接的金屬，也就是通常所說的母才錫鉛焊料的熔化溫度，取決於錫鉛的比例百分之六十的錫和百分之四十鉛的合金熔點是188度，這種焊料在攝氏183度時開始便軟但不會溶化，有時稱之為合金的軟像或塑性狀態在焊料的塑性狀態下形成的焊點幾乎沒有機械強度。60/40錫鉛化合物63/37錫鉛化合物百分之六十三的錫和百分之三十七的鉛的合金焊料在攝氏183度時熔化，必且不經過軟像幾乎市從固態直接變成液態，由於63/37焊料的這些特點：一、熔點比60/40低五度，被焊零件無須承受更高的溫度；二、從液態回到固態也是在瞬間完成，所以63/37被廣泛應用，像63/37這種沒有塑性狀態的焊料，稱為共金焊料。焊料從液態到固態所需的時間同樣會影響焊點強度，當焊點在冷卻期間還沒有完全固化時，任何撞擊或震動都會使得焊點的電器和物理連接開裂、鬆散甚至破壞，這種情況常被稱做受擾焊點，如果焊點呈現折皺或疲勞狀通常表明機械強度變低，有時甚至引起電器故障。1.焊點不良的原因2.錫鉛共金焊料的變量(一)63/37錫鉛共金焊料的固化時間比其他任何錫鉛組份焊料都短，這就是說，如果焊點在冷卻時，不可避免的要經受運動或擾動，對於共金焊料來說，焊點強度受影響的時間會比其他非共金焊料短，不過仍然要堅持等待所有焊料冷卻後，在移動元件或組件，這是一個很重要的原則。2.錫鉛共金焊料的變量(二)63/37錫鉛共金焊料的固化時間比其他任何錫鉛組份焊料都短，這就是說，如果焊點在冷卻時，不可避免的要經受運動或擾動，對於共金焊料來說，焊點強度受影響的時間會比其他非共金焊料短，不過仍然要堅持等待所有焊料冷卻後，在移動元件或組件，這是一個很重要的原則；另一個變量是錫線裡面所含的助焊劑，手工焊接所用的錫線，大多數中間都有液態的焊劑心，焊劑心錫線如同一個能釋放焊劑的管線，有點像花園裡澆花用的水管。3.助焊劑的作用(一)助焊劑有三個重要作用；第一個也是最重要的作用除去被焊金屬表面的氧化物或污染物，被焊接的金屬能看起很乾淨，但是大多數金屬只要一暴露在空氣中，很快就會被空氣中的氧氣氧化，你可以把助焊劑看成一種特殊的肥皂能夠去除金屬的氧化物或者說把金屬洗乾淨，從而能使他們能夠很好的結。3.助焊劑的作用(二)助焊劑的第二個作用是防止清潔過的金屬在暴露於氧氣使金屬表面不會再次氧化，液態的助焊劑會一直覆蓋或保護剛清潔過的金屬直到被焊料取代。助焊劑的第三個作用是輔助烙鐵頭的熱量傳遞到被焊金屬，例如當你用手去觸摸一個燒熱的鍋底，假設你快速的收回能感覺不到鍋的溫度，但是往鍋裡加點油或者其他液體傳到你手上的熱量會大的多。3.模擬手工焊接操作畫面4.金屬表面都須要達到一定的溫度否則不利於與焊料結合，現在將錫線移到焊盤的對面，這時助焊劑與焊料繼續溶化，液態焊料總是流向熱的地方，這就是為什麼我們要把錫線移到熱源對面的原因，否則與烙鐵頭相對的焊盤那邊可能得不到足夠的焊料，助焊劑被焊料推著在金屬表面流開完成他的清潔工作，同時將漂浮的污染物帶走焊接過程完成後，助焊劑連同氧化物匯聚到焊盤的邊緣，你看焊料已從化學上結合於，或著說潤濕在焊盤與引腳金屬表層錫鉛和銅在結合區已經形成一種金屬稱為金屬化合物。金屬化合層5.潤濕潤濕是用於一個用來描述焊料與母材用來附著的術語，焊料潤濕良好的典型特徵是在表面薄而均勻的擴散形成平滑流暢的邊緣。6.不潤濕不潤濕的焊料就好像是從金屬上面長出來的球。7.利用銅表面了解潤濕通過觀察水流過銅片表面的現象來進一步了解潤濕，如果銅表面被氧化或被污染水會成珠狀，而清潔過的銅片氧化物被除去了看看會有什麼不同，水沒有成珠。這種情我們可以說水潤濕了銅表面。氧化清潔8.助焊劑的分類(一)助焊劑歸為三類1.L型:低活性2.M型:中活性3.H型:高活性8.助焊劑的分類(二)先來看H型助焊劑H型助焊劑清潔能力很強，但是殘留物的活性或者說腐蝕性也很高，必須徹底清洗板子去除殘留物，當金屬表母材表面的氧化物難於去除時一般會使用H型助焊劑。M型助焊劑的化學活性和腐蝕性比H型要低，但同樣必須徹底洗境以免產生金屬腐蝕以及電器故障。8.助焊劑的分類(三)L型助焊劑一般來說活性相對較弱，實際上留在板上也沒有什麼腐蝕性。多數情況下使用哪種助焊劑是由公司決定的這是因為所用的助焊劑與清洗系統必須兼容，但是對你來說重要的是；只能採用指定的助焊劑，自覺遵守公司制定的關於使用助焊劑操作標準程序和清洗程序。9.錫線助焊劑含量(一)錫線裡面助焊劑的含量的百分比ANSI/J-STD-006標準中有一個表列出了不同厚度和直徑的錫線可能包含的助焊劑含量，一般來說這一點在前面以前強調過錫線的助焊劑含量越高化學作用越大，但同時板上的殘留物也越多。9.錫線助焊劑含量(二)選擇助焊劑需要考慮的問題很多，應決定助焊劑確切的類型以及每種應用所需要的助焊劑含量，焊劑殘留物有時會帶黏性，這類助焊劑如果在焊接後不立即除掉，灰塵何其他污染物會沾在上面，有些污染物有導電能力，這樣會造成漏電甚至短路。10.錫線的尺寸錫線的直徑有許多種，標明直徑的標籤通常粘貼於線捲的一端，選擇合適的直徑對於手工焊接是非常重要的。例如當你用很細的錫線去焊接一個很大的連接點將花很長的時間來熔化是量的焊料，不要忘記焊接時間超過三秒後，即有可能損壞元件或電路板；同樣如果用很粗的錫線去焊接一個很小的接點，你可能控制不了加錫量，恰當的選擇錫線直徑是學習過程的經驗積累，我們的建議是錫線的直徑略小於焊盤的二分之一。三.焊接程序這章節裡，我們將學習通孔元件的焊接技巧；我們還將討論烙鐵頭的上錫和維護以及說明如何去除板上的殘留物和識別各種缺陷焊點。在手工焊接課程的第一章節裡我們討論了電烙鐵焊料的種類和助焊劑，在這章節裡我們將學習如何將通孔元件用手工焊接至硬製電路板上，我們還將討論助焊劑，助焊劑殘留物和清洗要求，然後我們將觀察一些合格的和有缺陷的手工焊點。讓我們先來說明組裝過程中哪些地方適合手工焊接，生產中的焊接大多由自動化設備完成，這些設備可以一次焊接成百上千個焊點，但是有些熱敏感元件不能承受像波峰焊這樣的高溫，還有波峰焊後檢查出來的有缺陷元件需要從板上拆下來，這時也要用手工焊換上新元件，無論是什麼原因需要手工焊接都要求焊點在物理上和電器上具有一定的強度。1.使用手工焊接的時機手工焊接過程應該始終從烙鐵頭上錫開始或者說這是在做準備，在前一章節裡我們解釋了被焊金屬表面如何形成氧化，烙鐵頭也化發生這樣的氧化，氧化物對熱起了屏障或隔離的作用，意思是他會減低熱傳遞的效率，一個氧化的烙鐵頭能阻止熱能快速傳遞到被焊金屬，注意觀察一下用上過錫的烙鐵頭和氧化的烙鐵頭焊接同一個焊點所用的時間是不同的。2.手工焊接的過程上錫過程首先是將熱的烙鐵頭在濕海綿上擦兩到三下，這樣可以擦掉雜質和氧化物，但不至於使頭的溫度降低過多，如果擦的次數過多或插入海綿裡又或者海綿太濕，都會使頭的溫度太低以致於不能上錫，把焊劑型錫線放在烙鐵頭上，焊料裡的焊劑先流動以化學的方式除去頭上的氧化物，然後焊料流過頭的表面形成閃亮的外層上錫完成了，對於新使用的烙鐵頭上錫尤其重要，每換上一個新的烙鐵頭很重要的一件事是立即上錫，否則這個頭可能變成不可上錫或者說沒法用了，焊接操作中應該根據需要經常