SMT元件焊接與維修：傳統(tǒng)手工方法與激光技術(shù)的比較

隨著SMT技術(shù)的發(fā)展，元件引腳間距不斷縮小，引腳數(shù)量持續(xù)增加，使得手工操作變得愈發(fā)困難。從手工操作發(fā)展到使用專用鑷子和真空吸筆等工具，元件的拾取和放置已離不開專用設(shè)備。微型SO元件重量輕于熔化焊錫的表面張力，易粘附于烙鐵頭上；QFP元件引腳間距可小于0.5mm，單個IC引腳數(shù)可達(dá)200以上，檢查和維修需借助探針、放大鏡等工具。SMT電路板多為多層布線，線徑細(xì)，高溫焊接易致板材變形，損壞電路板。因此，SMT電路板的手工焊接與維修比通孔焊接更具挑戰(zhàn)性，盡管手工焊接在某些情況下不可或缺，如科研、實(shí)驗(yàn)制作、一般維修等。本文將介紹傳統(tǒng)手工焊接與維修工藝，以及先進(jìn)的激光焊錫技術(shù)。

1. 手工焊接工具與材料

手工焊接與返修是電子工程技術(shù)人員的基本技能。接觸焊接和加熱氣體焊接是最常見的兩種手工焊接方式。

接觸焊接通過加熱的烙鐵嘴或環(huán)直接接觸焊接點(diǎn)完成。烙鐵嘴或環(huán)安裝在焊接工具上，焊接嘴用于加熱單個焊接點(diǎn)，而焊接環(huán)用于同時加熱多個焊接點(diǎn)，主要用于多腳元件的拆除。烙鐵環(huán)有多種形式，如兩面和四面的離散環(huán)，適用于拆卸矩形和圓柱形元件及集成電路。烙鐵環(huán)對取下已用膠粘結(jié)的元件非常有用，焊錫熔化后，烙鐵環(huán)可擰動元件，破壞膠的連接。對于PLCC的四邊元件，使用烙鐵環(huán)焊取元件時難以同時接觸所有引腳，可能導(dǎo)致部分焊點(diǎn)不熔化，從而在取下元件時損壞PCB板的銅箔。

由于表面貼裝所需熱量通常小于通孔焊接，接觸焊接系統(tǒng)一般采用限溫或控溫焊接烙鐵，操作溫度一般控制在335～365℃之間。

接觸焊接的最大缺點(diǎn)是烙鐵頭直接接觸元件，容易對元件造成溫度沖擊，導(dǎo)致陶瓷元件損傷，特別是多層陶瓷電容等。

熱風(fēng)焊接通過噴嘴將加熱的空氣或惰性氣體（如氮?dú)猓┲赶蚝附狱c(diǎn)和引腳完成。手工操作通常選用手持式熱風(fēng)槍，熱風(fēng)槍便于取下和更換矩形、圓柱形和其他小型元件。熱風(fēng)焊接可避免接觸焊接的局部過熱，熱風(fēng)溫度范圍一般為300~400℃，熔化焊錫所需的時間取決于熱風(fēng)量的大小。較大的元件在取下或更換前，加熱時間可能超過60秒。熱風(fēng)焊接由于傳熱效率較低，加熱過程緩慢，減少了對某些元件的熱沖擊，并且熱風(fēng)對每個焊盤的加熱及熔化是均勻的，溫度和加熱率可控、可重復(fù)和可預(yù)測。當(dāng)然，熱風(fēng)槍價格較貴。

手工焊接時，需要助焊劑和錫膏。助焊劑的作用是使焊錫、元件管腳和焊盤不被迅速氧化，并在助焊劑沸騰時提示我們焊盤將要熔化，再過3~5秒就可取下元件。利用焊盤上原有焊錫進(jìn)行焊接，助焊劑不但能減慢氧化速度，提示焊錫熔化，在貼放元件時，還能固定元件的位置，并在焊錫熔化時增加固體金屬與熔化金屬的浸潤性（Wetting），減少虛焊／連焊的發(fā)生。助焊劑的作用不僅能抗氧化，提高浸潤性，同時也是最好的溫度計。

錫膏是錫珠和松香的結(jié)合物，焊錫是鉛、錫和銀的合金，銀和松香都起幫助熔化焊錫和濕潤，即助焊劑的作用。焊錫顆粒制造成各種混合尺寸，然后篩選、分級，錫膏是按錫球的直徑大小來分級的，其分級為：2型75~53μm；3型53~38μm；4型38~25μm。

手工焊接與維修，除上述主要工具及材料外，還應(yīng)配備一定的輔助工具和材料，如拾起和貼放元件用的鑷子或真空吸筆；清理焊盤的吸錫編帶；涂布焊膏的專用注射器，注射器的針頭應(yīng)用不同的型號；還有檢查焊接質(zhì)量的放大鏡等。

2. SMT元件的焊裝與拾取

PLCC元件是一種較復(fù)雜的SMT元件，也是較早使用的封裝形式，取拔直接貼焊在電路板上的PLCC集成電路主要有兩種方法：

(1) 注重取拔速度、低成本的用戶可選用鉗形烙鐵，在IC側(cè)面繞一圈粗焊絲，用鉗型烙鐵夾住元件，烙鐵頭的熱量經(jīng)熔化的焊錫傳到每個管腳，停留5秒即可輕輕取下IC。此時的PLCC元件已不能再用，大面積熔化的高溫焊錫也可能損壞電路板，同時作為耗材的專用烙鐵價格昂貴。

(2) 另一種方法是用熱風(fēng)吹化焊盤上的焊錫，用一根自制勾針將每一個管腳挑離焊盤，挑撥動作要輕，以免挑斷管腳，待所有管腳挑取后，輕輕取下IC，再利用吸錫編帶清理焊盤。吸錫編帶是細(xì)銅絲編制的帶狀物，通常浸潤有松香或清洗的助焊劑，使其在烙鐵加熱條件下，像抹布一樣沾走焊盤上的殘留焊錫。

PLCC元件的手工焊接比取拔容易一些，最簡單的辦法是用配22 AWG孔徑針頭的注射器在每列焊盤上涂一條錫膏線，再將元件貼到相應(yīng)位置上，用熱風(fēng)槍吹化焊錫，焊錫熔化時靠液體張力和焊盤間阻焊膜的作用，將焊膏自動分配到每個焊點(diǎn)。由于焊點(diǎn)的吃錫量很少，所以發(fā)生連焊的可能性比較大，可以用吸錫編帶沾去多余的焊錫。用放大鏡逐個檢查是否有連焊，消除連焊的最好辦法是將電路板垂直豎起，用微型烙鐵頭將連焊錫熔化后往下拖，連焊的熔化錫在重力的作用下自然脫開。

對于四邊引線封裝（QFP，quad flat pack）可以用微型鑷子或真空吸筆貼放元件。貼放時，一定要保證所有管腳同時對中貼放，有些元件的管腳數(shù)量在208以上，腳間距小到0.5mm，對中貼放十分困難。這時可借助放大鏡完成其貼放對齊工作。元件貼放在電路板上以后，開始用熱風(fēng)加熱，值得注意的是，焊錫膏從室溫加熱到150℃左右時，錫膏內(nèi)助焊劑的粘度將有所下降，如果助焊劑軟化的速度超過其蒸發(fā)的速度，錫膏會變成流體，原來的錫膏線將會淌成一片，連焊的情況可能發(fā)生。為避免錫膏被沖到焊盤與焊盤之間，應(yīng)在開始加熱時，將熱風(fēng)槍離開管腳1cm以上，待錫膏內(nèi)的助焊劑緩慢軟化并及時蒸發(fā)，第一次流動過程結(jié)束后，將熱風(fēng)頭罩住IC管腳，以更高的溫度加熱，使焊錫迅速熔化，關(guān)閉熱風(fēng)。焊接完成后應(yīng)及時檢查虛焊／連焊情況，檢查虛焊可以用探針輕輕劃過管腳，若管腳發(fā)生移動，則視為虛焊，需用烙鐵進(jìn)行補(bǔ)焊，連焊可以用上述方法清除。

在防水或防振設(shè)計的電路板上涂有保護(hù)膠，起拔這種電路上的元件，需要在焊錫熔化時用工具取下元件，操作一定要小心，以防損傷管腳和焊盤，焊接完畢后要補(bǔ)膠。手工焊接／維修SMT元件，必須有足夠的耐心和精細(xì)的操作，還必須掌握熟練的操作工藝。而球柵陣列（BGA）集成電路（IC）的封裝形式，因其極好的高頻性和可靠性，管腳數(shù)量更多，腳間距相對較大。BGA IC的管腳位于IC本身和PCB母板之間，檢查焊接質(zhì)量和手工焊接／拔取成為一大難題，維修球柵管腳陣列集成電路的工作必須使用專門的工具和設(shè)備。

3. 激光焊錫技術(shù)的優(yōu)勢與應(yīng)用

激光焊錫技術(shù)因其在微電子領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢，在SMT電路板的焊裝及維修工藝中展現(xiàn)出顯著的性能。隨著電子行業(yè)向小型化和微型化快速發(fā)展，對精密焊接技術(shù)的需求日益增長。激光焊錫技術(shù)，作為精密焊接的新技術(shù)，正迅速成為行業(yè)的焦點(diǎn)。

該技術(shù)利用激光作為熱源，通過激光束的精確照射或加熱，實(shí)現(xiàn)焊接過程。這種非接觸式焊接方法避免了與工件的物理接觸，從而減少了污染風(fēng)險，并提高了焊接的精確度。激光焊錫技術(shù)能夠在不接觸工件的情況下，實(shí)現(xiàn)對各種3C產(chǎn)品的高精度焊接，焊點(diǎn)美觀，無虛焊和連焊現(xiàn)象。此外，它還能實(shí)現(xiàn)對FPC薄板和小型器件的高精度焊接，其焊接質(zhì)量甚至超過了傳統(tǒng)的激光焊接方法。

激光焊錫技術(shù)特別適用于傳統(tǒng)焊接方法難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)焊接的領(lǐng)域，如微型同軸線與端子焊接、微型插件元件焊接、USB排線焊、軟性線路板FPC或硬性線路PCB板焊接、高精度的液晶屏LCD、TFT焊及高頻傳輸線等。在這些應(yīng)用中，激光焊錫技術(shù)已成為替代傳統(tǒng)烙鐵焊接的有效解決方案，顯著提高了批量產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3.1 激光焊錫技術(shù)相較于傳統(tǒng)焊接的優(yōu)勢對比

激光焊錫技術(shù)因其高精度和高效率，在電子焊接領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)的手工錫焊和自動烙鐵錫焊設(shè)備，激光焊錫技術(shù)具備以下優(yōu)勢：

（1）加熱與冷卻速度快：激光焊錫技術(shù)能夠在短時間內(nèi)完成焊接，提高生產(chǎn)效率，同時減少熱影響區(qū)域，保護(hù)敏感元件不受熱損傷。

（2）自動化程度高：激光焊錫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動化控制，減少人工操作，提高焊接的一致性和可靠性。

（3）功耗低、耗材少：激光焊錫設(shè)備在焊接過程中能耗較低，且無需額外的耗材，如焊劑，降低了生產(chǎn)成本。

（4）壽命長、焊料利用率高：激光焊錫技術(shù)使用的激光器壽命長，且焊料利用率高，減少了材料浪費(fèi)。

（5）焊接效果好：激光焊錫技術(shù)能夠提供高質(zhì)量的焊點(diǎn)，焊點(diǎn)飽滿、光亮，邊緣平滑無毛刺，提高了產(chǎn)品的可靠性和美觀度。

（6）非接觸式操作：激光焊錫技術(shù)采用非接觸式焊接，減少了物理損傷或污染的風(fēng)險。

（7）適用性廣泛：激光焊錫技術(shù)適用于多種材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接，尤其適合高熔點(diǎn)材料或需要深度焊接的場合。

（8）精確控制：激光焊錫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精確的能量控制，確保焊料與母材之間的熱平衡，以獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

（9）減少熱損傷風(fēng)險：激光焊錫技術(shù)通過精確控制加熱區(qū)域，減少了對周圍元件的熱損傷風(fēng)險。

（10）適合精密零件：激光焊錫技術(shù)特別適合精密零件的焊接，如微型插件元件、USB排線焊等。

3.2 激光焊錫技術(shù)的意義

激光焊錫技術(shù)的意義在于其能夠滿足現(xiàn)代制造業(yè)對焊接工藝的高效率和高精確性要求。傳統(tǒng)的焊接方法，如手工焊接和電弧焊接，存在著效率低、精度不高等問題，無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)對焊接工藝的要求。而激光焊錫設(shè)備作為一種先進(jìn)的焊接工具，正逐漸成為制造業(yè)的焦點(diǎn)。

激光焊錫技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，尤其在電子制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。激光焊錫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對電子元器件的精確焊接，提高電子產(chǎn)品的可靠性。此外，激光焊錫技術(shù)還可以應(yīng)用于汽車制造業(yè)，對汽車電子零部件進(jìn)行高精度焊接，提高汽車的品質(zhì)和性能。隨著制造業(yè)的發(fā)展，激光焊錫設(shè)備的應(yīng)用前景將更加廣闊。

3.3 大研智造：激光焊錫技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)

大研智造作為激光焊錫技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)，通過其自主研發(fā)的激光錫球焊設(shè)備，幫助企業(yè)提升生產(chǎn)效率、規(guī)范生產(chǎn)流程。大研智造的激光錫球焊設(shè)備以其卓越的性能和用戶友好的操作界面，幫助企業(yè)在微電子組裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)前所未有的焊接精度和效率。

大研智造擁有一支具備20余年經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，致力于激光錫焊技術(shù)的研發(fā)，并為客戶提供全方位的技術(shù)支持和服務(wù)。公司還提供定制化的激光錫焊解決方案，根據(jù)客戶的具體應(yīng)用場景進(jìn)行個性化設(shè)計，確保焊接技術(shù)與客戶需求完美匹配。

4. 總結(jié)

激光焊錫技術(shù)以其高效、精確、環(huán)保的特點(diǎn)，在現(xiàn)代電子制造業(yè)中展現(xiàn)出巨大的潛力和價值。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用的廣泛推廣，它將為電子制造業(yè)的發(fā)展注入新的動力，推動行業(yè)向更高水平的自動化、智能化發(fā)展。盡管激光焊錫技術(shù)的推廣和應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)，包括設(shè)備成本、操作技能要求以及對現(xiàn)有生產(chǎn)流程的改造等，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，激光焊錫技術(shù)有望成為制造業(yè)中的核心技術(shù)之一，為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的制造提供強(qiáng)有力的支持。

本文由大研智造撰寫，我們專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。作為集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)為一體的激光焊錫機(jī)技術(shù)廠家，我們擁有超過20年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請在大研智造官網(wǎng)聯(lián)系我們。歡迎來我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇