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焊接专家:现在没人懂焊接!

时间:2020-02-26 作者:Max Maxfield 阅读:
目前焊接的问题比大多数人所知道的要严重得多。几乎没有人——不只是工程师——懂得如何焊接。很多自认为焊接技术不错的人并没有意识到他们的技术其实是有问题的。

电子制造科学公司的Jim Smith说,大多数制定行业标准的人都不知道如何进行焊接(译者注:solder,指钎焊),他们只会电焊(weld)。MXiednc

之前我写了一篇工程师不会焊接的文章,然后收到了电子制造科学公司总裁Jim Smith发来的邮件。MXiednc

他说自己公司的员工都很重视焊接,因为焊接是电子制造的心脏,同时也是引起最多问题的工艺。基于这些原因,他的公司专门从事焊接培训/教育、认证和工艺开发。MXiednc

下面是Jim的邮件全文:MXiednc

Hi Max!一个很偶然的机会我读到了你的文章,你对美国电子行业所发生的大事都有深刻见地。在这里我想说,目前焊接的问题比大多数人所知道的要严重得多。几乎没有人——不只是工程师——懂得如何焊接。很多自认为焊接技术不错的人并没有意识到他们的技术其实是有问题的。MXiednc

近50年来,我一直在开发焊接工艺、解决焊接工艺问题并教授各种形式的焊接。 我曾与世界各地的数百家公司合作,有初创公司,也有大公司,我可以肯定地说,现在缺乏焊接知识的情况比以往任何时候都更为普遍。MXiednc

通常人们都认为,看起来漂亮的焊接一定是好的焊接。其实不然,特别是在使用电烙铁来焊接时。在烙铁的高温下,焊料会粘在氧化物上面,使焊接看起来很好,实则暗藏隐患(请参阅我的文档《热感应焊接的冶金学》)。在振动或加热的情况下,如果焊点本身被损坏,则会影响可靠性,更严重的后果是元器件(尤其是IC)内部的性能下降。将焊料粘到氧化表面时,如果在高温下焊接的时间太长,会使IC内部的引线键合强度退化,就像使用了几十年一样。这种现象被称为“紫疫”(单击此处查看有关该现象的一些讨论)。这种损坏是看不见的,因此如果设备过早出现故障时,每个人都会责备元器件制造商,究其根本原因却是焊接不当。MXiednc

今天的手工焊接工艺是从真空管时代发展起来的,用于将电线连到插口。这些材料不会因过热而损坏,其主要挑战是如何使用电热转换效率不高的电烙铁,让大金属体获得足够的热量。此时要特别注意,在焊接过程中,要使零件温度够高、时间够长,使焊料可以充分流动而不会凝固。MXiednc

拿到一个固体元器件,我们要焊接的是元器件本身而不是其插口。为了防止对元器件造成热损害,将金属夹作为散热器,夹在器件主体旁边的引线上,这样在焊接时多余的热量就会转移到散热器,而不会影响器件。 由于零件变得越来越小,已经没有位置留给散热器了,因此操作指南中删除了散热器部分,但是每一个培训生却仍被告知要使用这种用来焊接真空管组件的技术。简直疯了!MXiednc

电子产品“焊接”实际上大部分都是电焊,这让事情变得更加复杂。被焊接的元器件表面大多被镀了锡或锡铅合金,这些金属表面在450°F或低于450°F时就会熔化,(450°F)远远低于其在焊接时达到的温度。元器件表面在施加焊料的过程中熔化了,由于液态焊料比较重,很容易将氧化物甚至污染物推到一边,而熔化后的液态金属(焊料和元器件表面)会流到一起。我想像不出还有什么比这更糟了。现在不提倡使用铅了,再加上担心锡须造成危害,因此新的元器件表面都使用熔化温度更高的金属。这样的表面在焊接过程中不会熔化,也就是说业界有史以来第一次必须真正进行钎焊。但是他们(包括大多数制定行业标准的人)只会电焊,却不懂钎焊。MXiednc

总之,没人明白润湿力和可焊性,也没人深入了解助焊剂特性,如离子污染(酸性残留物)危害和吸湿性固体等。MXiednc

焊接是电子制造的心脏,缺乏工艺知识正在毁掉电子行业。补焊(大部分未被管理人员发现;我们过去称之为“隐形工厂”)和返工的现象比比皆是。MXiednc

很多工程师都没有接受过焊接培训。除了我们公司的“焊接科学”课,我还没听说过其他教授焊接化学、冶金和物理学的课程。操作员和技术员背会A-610或J-STD-001验收规则,就可以答对开卷考试的多选题,这虽然是一种笨办法,但是可以获得“认证”。培训老师会告诉他们合格的焊接看起来是什么样子,教他们用电烙铁将焊料推成每个人都满意的形状,却完全不教他们如何进行高质量焊接。业界并没有奖励那些实事求是向管理层汇报材料和工艺问题、并使问题得到纠正的操作者,反而鼓励那些投机取巧的焊接者,他们虽然使用了难焊的材料,焊接看起来却是合格的。这就像教飞行员如何飞行的时候只把路线图交给他们,却完全不指导他们如何操作飞机。MXiednc

总之,你通过媒体提出了当今电子制造业面临的最严峻挑战。 感谢你的宝贵时间,你的专栏很棒! Best wishes, Jim。MXiednc

看得出来,Jim先生对焊接充满热情。还有,他如此称赞我和我的文章,真是太有眼光啦。但是,我也有点担心,他这是公然挑战对某些行业标准感兴趣的人啊!我焦急地等着大家的评论和反馈。MXiednc

下面是小编汇总的工程师网友的热评。MXiednc

@ Garcia-LasherasMXiednc

我曾为一家电子制造服务提供商工作了两年。我的任务是开发新的嵌入式产品,并根据客户的要求改进已经生产的产品。很快我就意识到,在制作新的原型时,由于我的焊接技术不太好,影响了工作效率。MXiednc

幸亏生产线上的工人教了我一些焊接基础知识和技巧,在学校时可从来没人跟我讲过。现在他们都叫我“冷焊之王”,虽然我还远远称不上焊接专家,但我学到的焊接技能明显提高了我作为嵌入式系统设计师的工作效率。MXiednc

当然,要求会焊接QFN可能是有点过分……但是,如果连0402甚至0603 SMD元件都不会换,那也太弱了吧!!!MXiednc

@ bobdvbMXiednc

我真希望以前学过SMD,我是2001年毕业的,虽然已经有较好的通孔经验,但仍在努力学习SMD。 哎,如果伦敦有业余焊接课程,可以让像我这样的人花点儿时间来学习新东西,我是愿意出一点钱的。但是我可说不准焊接专业课能有多大作用,因为这完全不影响我的工作。MXiednc

@ Luka_J  MXiednc

我2011年毕业于电气工程专业。大学5年中,老师从未跟我们提过焊接。还好,我在高中时就掌握了一些实用的焊接技能,更幸运的是,在我刚参加工作时,有一个很好的指导老师。MXiednc

我于2011年毕业于电气工程专业。在我的所有5年学习中,他们从未展示过或提及过焊接。幸运的是,我在高中期间就掌握了一些实用的焊接技能,并且在我 开始工作后得到了很好的指导。MXiednc

读了这篇文章之后,我觉得我应该再多学一些焊接技能。MXiednc

@ jimatemsMXiednc

工程师可能不会进行太多的实际焊接,但是焊接人员必须使用的助焊剂和元器件表面是由他们来选择。工程师还会评估焊接人员的表现,并对组件进行布局。大多数焊接问题的产生,源于工程师不了解他们所做的会产生怎样的后果。这就是工程师需要懂得焊接的原因。MXiednc

@ Duane BensonMXiednc

另一个考虑因素是焊接前对元器件的处理。一切都有保质期,保持期有时会标记,有时不会。元组件、PC板以及用于连接它们的材料也是一样。MXiednc

零件和PC板时间长了会受潮,金属表面会聚集杂质或与杂质发生反应。有时候可以通过将电路板和零件烘干来解决潮湿问题,但有时候却不得不扔掉受潮的旧零件。MXiednc

新的镀银PC板非常好,但是时间长了会慢慢变色,尤其在没有正确存放的情况下(应密封存放在阴凉处)。pcb制造商通常认为镀银PCB板不会变色,事实证明它们会变色。MXiednc

ENIG(化学镀镍浸金)是一种很棒的表面材料,但其性能可能退化。我曾见到指纹被蚀刻到金板上的元器件中。MXiednc

零件引线可能会氧化、聚集灰尘或跟空气中的污染物发生反应。而且,最好还是要防止返工的情况。正如Jim所说,每次加热都会对元件和PCB造成损害。MXiednc

@ zeeglenMXiednc

对电路板进行拆焊而不取下焊垫,这本身就是一门艺术。我工作的地方不允许工程师焊接,除非他们向老板证明自己的焊接技术了得,而且还要有充分的理由!我永远不会忘记有这样一位年轻工程师,他耗费了大约10个原型板来换下“坏掉”的DRAM控制器,最后终于得出结论,可能是他的设计有错。MXiednc

@ richarditMXiednc

我最好的朋友在车间里向工程师们讲授了宝贵的焊接技巧,使他们能够制造出更耐用的电子元器件。他工作的这家小公司以高质量芯片而闻名,经理们不断派遣工程师进行焊接培训,以保持这一水准。MXiednc

原文刊登于ASPENCORE旗下EETimes网站,参考链接:Soldering Practices Are Insane,由Jenny Liao编译。MXiednc

延伸阅读:MXiednc

什么?电子工程师不会焊接!?MXiednc

现在还需要手工焊接吗?MXiednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Max Maxfield
EEWeb主编。Max为EE Times的Designlines栏目提供内容,涵盖可编程逻辑、微控制器单元和原型设计。 多年来,他设计了从硅芯片到电路板,脑波放大器到蒸汽朋克“Display-O-Meters”的所有产品。 他拥有英国谢菲尔德谢菲尔德哈勒姆大学的控制工程学士学位。
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