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一个设计工程师是怎样学会手工焊接的?

2021-01-20 Asem Elshimi 阅读:
我已经在半导体行业工作了七年,直到上星期才第一次进行焊接操作。为什么呢?因为实验室总有人帮我忙。必须承认,我在焊接方面起步较晚的另一个原因是因为我连最基本的焊接也不懂。当我第一次走进焊接指导老师的实验室,他就对我说:“焊接就像学习弹吉他一样,需要付出努力并充满激情。”

我已经在半导体行业工作了七年,但直到上星期我才第一次进行焊接操作。为什么工作了这么久才开始焊接?因为实验室总是有人帮我焊接。必须承认,我在焊接方面起步较晚的另一个原因是因为我连最基本的焊接也不懂。将实验室的小任务外包可以提高效率,使我们可以专注于更重要的事。当然,这不利于提高焊接技术。wlwednc

长话短说,焊接是我在Silicon Labs接受新员工培训的一部分,项目负责人鼓励我学习如何焊接。毫不夸张地说,足以改变人生的工作经历开始了。焊接是一门艺术。实验室技术员毫无保留地指导我完成人生的第一个焊接任务,将一个很小的0201元件焊接到重复使用的PCB上。当我第一次走进他的实验室,他就对我说:“就像学习弹吉他一样,焊接需要付出努力并且充满激情。”wlwednc

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图1:烙铁头碰到0402封装中一个电容一端的焊锡。wlwednc

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图2:我的焊接指导老师特别允许我使用配有显微镜的工作台。wlwednc

这样我就开始了第一个焊接任务。我的焊接老师给了我用来练习的PCB、烙铁、镊子(要根据焊接元件的大小来选择)、吸锡线、焊芯和助焊剂——当然还有一些电子元件。然后,他特别允许我使用配有显微镜的工作台。wlwednc

我完全没有任何焊接经验,开始的半小时只能盯着显微镜下面的元件发呆。我自言自语道:“我一直就在模拟和测量这些元件。”我脑子里关于电路元件的那些概念、思想和理论突然与很小的金属封装规格联系起来。0201电容器即使在显微镜下也很难看到,却是我们有关电容器工程知识和实践的实际表达。wlwednc

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图3:0201封装中的2.7nH电感器用肉眼很难看到。wlwednc

我试着在板子上焊接元件,前两次彻底失败了。我焊上的焊锡不小心盖住了元件,使元件的尺寸变大了一倍,看起来一点儿也不漂亮。电阻未平放在电路板上,一侧的焊接看起来比另一侧要大,还有许多其他影响美感的问题。wlwednc

幸运的是,在焊接中(如RF布局及几乎所有处理电磁信号流的任务),漂亮的工作总是更好。理论和实践都证明对称和简洁非常必要。如果焊锡不对称,焊锡过多的PCB侧会改变元件的电气性能。在微电子领域需要避免这种错误。wlwednc

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图4:如果需要焊接的元件很小,需要买一只镊子在焊接中使用。wlwednc

能够自信而整齐地将元件放置在PCB上而不损坏它,这需要长时间的实践。焊接开始时,首先心里要想着焊接对象,然后选择要焊的板子,将其放在显微镜下,检查准备焊接元件的焊盘区域。wlwednc

焊盘干不干净?如果不干净,则还需要做一些事。在焊盘上施加助焊剂,之后,一只手拿烙铁,另一只手拿一根吸锡线。将吸锡线放在不太干净的焊盘上,让烙铁头靠近。不时从显微镜外察看,确保不会将烙铁头朝自己或手臂方向移动。烙铁头的温度为800°F(426.7°C,有时我很好奇烙铁头本身怎么不熔化)。wlwednc

将烙铁头轻轻放在吸锡线上,并将其压向电路板。等待焊锡熔化并流向热源这一胜利时刻——这就是我们加助焊剂的原因,助焊剂会使焊锡流向更热的地方。然后抓住吸锡线,收拾干净不想要的焊锡。是不是变干净了?如果没有,重复该过程。不要害羞,这一过程可以多重复几次。一种好的做法是将一些焊锡粘在随机选择的焊盘上,一遍又一遍地清洁它,使自己对清洁过程感到舒服。焊盘清洁之后,就可以将元件焊到上面了。这时,需要焊上一些焊锡。是的,在我们刚去除焊盘上的所有焊锡后,要焊上一些新鲜的焊锡。(我知道不同的人对此操作可能有不同的意见,我自己更喜欢使用新焊锡,而不是重复使用,因为这样会整洁一些。)wlwednc

现在,要开始焊接了。在焊盘上涂一些助焊剂,一只手握住烙铁,另一只手握住焊芯。调整双手,使其尽可能靠近焊垫。通过显微镜察看,使烙铁和焊芯非常靠近焊盘。wlwednc

立马就会看到焊芯开始在焊盘上形成焊接,这时需要将烙铁和焊芯移开。这并不容易。在感到满意之前,可能不得不将这一过程重复一百次——就像为了掌握吉他和弦的基本手法可能需要练习一百次一样。wlwednc

现在用镊子夹住着要焊接的元件,用自己感觉舒适的方式握住镊子,稍后会试图将这个元件推进0.01mm。将这个元件靠近刚刚焊上新鲜焊锡的焊盘,用另一只手移动烙铁,让烙铁头碰到焊盘上的焊锡。一旦焊锡熔化,快速而平稳地移动元件(用镊子夹着的),使其碰到事先焊好的焊锡。没错,这一操作也需要大量的练习才能熟练。wlwednc

现在我们还需要将元件的另一侧焊接到PCB上,这一操作是利用焊芯并快速加热元件的一侧来完成的。如果有足够的助焊剂,焊锡将在瞬间接碰到元件与焊盘。完成了!或者再来一次,使其外观/工作效果更好。wlwednc

对PCB和元件进行的操作有很多。将新元件连接到焊盘绝对是第一步,但在焊接中也可能需要拆下一个元件并焊上另一个元件。拆下一个元件而不损坏它并再次焊上也需要技巧。wlwednc

IC封装焊接的复杂程度更高。我的焊接指导老师曾跟我讲过一个研发项目如何使用多余的焊锡来改善匹配网络的特性。wlwednc

通过学习焊接,我明白了需要学习的东西太多了。每当我自认为已掌握焊接技术时,就会出现新的挑战。当然,这没什么好担心的,我们工程师乐于接受挑战。wlwednc

与工作中可能遇到的大多数其他工程任务不同,学习焊接的最佳方法是通过实践而不是阅读相关书籍和文章。虽然书籍可以作为扩展某些技术问题或得到专家经验的有用资源,但学习焊接的最佳方法是自己动手!wlwednc

寻求他人的建议也很有帮助。公司的实验室技术员拥有专业技能,他们可以在一小时内焊接好一些芯片,而且都可称为艺术品。在回答一些简单的问题之后,他们通常会分享许多有用的小技巧。这些技巧不是从书上学到的,而是通过反复实践得来的。wlwednc

最后,一位聪明的工程师同事建议:“我们每个人必须掌握自己的命运。”换言之,在一个项目中,当你承担更多的工作时,责任感就会增强。这个项目就变成了你自己的创作。wlwednc

换句话说,作为一名设计工程师,它会极大地帮助你学习焊接技术。拥有这项基本技能,下次你就可以更快地查明可疑的开路焊锡,与焊接专家的交流也会变得容易一些,因为你学会了他们的语言,了解了他们的超凡能力。wlwednc

作者介绍:Asem Elshimi是Silicon Labs的IoT无线解决方案的RFIC设计工程师。他于2018年7月加入SiliconLabs。Elshimi专注于RF电路设计和电磁结构设计。他拥有加州大学戴维斯分校电气与计算机工程专业硕士学位。wlwednc

(原文刊登于Aspencore旗下Electronic Products网站,参考链接:The art of soldering from a design engineer’s perspective,由Jenny Liao编译。)wlwednc

  • 不习惯用烙铁焊接小元件,热风枪更好使。
    涂上助焊剂,把元件放到焊盘,加热。等锡融化后,再用镊子推推元件,看能不能自动归位(焊锡的表面张力),收工
  • 很难吗,我就手工焊接0201,另外说明一下,我还是700度的高度近视外加350度散光,很难吗?
  • 不懂焊接的攻城狮,就好比不会打枪的将军,没有丝毫战斗力!!!
  • 0201用镊子可以夹起,可以焊的,也可以用热风枪吹
  • 焊了十几年了,感觉0402就很难焊了,居然还能手工焊0201,大写的佩服
  • 烙铁头的温度为800°F(426.7°C)?   这个温度焊0201元件,不会太高? 重复几次焊盘估计都脱落了。。这个温度如果是焊大面积电源端子,GND大面积焊盘还算说的过去。
  • 半导体行业!说的真高端
  • 焊接其实不简单
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