贴片器件手工焊接与检测

摘 要：本文主要阐述了贴片器件尤其大型集成贴片器件,引脚数量多.类似于DSP、FPGA等,这类贴片器件的手工焊接技术和技巧,在一定程度上起到提高贴片器件焊接质量,减少由于虚焊带来的故障以及报废；同时本文又对贴片器件焊接质量检测技术进行了分析和展望.

引言

随着控制技术的发展,集成化程度的提高,各类电子设备也趋于功能强大、体积小、重量轻的方向发展.贴片器件的迅速发展及推广,成为广大电气设计者的首选.近年来航空、航天用各类电子设备也广泛采用贴片器件,尤其是大部分的核心器件类似于DSP、FPGA等.由于军用电子设备必须通过比民用设备更为严酷的环境试验考核和更高的可靠性要求.所以贴片器件的焊接质量至关重要,成了高可靠性的重要工艺控制环节；加上部分电路板器件安装的特殊要求,高焊接质量的贴片机无法使用,只能采用手工焊接方式.虽然手工焊接是最为传统的焊接方式,但是受到焊接者的焊接经验、焊接温度、焊接时间、焊接方法等方面的主观的限制,所以焊接质量也层次不齐.本文主要针对贴片器件的手工焊接技术进行了探讨,对于贴片器件焊接质量的检验方法提出了更高的要求,即需要制定一套详细的检验方法或采用一些先进的方法和仪器设备用来检测贴片器件焊接质量,减少由于虚焊带来的故障和报废.

一、手工焊接

(一)手工焊接的一般步骤

手工焊接是一种技术成熟的、操作方便、灵活的一种焊接方式,目前大部分军用电子产品还是采用这种焊接方式,焊接过程一般都采用以下步骤.

1.焊接准备

贴片器件焊接一般需要的工具有：恒温电烙铁、松香、焊锡、热、特细橡胶棒、高放大倍数放大镜或显微镜系统.

2.贴片的固定

有两种方法：一是用少许普通胶水涂在集成电路和塑封部分,把集成电路正对焊盘固定在电路板上,待胶水变干将集成电路固定好,防止施焊时集成电路移动.二是集成电路正放在电路板焊盘上,用烙铁固定好IC四个角的引脚.

3.焊接引脚

在引脚上涂上松香水,起助焊的作用,而且焊接时松香还可以防止集成电路过热.用电烙铁给一排的引脚同时加热,然后加焊锡丝,使焊锡熔化并完全浸润焊点和引脚.一排引脚同时焊好,移去焊锡丝和电烙铁,一般情况下焊锡会把引脚同时焊在一起.

4.吸锡整理

用金属编制带或多芯导线把一排引脚上的多余焊锡吸干净,引脚间不需连接的地方焊锡被吸走,只有焊盘和引脚处才留下焊锡,这样被焊接在一起的引脚就会正常分开.最后,再用酒精棉球或毛刷沾酒精清洗松香清除引脚间的多余物.

(二)手工焊接的不足

手工焊接方式虽然操作方便、灵活,不受环境、地域和特殊焊接工艺的限制,但也有其自身的不足,主要体现在以下几个方面.

1、焊接过程和吸锡过程时间控制没有直观的时间量来控制,主要靠焊接者的直觉和经验.整个焊接过程和吸锡过程的时间不要太太长,控制在几秒钟时间为宜,否则过热容易损坏集成电路,焊接时时间不够又极易出现虚焊.

2、焊接温度控制不能保证真正的“恒温”,因为焊接时间的长短、焊锡量的多少都将直接影响焊接温度.如果焊锡较多温度就会升高,焊锡过少松香就很容易烧焦,可能会造成芯片或印制电路板的损伤.

3、不能保证焊接质量,手工焊接很容易出现不同程度的连焊和虚焊,因为焊接时焊锡的多少,只能凭借焊接者的个人主观判断,所以焊接时焊锡过多容易出现连焊的现象,这样可能会造成不同程度的短路现象,焊锡过少就会出现不能程度的虚焊,比如个别引脚的脱焊、和虚焊,这些情况可能在测试初期不一定能发现,但是在经历环境试验的任何一个阶段都可能出现故障.

二、贴片器件的拆除及返修

对于需要手工焊接的大型贴片器件在失效后的拆除一般情况也只适合手工拆除的方法.手工拆除的方法也很多,本文主要介绍比较常用的几种.

拉线法：取一根长度和粗细合适的漆包线,将其一端刮干净上锡后,从集成块引脚的底部穿过,并将这一端焊在电路板的某一焊点上,用手拿着漆包线的另一端,用电烙铁加热1引脚,同时用手轻轻向外拉漆包线（向外拉线时,略向上用力）,当1脚焊锡熔化后,该脚即被拉起离开电路板.采用同样的方法焊开其他引脚,直到集成块的每个脚都与电路板分开后,即可取下集成块.这种方法比较慢,但比较可靠.需要注意的是必须等所有焊锡完全熔化后,才能用力拉漆包线,否则会造成焊盘起皮、断落.

堆锡法,首先用烙铁在集成块四周引脚上加满焊锡.然后用电烙铁头在集成块四周焊锡中快速移动,使四周的焊锡全部熔化,这时用镊子轻轻将集成块取下,或者同时用两把烙铁对集成块加热,这样提高了拆卸速度,这种方法简便快捷,但是必须掌握好“度”,也就是是说,既要是焊锡全部熔化,也不能加热太久,否则就有可能造成电路板的严重损坏.

分离法,分离法也简称破坏法,这种方法就是用合适的工具（类似平口的斜口钳等）沿集成电路引脚的根部将引脚剪断,用镊子拆下集成块除引脚的部分,然后再用镊子和尖头烙铁将引脚一根根的拆下,这种分离拆除法适合贴器件较长的情况,可以很好的保护印制板不受到损坏,但是拆卸下来的芯片受到破坏,可能无法进行正常器件测试和失效分析,除非特殊情况,一般不建议采用此方法.

整体加热法,这种方法是指先将该大型集成帖片器件周围的电子元器件等保护一起来,最为简单而常用的方法就是将多层纸胶带贴在需要拆卸器件的周围（还可以采用硅橡胶等在需要拆卸器件的周围形成保护层）,然后用热抢档位为380-400度均匀加热需要拆卸器件所有的焊接引脚,待焊锡熔化时轻轻用镊子取走该帖片器件,之后再用吸锡带或多股镀银线等清除焊盘上多余的焊锡,并用酒精清洗焊盘,这种方法适合该大型集成帖片器件周围空间较大,而且帖片器件引脚较短的情况.

三、贴片器件焊接质量的检验方法

目前手工焊接主要的检测方法有目视检测法、性能测试法和直接检查引脚法.

目视检测法是主要是指借助高放大倍数的放大镜灯或显微镜显示系统进行目视检查,检查过程就是将焊接并清洗之后的电路板放在高放大倍数的放大镜灯或显微镜系统下面,通过放大的方法很容易观测出芯片引脚直接是否有连焊或者脱焊的情况.缺点是不能发现虚焊的情况.

性能测试法是指根据所焊接芯片的性能指标参数、以及在该电路板中的功能用途加电测试的方法,如果该芯片在电路中功能得以实现,初步判断焊接合格,比如DSP、FPGA就可以通过软件的加载、烧写和系统电性能测试的方法来确定焊接质量的好坏,缺点是不能发现更为深层次的虚焊.深层次的虚焊只能同各种环境试验同步考核.

直接检查引脚法一般是指借助于细的橡胶棒等（注意头部应圆润光滑不锋利）工具轻轻的拨动芯片的引脚,来检查焊接质量的方法.通常情况下对于焊接质量好的引脚是无法拨动的,但是对于脱焊和焊锡很少造成的虚焊的引脚就很容易发现,当橡胶棒接触到该类引脚时就会观察到引脚偏向侧边或出现弹性的运动,这种情况多为引脚脱焊或虚焊.缺点是如果拨动时用力不当,会造成引脚的损伤.

以上三种方法是检查这种大型贴片芯片焊接质量的常用方法,通常情况下将方法一和方法二结合起来使用,就可以检查出焊接质量的好坏.第三种方法主要用于排故时（已经发现该芯片无法实现预期功能出现故障了）使用,正常情况下不推荐使用.

四、发展前景与展望

目前手工焊接质量的检验方法,不管是目视检测法还是性能测试法都无法直观的判断出深层次的虚焊情况,而借用细橡胶棒等直接检查引脚焊接情况的方法不仅效率低,而且容易造成贴片器件引脚的损伤,并且大多这种损伤都是不可逆、不可直接发现的,所以除非排故需要,并不推荐使用.

据不完全统计,目前很大一部分电路板的报废都是由于大型集成贴片器件的虚焊造成的.所以迫切需要一种类似于金属件的“探伤技术”的设备出现,这样在集成帖片器件手工焊接结束后,先通过检验设备对器件的每一个引脚进行“探伤”,只有“探伤”合格的产品才进行下步工序的调试及后续的环境试验.这样由于深层次的虚焊造成的故障就可以得到很好的控制.

五、结束语

本文通过对大型集成贴片器件的手工焊接、维修及拆除、检测技术的探讨以及各种方法的优缺点比较,在一定程度上对于手工焊接起到了技术指导作用.同时对于目前贴片器件的检验方法方面提出了更高的要求与未来发展方向的展望.