現在還有誰真的懂焊接?

作者 : Jim Smith,Electronics Manufacturing Sciences公司總裁

目前焊接的問題比大多數人所知道的要嚴重得多。不只是工程師,現在幾乎沒有人懂得如何焊接了。很多自認為焊接技術不錯的人並沒有意識到他們的技術其實是有問題的…

「大多數制定產業標準的人都不知道如何焊接(solder),他們只會電焊(weld) !」

編按:美國版《EE Times》在之前發表了一篇關於工程師不懂焊接的部落格文章後,不久就收到了Electronics Manufacturing Sciences公司總裁Jim Smith發來的email回應,他在email中描述了目前沒人懂焊接這一事實。

他說自己公司中的員工都很重視焊接,因為焊接是電子製造的心臟,同時也是引起最多問題的過程。基於這些原因,他的公司專門從事焊接培訓/教育、認證和流程開發。

以下是Jim的email全文:

您好,我在一個很偶然的機會中讀到了貴刊關於工程師不懂焊接的部落格文章。在此我想說的是,目前焊接的問題比大多數人所知道的要嚴重得多。不只是工程師,現在幾乎沒有人懂得如何焊接了。很多自認為焊接技術不錯的人並沒有意識到他們的技術其實是有問題的。

近50年來,我一直在開發焊接流程、解決焊接過程的問題,並教授各種形式的焊接。我曾經與世界各地的數百家公司合作,有新創公司,也有大公司,我可以肯定地說,現在比起以往還更普遍缺乏焊接知識。

通常人們都認為,看起來漂亮的焊接一定是好的焊接。其實不然,特別是在使用電烙鐵來焊接時。在烙鐵的高溫下,焊料會粘在氧化物上面,使焊接表面上看起來很好,實則暗藏隱患。在振動或加熱的情況下,如果焊點本身被損壞,則會影響可靠性,更嚴重的後果是元件(尤其是IC)內部的性能降低。將焊料粘到氧化表面時,如果在高溫下焊接的時間太長,會使IC內部的線鍵合強度退化,就像使用了幾十年一樣。這種現象被稱為「紫疫」(purple plague),但這種損壞是看不見的,因此如果裝置過早出現故障時,每個人都會責備元件製造商,究其根本原因卻是焊接不當。

今日的手工焊接程序是從真空管時代發展起來的,主要用於將電線連接到插槽。這些材料並不會因過熱而損壞,其主要挑戰是如何使用電熱轉換效率不高的電烙鐵,讓大型金屬物體獲得足夠的熱量。此時要特別注意,在焊接過程中,要使零件溫度夠高、時間夠長,焊料才能充份流動而不會凝固。

拿到一個固體元件,我們要焊接的是元件本身而不是其插槽。為了防止對元件造成熱損害,將金屬夾作為散熱片,夾在元件主體旁的引線上,這樣在焊接時多餘的熱量就會轉移到散熱片,而不會影響元件了。然而,由於零件變得越來越小,已經沒有位置留給散熱片了,因此操作指南中刪除了散熱片部分,但是每一個培訓生卻仍被告知要使用這種用來焊接真空管元件的技術。簡直瘋了!

電子產品「焊接」實際上大部分都是電焊,這讓事情變得更複雜。被焊接的元件表面大多被鍍了錫或錫鉛合金,這些金屬表面在450℉或低於450℉時就會熔化,這個溫度遠遠低於在焊接時達到的溫度。元件表面在施加焊料的過程中熔化了,由於液態焊料比較重,很容易將氧化物甚至污染物推到一邊,而熔化後的液態金屬(焊料和元件表面)會流到一起。我想像不出還有什麼比這更糟了。

現在不提倡使用鉛了,再加上擔心錫鬚造成危害,因此新的元件表面都使用熔化溫度更高的金屬。這樣的表面在焊接過程中不會熔化,也就是說業界有史以來第一次必須真正進行焊接。但是他們(包括大多數制定業界標準的人)只會電焊,卻不懂焊接。

總之,沒人明白潤濕力和可焊性,也沒人深入瞭解助焊劑特性,如離子污染(酸性殘留物)危害和吸濕性固體等。

焊接是電子製造的心臟,缺乏過程知識正在扼殺這個產業。大部分的補焊(Touchup)都未被管理人員發現;我們過去稱之為「隱形工廠」(the hidden factory)和重覆加工的現象比比皆是。

很多工程師都沒有接受過焊接訓練。除了我們公司的《焊接科學》(Science of Soldering)課,我還沒聽說過有其他教授焊接化學、冶金和物理學的課程。操作員和技術員背會A-610或J-STD-001驗收規則,就可以答對開卷考試的多選題,這雖然是一種笨辦法,但是可以獲得「認證」。培訓老師會告訴他們合格的焊接看起來是什麼樣子,教他們用電烙鐵將焊料推成每個人都滿意的形狀,卻完全沒教他們如何進行高品質焊接。

業界並沒有獎勵那些實事求是向管理層彙報材料和過程問題、並使問題得到糾正的操作者,反而鼓勵那些投機取巧的焊接者,他們雖然使用了難焊的材料,焊接看起來卻是合格的。這就像教飛行員如何飛行的時候只把路線圖交給他們,卻完全不指導他們如何操作飛機。

總之,這是當今電子製造業面臨最嚴峻的挑戰之一。

以下是小編匯整工程師網友對此文的熱評。


@ Garcia-Lasheras:
我曾經為一家電子製造服務供應商工作了兩年。我的任務是開發新的嵌入式產品,並根據客戶的要求改進已經生產的產品。很快地我就意識到,在製作新的原型時,由於我的焊接技術不太好,影響了工作效率。所幸生產線上的工人教了我一些焊接基礎知識和技巧,在學校時可從來沒人跟我講過。現在他們都叫我「冷焊之王」,雖然我還稱不上焊接專家,但學到的焊接技能明顯提高了嵌入式系統設計的工作效率。


@ bobdvb:
我真希望以前學過SMD,我是2001年畢業的,雖然有不錯的通孔經驗,但仍在努力學習SMD。如果倫敦有業餘焊接課程,我願意花一點錢和時間來學習新東西。


@ Luka_J:
我在2011年畢業於電氣工程專業。大學5年中,老師從未跟我們提過焊接。還好我在高中時就掌握了一些實用的焊接技能,更幸運的是,在我剛加入工作崗位時,遇到了一位很好的指導老師。讀了這篇文章之後,我覺得應該再多學一些焊接技能。


@ jimatems:
工程師可能不會進行太多的實際焊接,但是焊接人員必須使用的助焊劑和元件表面是由他們來選擇。工程師還會評估焊接人員的表現,並對元件進行佈局。大多數焊接問題的產生,源於工程師不瞭解他們所做的會產生怎樣的後果。這就是工程師需要懂得焊接的原因。


@ Duane Benson:
另一個考慮因素是焊接前對元件的處理。一切都有保質期,包括元件、PCB以及用於連接它們的材料。零件和PCB時間長了會受潮,金屬表面會聚集雜質或與雜質發生反應。有時候可以通過將電路板和零件烘乾來解決潮濕問題,但有時候卻不得不扔掉受潮的舊零件。


@ zeeglen:
對電路板進行拆焊而不取下焊墊,這本身就是一門藝術。我工作的地方不允許工程師焊接,除非他們向老闆證明自己的焊接技術了得,而且還要有充分的理由!我記得有一位年輕工程師耗費了大約10個原型板來換下「壞掉」的DRAM控制器,最後得出的結論竟然是他的設計可能有錯。

編譯:Jenny Liao

(參考原文:Soldering Practices Are Insane,by Max Maxfield)

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