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・7種必備工具・插裝型電子元件的焊接・晶片式元件的焊接・表面安裝型IC的焊接・專欄 越練越靈巧的“手”
電子電路是透過反覆試製和實驗而不斷得以改善的。在這個過程中，手動焊接是不可或缺的技術。其技術水準很大程度上影響著成品的品質。
在某些情況下，還可能需要給客戶交付手工製作的電路板，或者可能會修改客戶提供的電路板。
焊接需要使用相應的工具進行（圖1）。在本文中，將為大家介紹一系列推薦用於焊接和重製修復的工具，其中包括用來熔化焊錫的“電烙鐵”、接合材料“焊錫”及用來切斷元件引線的斜口鉗等工具。無論是棒球運動員、書法家還是醫生，不同領域的佼佼者都很講究他們的工具。
（圖1）焊接和重製修復用的工具
7種必備工具
其1：電烙鐵
日本產的烙鐵頭，無論在製造工藝上還是用材上都具有優勢。日本電烙鐵業界的兩家主要廠家是白光（HAKKO品牌）和太洋電機產業（goot品牌）。
電烙鐵和烙鐵架配套使用會更方便
日用五金店通常會售賣各種類型的電烙鐵。正統的電烙鐵主要有兩種：
1. 鎳鉻絲加熱器型
2. 陶瓷加熱器型
陶瓷加熱器型比鎳鉻絲加熱器型稍微貴一些。對於新手，推薦使用X-2000E（goot）套裝，這是一套包括陶瓷加熱器型電烙鐵和烙鐵架的套裝產品。
推薦使用“帶溫度調節功能的陶瓷型”產品
鎳鉻絲加熱器型無法保持適當的溫度。如果預算充足，強烈建議使用帶溫度調節功能的陶瓷加熱器型產品。
如果有溫度調節功能，就可以始終在易於焊接的溫度下進行焊接作業。即使在需要一邊看著圖紙一邊思考、斷斷續續地實施焊接作業的時候，也可以毫無壓力地重新開始焊接。
具有代表性的產品有FX600（HAKKO）和PX201（goot）。溫度最好設置為360℃。我個人更喜歡使用PX-335/PX-338。相比用刻度盤連續調節溫度的功能，保持恒定加熱溫度的功能更重要。
如果擁有兩個電烙鐵，元件也沒那麼可怕
拆除晶片式元件時，會希望有兩個電烙鐵。這樣就可以將烙鐵頭放在晶片式元件的兩個焊盤上來加熱。
需要一個可防止覆銅圖案熱量吸收的40W級鎳鉻絲加熱器型電烙鐵
在可吸收電烙鐵熱量面積較大的覆銅圖案上焊接或拆除元件時，如果有一個熱容量較大（約40W）的鎳鉻絲加熱器型電烙鐵會方便很多。
請始終保持烙鐵頭處於清潔狀態，這樣就可以持續使用一年以上。在使用電烙鐵的過程中，發熱的部分（尤其是烙鐵頭）會氧化並變黑。
其2：烙鐵架和清潔器
雖然便宜的產品也不是不能用，但如果使用熱量容易散失的烙鐵架，即使是具有溫度調節功能的好電烙鐵，也無法保持其溫度，難得的高性能會被破壞。
鎳鉻絲型和陶瓷型都有其專用的烙鐵架，也都會配有清潔器。
其3：清潔器
清潔器有兩種：
1.用水潤濕後使用的黃色海綿
2.不用水的鋼絲球
我使用的是有重量的海綿型清潔器，可以防止清潔烙鐵頭時烙鐵架移動。需要用水潤濕後使用。
其4：斜口鉗
斜口鉗是將元件的引線插入電路板後用來切斷引線的必備工具。一百日元店裡也可以買到。工具製造商生產的“精密斜口鉗”可在日用五金店購買。
一把好的斜口鉗會有尖銳鋒利的鉗嘴，易於切割，即使元件的引線粘在電路板上，也能很好地切斷。鉗嘴的刃部非常容易卷刃（崩牙），因此請勿用來切割硬的金屬絲（圖2）。
（圖2）鉗刃已經崩牙（缺口）的斜口鉗
很受歡迎的斜口鉗有MN-A05（MARUTO長穀川工作所，KEIBA品牌）和FUJIYA生產的產品 。
其5：吸錫器、吸錫線
兩者都是拆除元件和去除多餘焊錫時的必備工具。
吸錫器是帶通孔的印刷電路板重製修復作業中不可或缺的工具。其性能和易用性與製造商沒有太大關係。
吸錫線在拆除表面安裝型元件時經常會用到，但相關製造商並不多。由於較寬的吸錫線需要熱容量較大的電烙鐵，因此選用寬度較窄的吸錫線更好。吸錫線是消耗品。
其6：焊錫
焊錫分無鉛型和有鉛（含鉛）型兩種。在實驗中，建議使用作業性較好的有鉛焊錫。
請務必選擇印刷電路板專用的含有“助焊劑”的藥芯焊絲（圖3）。請不要選用鈑金加工用的焊錫。
（圖3）Φ0.6藥芯焊絲“SE-56006”（goot）的橫截面
如果要使用有鉛型焊錫，那麼混合比例為60%鉛+40%錫的產品比較容易買到，而且也易於使用。
無鉛型焊錫容易少量購買的產品並不多。HOZAN CO., LTD.生產的產品，有Φ0.3、Φ0.6、Φ1.0等不同的尺寸，有100～400g的不同線軸規格。
粗細方面，細的為Φ0.3，粗的為Φ1.0。我使用的是Φ0.6的產品，也可以用來焊接表面安裝型元件。也有很多人會區分使用Φ0.8和Φ0.3尺寸的產品。
其7：鑷子
這也是一種必備工具。一百日元店裡也可以買到。總之用起來順手、好用即可。
不銹鋼材質、無磁性、頭部較尖的產品比較易於使用。捏合時，尖端的左右兩側必須完美貼合，這是本產品的必須條件。我認為沒有必要選擇昂貴的完全無磁性的鈦合金鑷子。
從昂貴的到便宜的，我試用過各種鑷子，最終選擇了K-10（KFI生產）。
它的尖端比較容易變形，如果對其施加較大的力，就很容易彎曲而無法使用。另外還要防止掉落。每天使用顯微鏡的生物學研究人員往往會在使用前仔細磨尖它的尖端。
其他工具
最好根據需要同時也準備好放大鏡、螺絲刀、剝線鉗等工具。
插裝型電子元件的焊接
下面介紹在印刷電路板上安裝IC插座時的焊接步驟（圖4）。
（圖4）安裝前的IC插座和印刷電路板
首先，將IC插座安裝在印刷電路板上（圖5）。
（圖5）將IC插座插入電路板
用烙鐵頭加熱幾秒鐘，將印刷電路板的焊盤和元件引線預熱（圖6）。圓錐形烙鐵頭尖端的溫度不會上升很多，因此將烙鐵頭貼在腰部（側面）。如果焊接不順利，可以使用平頭螺絲刀型烙鐵頭試一下。
（圖6）用烙鐵頭將電路板焊盤和元件引線加熱幾秒鐘
請始終保持烙鐵頭處於清潔狀態。如果烙鐵頭氧化了，就會難以熔化焊錫。即使烙鐵頭的一部分氧化，也需要更換新頭。
在不移動電烙鐵的情況下，將錫絲靠近焊盤和元件引線中間的位置（圖7）。
（圖7）將烙鐵頭和焊絲靠近焊盤和元件引線的中間位置
一邊觀察熔化的焊錫被吸入加熱後的焊盤和元件引線的情況，一邊繼續送入焊絲（圖8）。在此期間，不要移動電烙鐵，讓焊錫自然流動。由於焊絲中所含助焊劑的作用，熔化的焊錫會自然擴散。請勿用烙鐵頭向周圍塗抹焊錫。
（圖8）一旦焊盤和引線開始吸入焊錫，就繼續送入焊絲
如果焊絲送入過快，焊錫會形成球狀飛散。助焊劑會迅速升溫並破裂，小球狀的焊渣飛散。
當通孔中充滿焊錫、烙鐵頭處的焊錫像小山一樣隆起時，供料量就足夠了（圖9）。
（圖9）當通孔中充滿焊錫、焊錫隆起時，應拉出焊絲
拉起焊絲停止供料。在此期間也不要移動電烙鐵。
最後，將電烙鐵筆直向上提起（圖10）。如果焊錫溫度適當，就會立即冷卻凝固，而不會附著在烙鐵頭上。如果焊錫呈富士山形狀且有光澤，表明焊接成功（圖11）。有鉛焊錫會形成光澤表面，而無鉛焊錫通常不會形成光澤表面。
（圖10）將電烙鐵筆直提起
（圖11）焊錫呈富士山形狀且有光澤，表明焊接成功
如果冷卻變硬後的焊錫出現棱角，可能是烙鐵頭溫度不合適，或者助焊劑失去活性。此時應該去除焊錫、調整溫度、清潔烙鐵頭後重試。
如果有多個IC插座，請勿在一次操作中一次性焊接所有引腳。先焊接一個引腳。然後目視確認插座是否牢固。如果插座未緊密地固定在電路板上，而是呈懸空狀態，而焊錫已經冷卻並固化，此時請輕輕用力，使插座垂直於電路板表面（圖12）。需要用手指向插座施加壓力，同時用電烙鐵加熱並熔化焊錫，使插座能夠移動。確認插座不再懸空後，再繼續焊接其餘引腳。
（圖12）如果IC插座未緊密貼合在電路板上，需要一邊熔化焊錫一邊用手指向下按壓，使其緊密貼合
晶片式元件的焊接
下面介紹將圖13所示的晶片式元件焊接到印刷電路板上的方法。
（圖13）常用的1608尺寸電阻、電容、LED
圖14為焊接前的印刷電路板。
（圖14）焊接前的安裝用焊盤和晶片式元件
首先，給一側焊盤施以少量焊錫（圖15）。對於晶片式元件而言，少量的焊錫就足夠了。焊錫不要堆得像小山一樣隆起。
（圖15）給一側焊盤施以少量焊錫
尺寸為1608（1.6×0.8mm）以上的晶片式元件焊接起來並不難。
將烙鐵頭放在已有焊錫的焊盤上並加熱，使焊錫熔化。同時，用另一隻手中的鑷子將晶片式元件移動到合適的位置（圖16）。
（圖16）用電烙鐵加熱，熔化已有的少量焊錫，用一隻手中的鑷子給晶片式元件定位
依次拿開與晶片式元件接觸的電烙鐵和鑷子（圖17）。
（圖17）定位後，先拿開電烙鐵，再拿開鑷子
暫時固定晶片式元件後，焊接另一側的焊盤（圖18）。達到圖19所示的狀態就焊接完成了。
（圖18）將烙鐵頭和焊絲放在沒有焊錫的另一側焊盤上並加熱
(圖19) 另一側焊盤施以焊錫後的狀態
最後，將焊錫添加到已用少量焊錫暫時固定的引腳上（圖20）。
(圖20) 在為了定位已經施以少量焊錫的引腳上再次添加焊錫
圖21表示晶片式元件的適當焊錫量。理想情況下，焊盤和引腳端面應完全潤濕，形成凹形圓角。
製造商通常使用回流焊設備來焊接晶片式元件。使用回流焊設備時，附著晶片式元件上的焊錫量非常少，手工作業很難達到同樣的狀態。
這就需要大量練習，積累使用電烙鐵焊接的晶片式元件的大量Footprint資料。操作很簡單也很可靠。Footprint並不是越大越好。在使用回流焊方式安裝時，越大焊錫越不好附著。
最好準備兩種Footprint，一種用於量產，一種用於手工焊接。
（圖21）晶片式元件的適當焊錫量焊盤和引腳端面充分潤濕，形成凹形圓角
表面安裝型IC的焊接
表面安裝型IC（圖22）也按照與晶片式元件相同的步驟進行安裝。圖23所示的是安裝IC之前的焊盤。
（圖22）表面安裝型IC的外觀（8引腳SOC）
（圖23）焊接前的8引腳表面安裝型IC用的焊盤
在第一個引腳的焊盤上施以少量焊錫（圖24）。達到圖25所示的狀態就OK了。
（圖24）給第一個引腳的焊盤施以少量焊錫
（圖25）第一個引腳施加焊錫後的狀態
用電烙鐵熔化焊錫，用鑷子夾住IC調整安裝位置（圖26），然後拿走電烙鐵（圖27）。
（圖26）加熱並熔化第一個引腳上已經施加的少量焊錫，用鑷子將IC移動到合適的位置
（圖27）將鑷子和電烙鐵從IC處拿開IC暫時固定
然後，繼續焊接其餘的引腳（圖28）。
（圖28）按順序焊接其餘引腳
需要確保不會與相鄰的引腳橋接（圖29）。如圖30所示，從側面也進行目視確認。
（圖29）焊接完成（俯視圖）
（圖30）焊接完成（側視圖）
專欄 越練越靈巧的“手”
在進行焊接操作時，您會覺得要是再有一隻手就好了，但人類只有兩隻手，所以儘早放棄這個想法吧。
老虎鉗、票夾、衣夾……您需要積極主動地嘗試不同的工具。熟練之後，無需輔助工具即可順利操作了（圖31）。
（圖31）操控導線、焊絲和烙鐵對導線進行預焊
參考文獻
[1] 善養寺薰：［VOD］觀看影片一起進入印刷電路板開發KiCad的世界【玩轉KiCad 6】，ZEP Engineering。
[2] 善養寺薰：［VOD］觀看影片一起進入印刷電路板開發KiCad的世界【KiCad 6的101個專業級技巧】，ZEP Engineering。
作者姓名：善養寺薰
企劃/製作人：ZEP Engineering