完美的PCB焊接很容易！这也是非常罕见的。什么能解释这个矛盾呢？如果完美的焊接是容易的，为什么有这么多的修补和返工？当然，答案是，如果你知道怎么做就很容易了。大多数焊接“专家”告诉我们的都是错误的。“行业标准”焊接规则手册保证故障和高成本。
令人惊讶的是，尽管PCB焊接是电子产品的核心工序装配，很少有人知道如何可靠地焊接。他们通常会熟练地隐藏缺陷，但这是一种完全不同的、不可接受的能力。视觉上可接受的连接不一定是可靠的连接。
电子装配业花在培训和认证上的大量时间和金钱很大程度上是对资源的浪费。从来没有人通过参加“行业标准”培训来学习完美焊接。
这篇文章和即将发表的文章将解释为什么PCB焊接可靠性如此糟糕，我们是如何做到这一点的，以及必要的纠正措施。
为什么我们（通常）没有完美的PCB焊接问题是：培训的重点是焊料的外观，而不是如何实现连接。“可接受”的外表可能隐藏着等待中的失败。连接方式不仅决定了焊料连接本身是否可靠，而且还决定了被焊部件是否受到灾难性损坏。
在烙铁温度下，焊料将粘附在氧化物和污染物上，以产生视觉上可接受的连接。然而，这种连接缺乏金属间的键合，高温会使元件内部的键失效。改变的键改变了电值，缩短了元件的寿命。一个烙铁如果使用不当，只需几秒钟，就会使部件的预期寿命缩短几十年。
但是，由于连接看起来可以接受，而且看不到组件损坏，现代焊接的真正令人沮丧的状态在很大程度上还没有被认识到。
印刷电路板焊接工艺简史电子学并不总是由固态元件组成。在晶体管和微处理器等器件出现之前的几十年里，真空管代表了最先进的技术。电气连接是通过焊锡线连接到插座的凸耳上，而插座上的管子是插在里面的。有些电线和接线片相当大，吸收了相当多的热量。同时，烙铁在将电转化为热能方面效率不高。因此，PCB焊接中的热挑战是如何在焊料完成流动之前防止其冻结。因此，人们开发了最大限度地利用热量的技术。（没有必要保护管子不受热。管子直到焊接后才被插入插座。它们从未接触过焊接热。）
第一次，这意味着焊料的到达，而不是直接应用到元件上。换言之，部件受到焊接热的影响。这对可靠性产生了深远的影响，因为热量降低了元件的电气性能。
为了防止焊接过程中的热损坏，金属夹连接到部件主体旁边的导线上。但是在被焊锡片吸收的热量之前，它就已经从组件流到了组件上。这些夹子被称为“散热片”，它们提供绝对的保护，防止热损坏。
自从固态电子学诞生以来，每一个作业指导书都要求使用散热器（例如，见J-STD-001G第4.6节。）但没人用散热器！他们怎么能？引线（如果有的话）太小了。没有空间安装散热器。但是所有的训练项目仍然告诉学生要像1960年那样应用热量！
回流焊不是焊接情况变得更糟了。在编写焊接程序的那些年里，几乎所有的元件引线都有镀锡或锡/铅镀层。这些表面在“焊接”过程中熔化，熔化的焊料与熔化的表面金属简单地流动在一起。氧化物比纯金属轻，漂浮在液态金属的顶部，在那里它们与焊剂（也比金属轻）接触并被消除。焊接时很难熔化金属。（“回流”一词经常被恰当地使用。）焊接是使金属间化合物与不熔化的金属表面结合的过程。（它们不会“回流”。）这需要额外的加工步骤，而不需要混合熔融金属。（遗憾的是，“回流焊”仍在广泛使用，尽管它不再准确。）
当欧洲禁止在电子产品中使用铅时，焊接和回流焊（简单地混合熔化的金属）之间的区别变得非常重要。向无铅世界的过渡集中在新合金上。除了一些怪癖，然而，新的焊料并没有带来巨大的问题。与传统的锡/铅合金相比，无铅焊料对缺陷工艺的容忍度较低，但在适当控制的工艺下，其性能相当好。（由于大多数公司的印刷电路板焊接工艺都存在缺陷，在转换为新合金的同时，也出现了一些困难，这些困难被错误地归咎于焊料而非工艺。）
更大的挑战在于新的铅镀层。当然，锡/铅镀层消失了。但是，由于锡晶须，越来越少的元件（特别是多引线表面贴装零件）的引线带有锡表面。这些新表面在焊接温度下不会熔化。换句话说，它们必须焊接。但我们的行业经常坚持只对回流有效的有限步骤。而最常见的培训和认证只是保证缺陷和失败。
焊接是一门简单的科学——如果我们允许的话事实上，焊接是一门科学——主要是化学，但也有相当数量的冶金和物理。不过，写这本规则书的人并不是这么想的。他们在观察的基础上运作，没有意识到科学的关键基础并不明显。如果他们得到的结果看起来是正确的，那就是他们制度化的结果。如果我们想要一个有效的产品和使盈利成为可能的效率，事情就需要改变。
有趣的是，可靠性与处理量成反比。最可靠的产品生产效率最高。我们的行业有两个世界中最糟糕的：成本过高和失败太多。
造成电路板故障的因素很多，例如应力、热、湿度等。要了解更多信息，请参阅PCB中的6种电子元件故障 .
助焊剂的使用我只是说完美的焊接很容易。但“简单”并不是简单地把熔化的金属拍打在零件上，期待一切都会好起来。成功的焊接需要知识和纪律。一切从可焊性开始。
焊接性是近来电子产品中比较关注的一个问题。直到最近，大多数元件引线都镀锡或锡/铅。焊接是在应用连接材料（焊料）时与金属表面形成金属间结合的过程。然而，锡和锡/铅在PCB焊接温度下熔化，焊料仅与熔化的电镀混合。这不是焊接；它是“回流焊”和非常容易比真正的焊接。
回流焊很简单在回流焊中，无需在施焊前去除氧化物；氧化物比纯金属轻，漂浮在液态电镀金属和液态焊料的混合物上。焊剂，也比液态金属轻，也漂浮在熔化的金属上，在那里它可以很容易地接触氧化物并分解它们。在回流焊中，焊剂只会使最后的连接发光，并使其美观。
大多数关于焊接的信仰起源于这个回流焊时代。有一种观点认为，手工焊接时不应使用液态助焊剂，这在今天已经造成了灾难性的后果。人们相信焊料中所含的助焊剂足以完成这项工作。虽然这对于回流焊来说是正确的，但是完全依赖焊料中的助焊剂会导致焊接过程中的不完全润湿。
PCB焊接的主要缺陷是什么？禁止在电子产品中使用铅，彻底改变了我们的业务，消除了锡/铅组件表面。同时，由于担心锡晶须含有纯锡，镀锡变得越来越不常见。对于多引线表面贴装零件，如I.C.s.而言，晶须短路的风险是相当真实的。
新部件表面不是锡或锡/铅；它们是具有较高熔化温度的金属，在焊接过程中不会回流。换句话说，这些金属是焊接的，而不是回流的。在施焊前，表面必须彻底脱氧。如果焊剂包含在焊料中，则不会发生这种情况；焊料中的助焊剂在焊料熔化之前不能释放。熔化的焊料在助焊剂和表面金属之间形成屏障，阻止完全脱氧并导致不完全润湿。
液体流量是必不可少的确保助焊剂在焊料熔化之前到达表面氧化物的唯一方法是首先使用液态助焊剂。需要的不仅仅是微量的助焊剂。助焊剂酸（去除氧化物的部分）在脱氧化学反应过程中被中和。在零件完全脱氧之前，微量的助焊剂将被中和。在焊接中，助焊剂不仅仅是我们的朋友——这是必不可少的. 然而，每隔几天，行业“专家”就会写下措辞强硬的说明，称使用液体助焊剂是一种罪过。甚至有一个广泛使用的“手工焊接的七大罪”视频说“减少使用过量助焊剂的最好方法是只使用焊锡丝中包含的助焊剂。” （视频由发布标准的行业协会出售，例如J-STD-001和 A-610。他们真的应该更清楚。）
难题不幸的是，助焊剂业务远不止随机挑选现成的助焊剂。下一次我们将学习助焊剂选择的科学。
热控制焊接的基本规则——这种方法在很多情况下，至今仍在使用——起源于大约70年前。当时最先进的电子元件由真空管组成。焊接是用来将电线连接到插座上的接线片上，焊接完成后将管子插入其中。所有的焊接都是手工完成的。
电线和接线片不会因过热而损坏，而敏感部件（管子）只有在焊接完成后才进入画面。不过，还有一个不同的热问题：有些电线和接线片相当大，熨斗将电能转化为热能的能力充其量也很一般。总的来说，大块金属和低效的熨斗使材料保持足够的热以使焊料熔化和流动是一个重大的挑战。为了防止焊料冻结，培训强调在使用焊料之前使零件非常、非常热。（“冷焊料”一词起源于那时，当时是恰当的。正如我下次将要讨论的那样，“冷焊料”在现代电子产品中几乎不存在，但经常作为润湿问题的诊断出现，尽管错误）
散热器固态元件（早期主要是含铅电阻和电容器）的出现意味着电路的有源元件暴露在烙铁的热量下。在认识到这些新部件的热敏感特性之前，部件故障的流行就接踵而至。解决方案是使用金属夹（“散热器”）来保护组件。夹子被固定在靠近部件主体的导线上。热量从熨斗流向身体，但被夹子吸收（“下沉”）。部件故障迅速减少。
（可靠性也得益于机器焊接，当时的焊接完全是波浪式的。波峰焊最近，表面贴装回流焊使组件的峰值温度大大降低。热损伤主要是手工焊接问题。）
焊接小部件散热器提供了绝对的保护，以防热损坏，但只能与具有足够大的导线以放置夹子的部件一起使用。大多数表面贴装组件的引线（即使组件确实有引线，但不再总是这样）不符合该描述。现在使用夹子根本不现实。已经有25年没去过了。
“行业标准”实践的一个令人遗憾的现实是惯性：一旦实践到位，变革就会以缓慢的速度发生（如果有的话）。因此，我们从J-STD-001G中4.6热保护章节发现如下要求：
4.6 热保护 当焊件热冲击时，应采取防止热冲击的措施。可通过受控加热过程提供保护。
产品的缺陷是所有等级的不合格。而且，由于他们根本不知道如何满足要求，几乎每个电子公司都在生产缺陷产品。但似乎没有人在乎 .
我应该在什么温度下焊接PCB？部件的热损伤是隐藏的，俗话说“眼不见，心不烦”静态损伤也会发生在部件内部，而且不会比热损伤更明显。然而，如果没有严格的防静电措施，任何受人尊敬的电子制造厂都不会考虑运营。为什么有区别？可能是市场力量的结果。防静电要求同时使用硬工具和一次性材料，这两者的总和在全球工业水平上加起来是巨大的。巨大的收入支持了大量的广告预算，而这反过来又使人们普遍认识到，静态广告代表着严重的可靠性风险。水分也是如此。
热损伤预防不涉及任何材料采购。因为没有大的美元市场，所以没有广告预算。因此，认识有限。
是的，夸大了对过热部件的不关心。一些公司非常关注热，以至于他们花了大笔的钱在烙铁上，以保持恒定的温度。有些公司甚至监测铁的温度，如果可能的话，一旦偏离设定值引起关注，就重新校准。他们都在浪费钱。恒温熨斗造成的损害和不太精确的工具一样大。热量不受铁的温度控制；它是关于铁和焊料是如何一起使用的。
行业现状在20世纪80年代，在加利福尼亚州中国湖的海军武器中心焊接标准站点为工程师们举办了几次焊接研讨会。
我向负责人提出一个问题：“如何防止热损伤？”（虽然这个负责人是个行业标准的传奇人物，他对美国国防部所有焊接要求拥有最终权威）。“快焊接，”他说。“那么多快才够快呢？”我回答说。他立刻宣布“三秒钟”我对这句话背后缺乏科学性感到震惊。“有时候三秒也可以，”我同意。“但有时时间太长，而有时又不够长吗？”
在下一节课上，演示了一种确保组件温度保持在接近焊料熔化温度的技术。导演对我说：“我同意你展示的东西很管用。“但是你希望我告诉海军部我们做得不对吗？”我再也没有回来。而且，30多年后，标准的维护者继续推广错误的方法。
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