焊接中的陷阱
提 问
卓老师，你好，我在焊接运放电路的时候INA118经常损坏。焊接温度控制在250℃左右，我在以前的电路板焊接基本没问题，但在新的电路板就芯片损坏多，弄不清楚焊接容易导致芯片的有哪些可能出现的问题。
网络上基础焊接教学视频
基本原理
现在所使用的电子设备中的电路板大多数都是通过回流焊、波峰焊、焊接机器人自动完成的，可以保证焊接的效率和质量。
自动焊接设备的焊接过程
手工焊接方式仍然广泛使用在少量调试设备中电路板的焊接制作、特殊电子器件焊接过程。为了保证焊接的质量，减少因为焊接过程对于电路板上元器件的损坏，则需要具备必要的焊接知识和硬件条件。
电子工艺实习是电子类工科本科生的一项基础能力训练，其中会有焊接的基本原理的讲授、焊接工艺训练等。相关的书籍和录像在网络上大量存在。每个需要练习焊接能力的学生都可以很方便获得这些焊接知识和示范录像。
带有不同型号的烙铁头和热风枪的组合焊台
知道焊接与能够焊接好使两码事，好的焊接工具加上多次反复的练习是实现完美焊接的基本要素。现在电路板设计中，为了减少电路板的尺寸和体积，元器件的封装越来越密集。完成这类器件的焊接，需要在烙铁、焊锡、助焊剂以及焊接流程等方面都需要进行完善。
还有一些无引脚封装的器件（QFN，BGA,WLCSP ,Flip-Chip等）则需要借助于专门的设备来完成焊接。在特殊情况下，可以使用手持的热风枪对于管脚少的上述器件进行焊接，这需要很熟练的焊接技巧和丰富的焊接经验。
焊接TQFP封装的元器件过程
焊接质量的好坏会直接影响后面设备的调试与工作。如果留下焊接隐患则会造成很多工作的假象，使得设备调试过程变得艰难，甚至使得设备无法工作。焊接错误有很多种，这些将会影响焊点的电气连接性能、机械牢固性能、引脚短路虚焊等。在了解各种故障的原理的基础上，掌握一定的焊接规范，养成好的焊接习惯，培养起对焊接质量的观察判断能力非常重要。
焊接引线过程的镀锡过程
问题分析
本文开始同学提出的问题涉及到焊接过程引起集成芯片IN118损坏。造成半导体集成元器件损坏的原因很多，下面介绍三种可以造成半导体元器件损坏的原因。
一、焊接温度
在焊接过程中，芯片管脚会出现瞬间局部的高温。热量会通过管脚引入芯片内部。不同的温度差会造成芯片的变形，进而使得内部引线和半导体基片表面的焊盘出现脱落、撕裂等，最终造成芯片失效。
焊接局部高温引起芯片变形
降低这在失效风险的要点：一是烙铁头的温度；二是焊接时间。
为了保证焊点的质量和焊接速度，根据所使用的不同锡料成分，烙铁头的温度有一个最佳的温度均值。对于普通的焊锡（含铅,熔点在183°），烙铁头的温度设置在315°。对于无铅焊锡（熔点在217°），烙铁头的温度设置在350°。现在的烙铁基本上都有自动恒温控制器，通过设定控制温度来保证烙铁头的焊接温度。
普通焊锡丝和无铅焊锡丝的烙铁温度
烙铁头的温度过低，会使得焊接加热时间过长，焊锡融化慢、与焊盘浸润的能力下降，增加虚焊的可能性。烙铁头温度过高，一方面会增加芯片的热损毁的几率，同时也容易使得烙铁头氧化烧死，缩短烙铁头的使用寿命。
焊接的时间也会影响焊接质量以及芯片的热损伤。在保证焊点质量的前提下，尽量做到焊接时间短，焊接一次完成。
使用高频感应烙铁完成CPU的修复过程
当芯片具有较大的散热封装，或者焊盘处于大的散热同层的情况下，可以适当增加烙铁头的温度，以保证焊接点的温度，使得焊锡得以充分融化。
二、人体静电
人体静电是芯片的一大隐形杀手。特别是在天气干燥的时候，身上的衣服通过摩擦通常会聚集起高达几千至上万，几个毫焦耳静电。这对于半导体器件，特别是MOS器件则很容易引起它们的过压击穿，造成永久损坏或者性能下降。
手腕上带有静电保护带
消除静电对于器件的威胁，需要在焊接环境上下功夫。在焊接的桌面铺设防静电桌垫；坐的椅子表面使用普通木头或者棉布以减少摩擦起电；在操作员的手腕上带有静电保护带，能够将人体上存在的静电尽快释放到大地中。
控制焊接环境的湿度，也可以有效释放汇聚在焊接环境中残存的静电。
三、烙铁漏电
由于烙铁一般是由普通的220V交流电提供电能。如果烙铁没有能够很好的接地，再加上其内部可能在温度的变化下可能产生漏电，就会使得烙铁头的金属外壳带有高压的交流电。对于普通的芯片来说，交流高压电已经超出了芯片的耐压极限，造成芯片的损毁和性能下降。
烙铁头漏电测试器
烙铁设备都会留有专门的接地引线，在使用前要确保该线能够良好的接大地。定期使用验电笔或者专用的烙铁头漏电测试器进行检查，防止接地失效，烙铁头带有强的漏电。
另外，千万不要带电焊接。往往在设备调试过程中，忘记了断电。或者说设备断电，但电路板上的电容电压并没有完全放电结束。在这种情况下进行焊接，同样可能造成芯片的损坏。
因此，前面问题提出学生的描述，他在焊接的时候，将烙铁头的温度设置在250°左右，这个温度有点低了，使得焊点产生虚焊，引起成电路工作不正常。另外，他没有提起是否对焊接过程中的静电消除以及烙铁漏电检测过程，因此造成IN118损坏很大可能性是他那把可怕的烙铁漏电。
TQFP的焊接过程示意图
实验演示
实验一：烙铁升温以及温度分布
如下是经常使用四种烙铁头。通过使用手机红外摄像头拍摄烙铁头升温过程，并观察烙铁头上的温度分布。
四种常使用的烙铁
苹果手机红外摄像头外配件
感应式烙铁头升温红外录像
从上面的动图过程可以看出，带有控温功能的感应式高频烙铁的升温过程非常快。从室温状态下，经过十几秒的时间便可以达到设定的温度。温度主要集中在烙铁头的前面，相对比较均匀。
这类感应式烙铁升温快，功率大，可以在较大温度范围内维持恒定的温度。在平时不用的时候，它还可以自动进入低功耗状态，以降低工作温度温度，防止烙铁头的氧化。
实验二：烙铁头漏电测试
烙铁头的漏电，即可以使用专门的漏电检测器，也可以使用普通的液晶验电笔进行测量。下面就是使用验电笔对于烙铁头连接的金属外壳进行测试。如果烙铁接地比较良好，测试到的交流电压一般在12V一下，这种漏电电压在大多数情况下对于半导体芯片都是安全的。
使用液晶式验电笔完成烙铁漏电测试
如果烙铁头漏电严重，测试出的验电笔的电压会高达220V，并且伴随着还可以看到微小的电火花。这种烙铁在焊接半导体器件的时候极易造成元器件的损毁。
实验三：使用热风枪完成芯片的拆与装
热风枪是一种可以对表面贴装芯片进行焊接和拆卸的有力工具。配合不同的热风喷头可以操作不同尺寸的芯片。对于一些QFN，BGA芯片也可以使用热风枪完成焊接。
使用热风枪完成芯片的拆卸和安装
上述实验可以看出，由于热风枪可以均匀的加热整个芯片，所以它不会引起芯片的局部变形而损坏芯片。所以使用它可以多次对芯片进行拆卸与安装，大大降低芯片热损坏的几率。
总 结
工欲善其事，必先利其器。焊接过程也是一样，好的工具不仅可以顺利完成各种焊接难题，同时也减少对于芯片的危害。
理解芯片可能损毁的主要原因，则需要根据不同的环境特点，有针对的进行防范。否则一时疏忽大意，则可能造成无法挽回的损失。
在这里仍然很同情前面提出问题的同学，居然接连烧坏了很多IN118芯片，但最后还是归结于温度造成的。通过上面分析，实际上烙铁温度造成芯片损毁的几率实际上并不大。也有一种可能就是电路板本身存在着缺陷，使得新的电路无法正常工作，现在只是初步将不工作的理由推到IN118芯片损坏的身上。
当然这里除了实践经验稍微欠缺以外，还有就是没有去寻找更多了解芯片焊接损坏的可能性。既然现在网络中存在着折磨多的相关的知识，几乎包罗万象。所以用好它，实际上可以获得比课堂上更加丰富的知识与技能。
最后，通过对比Youtube和Youku上相关硬件的视频，可以明显发现，在Youtube上的演示视频，不仅种类非常多，而且制作都非常精良，图像的画质非常好。当然，这需要两个条件：*软件+英语听力。希望大家多多努力吧。