3.4 点阵板及表面贴装元器件手工焊接实践
3.4.1 实例5：点阵板手工焊接实践
点阵板（万能板/通用板）是一种按照标准IC间距（2.54mm）布满焊盘，并可按自己的意愿插装元器件及连线的印制电路板，俗称洞洞板，如图3.121所示。相比专业的PCB制版，点阵板具有使用门槛低、成本低廉、使用方便、扩展灵活等优势，如在学生电子设计竞赛中，通常需要在几天时间内争分夺秒地完成作品，此时就可使用点阵板。
（1）焊接前的准备
在焊接点阵板之前，需要准备足够的细导线用于走线。细导线分为单股和多股，如图3.122所示。单股细导线可弯折成固定形状，剥皮之后还可以当作跳线；多股细导线质地柔软，焊接后显得较为杂乱。
图3.121 点阵板
图3.122 焊接用的细导线
点阵板具有焊盘紧密等特点，要求焊接精度较高，建议使用功率为30W左右的尖头电烙铁。焊锡丝也不能太粗，建议选择线径为0.5～1mm的焊锡丝。
（2）点阵板的焊接方法
对于元器件在点阵板上的布局，可采用顺藤摸瓜的方法，即以核心元器件为中心，其他元器件见缝插针。这种方法是边焊接边规划，无序中体现着有序，效率较高。由于初学者缺乏经验，所以不太适合采用这种方法。初学者可以先在纸上做好初步布局，然后用铅笔画到点阵板正面，进而将走线规划出来，便于焊接。
点阵板的焊接方法一般采用细导线飞线连接，走线尽量水平和竖直，整洁清晰，如图3.123所示。现在流行一种锡接走线法，工艺不错，性能稳定，但比较浪费锡，如图3.124所示。纯粹的锡接走线法难度较大，受到焊锡丝、个人焊接工艺等各方面的影响。如果先拉一根细铜丝，再随着细铜丝拖焊，则简单许多。
（3）点阵板的焊接步骤与技巧
很多初学者焊接时很不稳定，容易短路或断路，其原因为布局不够合理、焊接工艺不良、缺乏技巧等。
图3.123 细导线飞线连接
图3.124 锡接走线法
①初步确定电源线、接地线的布局。
电源线贯穿电路始终，合理布局电源线对简化电路起到十分关键的作用。某些点阵板布置有贯穿整块板子的铜箔，应将其用作电源线和接地线。如果无此类铜箔，也需要对电源线、接地线的布局有一个初步的规划。
②善于利用元器件的引脚。
点阵板的焊接需要大量的跨接、跳线等，不要急于剪断元器件多余的引脚，有时直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半功倍。另外，本着节约材料的目的，可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线。
③善于设置跳线。
特别要强调这一点，多设置跳线不仅可以简化连线，而且美观实用，如图3.125所示。
④充分利用敷铜板上的空间。
芯片座里面隐藏元器件，既美观，又能保护元器件，如图3.126所示。
图3.125 善于设置跳线
图3.126 充分利用敷铜板上的空间
⑤善于利用元器件自身的结构。
如图3.127所示的矩阵键盘是一个利用元器件自身结构的典型例子。图中的轻触式按键有4个引脚，两两相通，可以利用这一特点来简化连线，电气相通的两个引脚可充当跳线。
⑥善于利用排针。
排针有许多灵活的用法，比如两块敷铜板相连，就可以用排针和排座，排针既起到了两块敷铜板间的机械连接作用，又起到电气连接的作用。
⑦在需要时割断铜箔。
在使用连孔板时，为了充分利用空间，必要时可用小刀或打磨机割断某处的铜箔，可以在有限的空间放置更多的元器件。
图3.127 善于利用元器件自身的结构
⑧充分利用双面板。
双面板比较昂贵，既然选择，就应该充分利用。双面板的每一个焊盘都可以当作过孔，可灵活实现正、反面电气连接。
图3.128为采用点阵板制作的直流稳压电源板实物图。图3.129为由单片机控制的LED灯柱实物图。
图3.128 采用点阵板制作的直流稳压电源板实物图
图3.129 由单片机控制的LED灯柱实物图
3.4.2 实例6：表面贴装元器件手工焊接实践
越来越多的电路板采用表面贴装元器件（贴片元器件），与传统的封装相比，贴装元器件可以减小电路板的面积，易于大批量加工，布线密度高。贴片电阻和贴片电容的引线电感大大减小，在高频电路中具有很大的优越性。
随着电子系统设计技术的发展，贴片元器件的手工焊接和拆卸是电子爱好者经常接触的操作。但对于贴片元器件，不少人仍感到畏惧，特别是初学者，觉得它不像传统的引线元器件那样易于把握。本节将介绍常见贴片元器件手工焊接需要的工具和基本焊接方法。
1.工具和材料的特殊需要
要高效自如地焊接、拆卸贴片元器件，关键是要有合适的工具和材料。下面是一些最基本的工具和材料。
（1）镊子
焊接贴片元器件一般选用不锈钢尖头镊子，避免其他磁性镊子吸附较轻的贴片元器件。
（2）电烙铁
焊接贴片元器件一般选用尖头电烙铁（尖端的半径在1mm以内），或者使用斜口的扁头电烙铁，有条件的可使用温度可调和带ESD保护的焊台。
（3）热风枪
热风枪一般用来拆卸多脚的贴片元器件，也可以用于焊接。图3.130是吹塑料用的热风枪，其吹出的热风温度可达400～500℃，足以熔化焊锡，经济适用，在很多销售电子元器件的店面都能买到。
（4）焊锡丝
当选用尖头电烙铁时，一般选用细焊锡丝（0.3～0.5mm）；当选用斜口扁头电烙铁拖焊时，可选用较粗的焊锡丝。
（5）辅助工具
当IC的相邻两脚被锡短路时，传统的吸锡器派不上用场，可采用专门的编织带（去锡丝）吸，也可使用多股软铜丝吸。
放大镜要有座和带环形灯管的那一种，如图3.131所示，手持式的不行，因为有时需要在放大镜下双手操作。放大镜的放大倍数一般要求5倍以上，最好能达到10倍。
图3.130 吹塑料用的热风枪
图3.131 手工焊接贴片元器件放大镜
还要准备助焊剂、异丙基酒精等。使用助焊剂的目的主要是增加焊锡的流动性，使焊锡可以用电烙铁牵引，并依靠表面张力的作用光滑地包裹在引脚和焊盘上。焊接后，用异丙基酒精清除电路板上的助焊剂。
2.焊接方法
（1）贴片阻容元器件的焊接
贴片阻容元器件的焊接过程如下。
①在一个焊点上点上焊锡，用电烙铁加热焊点，如图3.132所示。
②用镊子夹住元器件，焊上一端后，检查是否放正，如图3.133所示。
图3.132 加热焊点并上锡
图3.133 焊接贴片阻容元器件一端
③若元器件已经放正，则焊接另一端，如图3.134所示。
焊接好的贴片阻容元器件如图3.135所示。
图3.134 焊接贴片阻容元器件另一端
图3.135 焊接好的贴片阻容元器件
（2）PQFP封装贴片IC的焊接
PQFP封装贴片IC的手工焊接过程如下。
①焊接之前，先在IC所有焊盘上涂上助焊剂，用电烙铁处理一遍，以免焊盘镀锡不良或被氧化，造成不好焊，芯片一般不需要处理。一遍助焊剂要涂够，大部分情况下两遍较少，助焊剂比一遍更容易形成堆积。
②在电烙铁容易接触到的焊盘上涂上焊锡，如图3.136所示。
图3.136 在焊盘上涂助焊剂并部分上锡
③用镊子小心地将PQFP芯片放到电路上，注意不要损坏引脚，使其与焊盘对齐，保证芯片的放置方向正确。把电烙铁的温度调到300℃左右，用电烙铁尖沾上少量焊锡，用工具向下按住已对准位置的芯片，焊接两个对角位置上的引脚，使芯片固定不能移动。焊完对角引脚后，重新检查芯片的位置是否对准。若有必要，可进行调整或拆除，并重新在电路板上对准位置。
④在IC引脚上大面积堆满焊锡时，可用电烙铁尖接触每个引脚的末端，直到看见焊锡流入引脚，如图3.137所示。
⑤采用专用的去锡丝带或松香配多股软细铜丝，并用电烙铁加热吸去多余的焊锡，分别如图3.138和图3.139所示。
图3.137 贴片IC引脚上大面积堆满焊锡
图3.138 将软细铜丝置于IC引脚焊锡上用电烙铁加热
⑥用清洗剂或酒精清洗焊接后的电路板，如图3.140所示。
图3.139 去锡后的贴片IC
图3.140 用酒精清洗焊接后的电路板
⑦用高倍显微镜查看焊点，检查有无虚焊、短路、漏焊。
3.4.3 实例7：BGA芯片的手工拆卸植球及焊接实践
1.工具和材料的选用
（1）植锡板
植锡板分为两类：一类是把所有型号都做在一块大的通用连体植锡板上；另一类是每种IC单独一块板。这两种植锡板的使用方式不一样。
连体植锡板的使用方法是将锡浆印到IC上后，就把植锡板扯开，用热风枪吹成球。这种方法的优点是操作简单，成球快；缺点如下。
①锡浆不能太稀。
②对于有些不容易上锡的IC，如软封的FLASH或去胶后的CPU，吹球的时候，锡球会乱滚，极难上锡。
③一次植锡后，不能对锡球的大小及空缺点进行二次处理。
④植锡时，不能连植锡板一起用热风枪吹，否则植锡板会变形隆起，无法植锡。
每个IC单独一块植锡板的使用方法是将IC固定到植锡板下面后，刮好锡浆，连板一起吹，成球冷却后，再将IC取下。其优点是，热风吹时，植锡板基本不变形，一次植锡后，若有缺脚或锡球过大过小现象，可进行二次处理，特别适合新手。本书选用小植锡板进行介绍。
（2）锡膏
建议使用瓶装高品质的BGA芯片专用锡膏，颗粒细腻均匀。
（3）锡膏刮刀
对锡膏刮刀一般没有什么特殊要求，只要能够把锡膏均匀地刮到小植锡板上即可。
（4）热风枪
最好使用有数控恒温功能的热风枪，不同的BGA芯片用不同的热风嘴吹，一般情况下，使用快克850D或以上的热风枪即可。
（5）助焊膏
助焊膏要求对IC和PCB没有腐蚀性，沸点仅稍高于焊锡的熔点，在焊接时，焊锡熔化不久便开始沸腾，吸热气化，可使IC和PCB的温度保持在这个温度。
（6）洗板水
洗板水对松香、助焊膏等有极好的溶解性，酒精对松香、助焊膏的溶解性不强。
2.拆卸
用热风抢折卸BGA芯片如图3.141所示。
3.植球
（1）焊盘的清理
在BGA芯片的引脚上加适量的助焊膏，用电烙铁将残留焊锡去除，用天那水洗净。
（2）固定
焊盘清理干净后，将BGA芯片装入植球台，如图3.142所示。
图3.141 BGA芯片的拆卸
图3.142 将BGA芯片装入植球台
（3）涂抹助焊膏
助焊膏分为有铅和无铅两种。有铅助焊膏不能用于无铅焊接，因为如果是用有铅助焊膏焊接无铅芯片，那么没等锡球达到熔点温度，助焊膏就已经挥发完了。推荐有铅、无铅焊接统一使用优质无铅助焊膏。涂抹助焊膏时，应在BGA芯片的一边或相对的两边（切忌在BGA芯片四边都涂抹助焊膏，如果在BGA芯片四边都涂抹助焊膏，等于密封了，助焊膏流不到BGA芯片中心）涂抹，涂抹的量要适当大一点，如图3.143所示。在加热过程中，助焊膏会向BGA芯片下方流动，并从其他边流出，此时为了方便观察BGA芯片下方的锡球变化，可用棉签擦去流出的助焊膏。如果在加热过程当中发现助焊膏加的量少了，则不能再次涂抹助焊膏，可用镊子夹住小块松香涂抹在BGA芯片边上需要加助焊膏的位置。
（4）准备好锡球
按要求准备好锡球，如图3.144所示。
图3.143 BGA芯片涂抹助焊膏
图3.144 锡球
（5）放置锡球
把涂抹好助焊剂或焊膏的BGA芯片放置在工作台上，助焊剂或焊膏面向上。准备一块与BGA芯片匹配的植锡板，植锡板的开口尺寸应比锡球直径大0.05～0.1mm，把植锡板四周用垫块架高，放置在涂抹好助焊剂或焊膏的BGA芯片上方，使植锡板与BGA芯片之间的距离等于或略小于锡球的直径，在显微镜下对准。将锡球均匀地撒在植锡板上，把多余的锡球用镊子拨（取）下来，使植锡板表面恰好在每个漏孔中保留一个锡球。移开植锡板，检查并补齐锡球，如图3.145所示。
图3.145 BGA芯片放置锡球
（6）用热风枪慢慢加热
最好用BGA拆焊台，一般至少要设置20段以上温度曲线，加热时间为3～5min。预热区、升温区、焊接区、冷却区的升（降）温速率是不一样的，每个区的时间分配也是有讲究的。
①第一升温斜率，温度为75～155℃，速率最大值为3.0℃/s。
②预热温度为155～185℃，时间为50～80s。
③第二升温斜率，温度为185～220℃，速率最大值为3.0℃/s。
④最高温度为225～245℃。
⑤220℃以上时，应保持40～70s。
⑥冷却速率最大不超过6.0℃/s。
完成植球的BGA芯片如图3.146所示。
（7）焊接
装好预热台，对好BGA芯片位置，开始焊接，如图3.147所示，用镊子轻轻移动BGA芯片，感觉焊接效果。焊接完成的BGA芯片如图3.148所示。
图3.146 完成植球的BGA芯片
图3.147 BGA芯片焊接
图3.148 完成焊接的BGA芯片
4.手工焊接注意事项
焊接完成后，首先检查BGA芯片是否焊平，从BGA芯片的四边看，每边都应与主板平行，可以看到锡球没有被拉长、压扁；否则，可能是操作问题或主板变形了引起锡球被拉长、压扁。
如果使用BGA拆焊台，在温度设得合适的情况下制板还起泡，那么应该是板子受潮了，在加热的过程中水蒸气膨胀导致起泡，特别是在一些气候比较潮湿的地区，但主要原因可能是在拆焊BGA芯片时，底部预热不充分，建议在制板之前，将BGA芯片和板一起预热几分钟（2～3min即可）。
BGA焊接的特点是，主板由于尺寸、厚度、材料等关系，与BGA芯片比起来导热性能要差很多，升温速度明显要慢很多，热透所花的时间要长很多，当主板低温时，从芯片方向向下传导的热量，会很快被主板吸收，对于加热锡球起到的作用微乎其微。由此应注意以下两点：
（1）提前预热。芯片毕竟是一个多层结构，而且主板（基板）是PCB材料，导热性能再好，上、下层也会存在温差，骤然间出现一个很大的温差很容易损坏芯片。
（2）根据经验，芯片承受高温的能力很强，但长时间承受高温的能力并不强：
①加热时间尤其是高温区加热时间要尽量缩短；
②一旦发现锡球熔透了，应马上停止加热，进行下一步操作；
③焊接时一定要加助焊膏；
④锡球熔化时，从芯片上面给它一个向下的压力，让锡球和焊点充分接触。