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【活動報導】DIY電路板烤箱:做自己的焊接工廠

作者/攝影:徐韻婕

Maker精神最令人欽佩的,就是以自造的方式解決問題與滿足需求了!小至為自己設計的筆電桌、替寵物貓打造的自動貓砂更換機,大至開發環境感測網路系統(LASS)來解決空污問題等,正因為有問題需要被解決,所以學中做、做中學,這便是自造者文化的一大特色,也是最迷人的地方了。

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1/7(四)在MakerPRO古亭基地的《DIY電路板烤箱分享會》上,邀請到James Hwang與大家分享自製電路板烤箱的訣竅及經驗傳授。James正是因為清楚徒手焊接的許多難處,才自己打造了一個電路板烤箱,解決了焊接常見的問題。

James畢業於美國伊利諾州立大學電機系,亦曾在英業達開發多處理器之刀鋒伺服器;目前成立了自己的電子加工工作室,為客戶解決小量客製生產的問題,而這次活動所介紹的電路板烤箱,就是他工作室裏的"生產工具"之一,是他不斷嘗試改進了兩年的成果!

電子元件焊接門檻

相信很多maker都很難跨越微型接腳的焊接門檻,特別是SMD(表面黏著)零件,有的接腳甚至有小到0.2mm的,若想手焊是高難度的挑戰。

另外,由於環境保護的要求,自2004年起,世界大多數國家開始禁止在焊接材料中使用含鉛的成分,有鉛與無鉛最少有20℃的差距,無鉛製程之溫度曲線不好控制,導致焊接門檻變高。

若是想外包給別人來做,小工廠卻不接小單,有時候工廠接了單,卻容易草率了事,或是先做大單,使得排程日期較久,拉長了交貨時間;即使現在市面上,已經有販售工業用烤箱,但價格高且仍有需多缺點,像是引起失火、烤焦、或是有效面積只有10x10cm……

0107DIY電路板烤箱分享會

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不同的焊接方式的缺點

James除了和大家分享以上幾點問題,也訴說了幾個不同的焊接方式的缺點,例:運用熱風槍焊接,容易把零件吹走,若 PCB 之含銅量高,則需要把風量轉大來提高溫度,但結果常造成PCB被吹焦、板層剝離等慘狀。

使用銲槍的限制也很大,像是焊接0402尺寸的SMD小零件時,銲槍對準接口較困難,且焊接時容易歪掉;此外,使用銲槍焊接還會殘留過多助焊劑和錫珠,不只不美觀,殘留物又會嚴重影響訊號品質。

解法:自製一台電路板烤箱

焊接的問題那麼多,使用不同的手焊方式,又各有不同的限制存在,如果想要用更快更有效又能滿足要求的方式來完成焊接,James表示最好的方式就是自製一台電路板烤箱了!

James分享自製烤箱前,希望達成的目標:

  • 溫度平均
  • 有效面積大
  • 溫控點優化
  • 無鉛製程
  • 可快速拆解零件
  • 測量/紀錄實際溫度
  • 能夠恆溫烘乾PCB
James與自製電路板烤箱

James與其自製的電路板烤箱

經過多次測試,最後James製作出來的電路板烤箱,具有下列規格:

  • Based on Arduino (3.3V/8MHz)
  • 3 組輸出,分別控制加熱管
  • 1 組風扇控制輸出
  • 1 組伺服馬達輸出
  • 2 組溫測能力
  • Serial Output

以過去累積的產線知識,加上這兩年來的持續改善,James終於能讓自製的烤箱達成規格目標,還能焊的精準快速,溫度曲線也是符合工業標準的漂亮曲線,沒有劇烈的落差。現場有人問他眼前這台PCB烤箱成本多少?他回答:「零件成本加一加大約十來張千元鈔票可搞定,但焊出來的東西可不輸價值三、四十萬的工業迴焊爐呢!」

在設計上,James提醒到:「運用迴焊爐焊接的重點在於控制PCB板的溫度,而不是只看迴焊爐空間中的溫度,這是許多人常常誤解的地方; 有時候迴焊爐空間溫度是250℃,但PCB板實際溫度卻是超過 260℃, 或是低於 220℃。」

另外,James自製的迴焊爐,也能用來烘乾PCB板!目前,市面上for maker這樣的控制器,並沒有如此的額外應用,但實際上這樣的需求是存在的,因為PCB板容易受潮,造成不良,此時,自製的設備具有烘乾的功能,則替小量自造增添了許多便利性。

小結

James指出,在歐美的Maker圈中,使用桌上型烤箱來製作電路板已是蠻普遍的事,甚至用它來完成客戶訂單的「小量生產」任務呢。

分享會尾聲,他現場示範自製電路板烤箱的使用方式,也計畫之後開個工作坊,將製作的技巧傳授給大家,讓人人都可以在家開起自己的工廠!

James現場示範用自製的烤箱焊接

James現場示範用自製的烤箱焊接

徐韻婕

徐韻婕

愛好這變動多端的科技時代,期許自己不該只有一項專長,多看多學,才能跟得上變化,並保持著對任何事物充滿好奇心的心態,看待這世界。

英美語文學系畢業,現任職於MakerPRO。
徐韻婕

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