與敏感組件直接電接觸的烙鐵，焊錫提取器和其他設(shè)備可能會(huì)向這些設(shè)備注入大量能量。具體來說，烙鐵頭的尖端與組件的引腳之間的金屬接觸是大電流的通道，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備損壞。

烙鐵頭從哪里獲得電壓？畢竟，它應(yīng)該接地，就像帶有組件的PCB一樣，因此理論上應(yīng)該沒有電壓差，因此在烙鐵頭和設(shè)備之間應(yīng)該沒有有害電流。但是，僅對(duì)于DC或非常低的頻率（例如電源（50 / 60Hz）），這可能是正確的。對(duì)于高頻信號(hào)，可能會(huì)大不相同。

瞬態(tài)信號(hào)作為EOS的來源

假設(shè)熨斗的尖端正確接地，則其上的電壓主要可以通過接地連接到達(dá)，并且一定程度上可以通過加熱元件與尖端之間的電容耦合來到達(dá)。

接地本身并不產(chǎn)生任何信號(hào)。但是，接地線連接了整個(gè)工廠，一旦一些雜散的電信號(hào)進(jìn)入接地網(wǎng)絡(luò)，該信號(hào)就可以到達(dá)很遠(yuǎn)的地方。

地面上的主要電壓源是從電源線泄漏的瞬態(tài)信號(hào)。瞬態(tài)信號(hào)可能來自多種來源，例如開關(guān)電源，晶閘管控制，伺服電機(jī)，設(shè)備換向等[1]。這些信號(hào)可以達(dá)到很大的幅度。圖1顯示了因接通普遍存在的熱風(fēng)槍而引起的電力線上的瞬態(tài)信號(hào)。如圖所示，峰值信號(hào)達(dá)到了13.3V，這并不是在運(yùn)行大量大電流設(shè)備的制造環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的最高信號(hào)。

由于中性點(diǎn)和地線最終會(huì)在某個(gè)點(diǎn)連接在一起，并且由于幾乎所有設(shè)備中都存在泄漏電流（電源線和地之間的寄生電流），而在制造設(shè)備中，更高程度地還存在這些瞬態(tài)信號(hào)在地上。高頻下的電流泄漏明顯高于電源線頻率下通常指定的泄漏。這是由于在較高頻率下寄生電容耦合的阻抗大大降低了。由于接地網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性以及烙??鐵本身在高頻下的泄漏增加，在接地的烙鐵頭與帶有組件的接地PC板之間極有可能出現(xiàn)電流尖峰。

什么是可接受且安全的？

在烙鐵頭上有許多限制信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)和建議。ESD協(xié)會(huì)的STM13.1-2000 [2]將電流限制設(shè)置為10mA，電壓限制設(shè)置為20mV。盡管本文檔中的測(cè)試設(shè)置暗含市電（50 / 60Hz）信號(hào)，但沒有規(guī)定信號(hào)特性的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，本文檔中的當(dāng)前限制大約有15年的歷史（在標(biāo)準(zhǔn)組織內(nèi)部完成和發(fā)布文檔至少需要三年的時(shí)間）；當(dāng)前的電流極限應(yīng)大大降低，以反映當(dāng)今組件的更高靈敏度。

現(xiàn)在已經(jīng)過時(shí)的MIL-STD-2000 [3]及其相關(guān)的軍事標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尖端上的電壓不得超過2mV RMS。RMS值對(duì)于瞬態(tài)信號(hào)可能會(huì)產(chǎn)生極大的誤導(dǎo)。2mV RMS可能會(huì)轉(zhuǎn)換成瞬態(tài)信號(hào)的很高峰值電壓–電壓尖峰可能非常窄，即占空比非常短–請(qǐng)參考圖2來查看瞬態(tài)信號(hào)的峰值和RMS值之間的差異，這同樣來自于在工作臺(tái)上的同一熱風(fēng)槍上，時(shí)基被擴(kuò)展到典型的萬用表可以測(cè)量的程度。761mV峰值僅轉(zhuǎn)換為15.8mV RMS信號(hào)-在這種情況下為48倍。對(duì)于此類波形，2mV RMS信號(hào)將轉(zhuǎn)換為96mV峰值信號(hào)。顯然，RMS值不是在烙鐵頭上指定信號(hào)的最佳方法。

IPC-TM-650第2.5.33.2節(jié)允許在烙鐵頭上提供2V峰值電壓，該電壓非常高；同一文檔的第2.5.33.3節(jié)允許用萬用表測(cè)量最大1μA的電流，而不是提供RMS或平均值的范圍。

與上述IPC標(biāo)準(zhǔn)不同，IPC-A-610-E [4]是控制PCB組裝質(zhì)量的最基本文件，提供以下說明：

3.1.1 EOS / ESD預(yù)防–電氣過應(yīng)力（EOS）

…在處理或加工敏感組件之前，需要對(duì)工具和設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)測(cè)試，以確保它們不會(huì)產(chǎn)生破壞性能量，包括尖峰電壓。當(dāng)前的研究表明，小于0.5伏的電壓和尖峰是可以接受的。但是，越來越多的極其敏感的組件要求電烙鐵，焊錫提取器，測(cè)試儀器和其他設(shè)備絕不能產(chǎn)生大于0.3伏的尖峰。

IPC-7711 [5]提供了電子電路返工指導(dǎo)，模仿IPC-A-610-E。

哪些測(cè)量很重要

讓我們檢查由傳導(dǎo)EMI引起的EOS信號(hào)的特性。通常，傳導(dǎo)的發(fā)射信號(hào)是高能量信號(hào)，即具有低輸出阻抗并能夠傳遞高電流。原因是在低阻抗電源線上產(chǎn)生干擾需要電源，并且只有真正的低阻抗噪聲源可以提供。由于電力線的電流能力，即使電力線上相當(dāng)?shù)偷碾妷核矐B(tài)信號(hào)也可能非常危險(xiǎn)。

電流是對(duì)敏感設(shè)備的EOS安全性的更好度量，因?yàn)樗菍?dǎo)致實(shí)際損壞的電流（很少有例外）。另外，由于阻抗復(fù)雜，某些設(shè)備和板的電流能力可能會(huì)在高頻下受到限制。因此，電壓測(cè)量本身并不能完全確定電流注入電路的情況。

有利于電流測(cè)量而不是電壓的另一個(gè)因素是，電源線上和地面上的瞬態(tài)信號(hào)很強(qiáng)，很容易通過輻射將相應(yīng)的信號(hào)注入示波器的探頭電纜，從而使電壓測(cè)量結(jié)果失真。由于多種因素，包括電流探針裝置的較低阻抗，將輻射信號(hào)注入電流探針的注入明顯少于注入電壓探針的注入。我們將專注于電流的測(cè)量。

圖3中顯示了工作臺(tái)的典型設(shè)置。在最壞的情況下，使用接地的金屬板代替PCB。電流使用Tektronix的CT1電流探頭[6]進(jìn)行測(cè)量，帶寬為1GHz。該探頭的轉(zhuǎn)換系數(shù)為5mV / ma，這意味著在示波器上將1mA的電流視為5mV。

制造環(huán)境中有許多噪聲源。其中一些是隨機(jī)的，例如打開和關(guān)閉典型的熱風(fēng)槍或其他設(shè)備而產(chǎn)生的瞬變。其他的則是周期性的，與市電上的電壓波形（50或60 Hz）同步。周期性的瞬態(tài)信號(hào)是由多種設(shè)備引起的，包括加熱器，視覺系統(tǒng)的亮度控制等等。為了數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，我們將重點(diǎn)放在周期性信號(hào)上。在下面描述的測(cè)試中，使用了與60W燈泡相連的普通調(diào)光器產(chǎn)生的易于再現(xiàn)的噪聲。

圖4描繪了電源線上的此類瞬態(tài)信號(hào)以及圖3所示設(shè)置中烙鐵頭與組件之間的相應(yīng)電流。如圖所示，來自烙鐵頭的峰值電流（19.12mA）明顯高于ESDA所允許的峰值電流。 STM13.1-2000。應(yīng)該注意的是，在工業(yè)環(huán)境中，電力線上的典型瞬態(tài)信號(hào)通常明顯高于圖4所示的信號(hào)–參見前面的圖1。

來自先前發(fā)布的來源的數(shù)據(jù)證實(shí)了以上數(shù)據(jù)。雷聲公司在2005年ESD研討會(huì)上發(fā)表的論文[7]中顯示，烙鐵尖端的瞬態(tài)電流達(dá)到1000mA。

噪音如何在烙鐵頭上產(chǎn)生

盡管大多數(shù)專業(yè)級(jí)烙鐵的烙鐵頭已足夠接地，以適用于DC和非常低的頻率，但在高頻情況下，情況卻大不相同。圖5顯示了烙鐵和工作臺(tái)在高頻下的外觀。有幾個(gè)因素在起作用（沒有特殊的重要性順序）：

電力線上的噪聲會(huì)通過電容性和電感性耦合以及泄漏電流在地面上感應(yīng)出相應(yīng)的噪聲。

由于多種因素，開關(guān)電源（用于烙鐵中的將120 / 250V轉(zhuǎn)換為典型的24V的電源）對(duì)于高頻信號(hào)可能是透明的，其中寄生電容是主要因素。來自電源的噪聲因此可以傳播到熨斗加熱元件的低壓線路

烙鐵內(nèi)部的開關(guān)電源本身可能就是噪聲源

鐵的加熱元件與烙鐵頭電容耦合，可傳播高頻信號(hào)

接地線-從干線到熨斗的電源，從熨斗的電源到熨斗本身，以及從焊接的物體到設(shè)備的地面-都具有復(fù)雜的阻抗，包括電阻和電感。

如果尖端上的電壓與PCB上或焊接的組件上的電壓相同，則不會(huì)有任何電流。在直流和50 / 60Hz頻率下，專業(yè)烙鐵的接地方案通常效果很好。在高頻下，由于整個(gè)接地線的阻抗很復(fù)雜，尖端和組件之間的電壓幾乎不可能均衡。除其他因素外，該阻抗會(huì)引起接地反彈[8]和相移，以及諧振和振鈴[9]。有時(shí)加劇了這種情況的是，有些工廠選擇了單獨(dú)的“ ESD接地” –一個(gè)不同的接地網(wǎng)絡(luò)，該接地網(wǎng)絡(luò)最終連接到設(shè)施接地。這兩個(gè)接地網(wǎng)絡(luò)中的長(zhǎng)導(dǎo)線通向烙鐵和工作臺(tái)，這極大地增加了高頻時(shí)的電壓差。圖6顯示了在幾種情況下從烙鐵頭流出的電流，烙鐵的插入位置與工作臺(tái)/ PCB的接地之間的距離不同。如圖所示，電流差達(dá)到?80％。

烙鐵性能

所有的烙鐵在產(chǎn)生和/或降低噪音時(shí)是否都一樣？頂級(jí)烙鐵怎么樣？如果烙鐵頭有電流，是否表示烙鐵本身有缺陷或不適合使用敏感元件？

來自專業(yè)級(jí)正確安裝的烙鐵頭的高頻電流不是由烙鐵本身引起的，而是由復(fù)雜的設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)備的布線和操作引起的。烙鐵只是焊接過程中的一個(gè)組成部分，無論其質(zhì)量如何，都無法從根本上解決設(shè)備本身的問題。簡(jiǎn)而言之，如果您有優(yōu)質(zhì)的烙鐵，那么它就是在做它的工作。為熨斗只是組件之一的整個(gè)工作臺(tái)提供安全的EOS環(huán)境是用戶的任務(wù)。

暫態(tài)信號(hào)對(duì)電力線和地面的影響

如果電力線上的瞬態(tài)信號(hào)源是已知的，并且可以在不影響生產(chǎn)過程的情況下將其移除，那么從烙鐵頭端來的電流減小相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，來源經(jīng)常是未知的或無法刪除。剩下的唯一選擇是接地管理，并過濾掉電源線和地面上的瞬態(tài)信號(hào)。

接地管理

重新路由接地連接以及將“嘈雜”接地與干凈的接地分開可以幫助減少有害電流。本文[4]推薦和解釋的技術(shù)有助于減輕某些噪聲問題。具體而言，對(duì)設(shè)施接地的低阻抗以及“嘈雜”和“安靜”接地之間的分隔以及將烙鐵和工作臺(tái)連接到“安靜”接地的情況通常會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生較低水平的瞬態(tài)信號(hào)。

如圖6所示，工作臺(tái)和烙鐵之間盡可能靠近的接地可以顯著減少焊接過程中的電流暴露。

但是，僅靠接地管理并不能令人滿意地解決噪聲問題，因?yàn)闊o法消除EMI的源頭，并且烙鐵中仍然存在有問題的信號(hào)。

濾除噪音

除非大大降低電源線和地面上的噪聲，否則在焊接過程中始終會(huì)有EOS暴露的可能性。主要有兩種情況：

a）地面和電源線上都有
噪聲b）噪聲只在地面上存在，而在電源線上沒有強(qiáng)烈噪聲，即地面上的噪聲來自工廠的其他地方

電力線電磁干擾濾波器

這些濾波器可抑制電源線上的噪聲，并為負(fù)載（在我們的示例中為烙鐵）提供相對(duì)清潔的電源。一些EMI濾波器還可以抑制接地線中的噪聲。

圖7顯示了建議使用烙鐵的電源線EMI濾波器的應(yīng)用。將工作臺(tái)或工具的接地連接到濾波器的接地端子，而不是設(shè)備接地，這一點(diǎn)很重要–濾波器在其輸出端創(chuàng)建安靜的“ EMI生態(tài)系統(tǒng)”。圖8顯示了與OnFILTER的APN515LG濾波器配合使用而經(jīng)過優(yōu)化的烙鐵頭端電流，該烙鐵頭針對(duì)焊接工藝進(jìn)行了優(yōu)化，而電源線上的噪聲與圖4相同。可見，從烙鐵頭端流出的電流可以忽略不計(jì)。

這需要針對(duì)焊接工藝特性進(jìn)行優(yōu)化的專門設(shè)計(jì)的過濾器–有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參考[9]。

地線濾波器

如果電源線上沒有可觀的噪聲，但是地面有從其他地方傳播的噪聲，則接地線濾波器可能是電源線濾波器的很好替代品–比更復(fù)雜的電源線濾波器便宜。在您的設(shè)備地面和工作臺(tái)/工具之間連接接地線濾波器。為了提供安全，無噪音的環(huán)境，需要正確選擇接地線濾波器。

結(jié)論

電源線和地面上的高頻信號(hào)會(huì)在焊接過程中導(dǎo)致高電流流入敏感設(shè)備，從而導(dǎo)致電氣過應(yīng)力和設(shè)備損壞。正確分析焊接環(huán)境以及導(dǎo)電物體與敏感設(shè)備接觸的任何環(huán)境，并采取預(yù)防和糾正措施，可以提高良率并減少EOS引起的故障。

參考：

• 電氣過應(yīng)力（EOS）及其對(duì)當(dāng)今制造業(yè)的影響，V。Kraz，Pulse Magazine，2012年4月17日
• ESDA STM13.1-2000
• MIL-STD-2000軍事標(biāo)準(zhǔn)：焊接電氣和電子組件的標(biāo)準(zhǔn)要求
• IPC-A-610-E-2010，電子組件的可接受性，IPC
• IPC-7711B IPC電子組件的返工，修改和維修
• 泰克交流電流探頭
• 焊接到故障120VAC插座的烙鐵的EOS，Raytheon，W. Farrel等。ESD研討會(huì)論文集，2005年
• 您的地盤好嗎？V. Kraz和P. Gagnon，評(píng)估工程，2001年
• 交流電上的快速瞬變對(duì)EOS的損害，A。Wallash，V。Kraz，ESD研討會(huì)論文集，2010年

編輯：hfy