現在的板卡產品除了主打功能特色,也會在產品用料下功夫,像是較易壞的被動元件—電容,從剛開始的電解電容,換成現在的固態電容,更高階的主機板甚至已經換到了導電性高分子電容。筆者是手賤一族,看到爛電容很想把它換掉,接下來就跟筆者一起土砲,把更好的電容換上去。

快速目錄:

作戰目標

在一個熬夜截稿的夜晚,回家竟發現EeePC開始花屏當機,拆開一看發現好多地方沒上電容,在死馬當活馬醫的信念下,筆者展開換電容的任務。

溫馨提醒:此次實作會牽涉到高溫環境,除了會造成電子元件損壞外,亦可能導致操作者受傷。筆者鄭重提醒大家小心操作,工作範圍裡不要有易燃物品。

電容是什麼

電容主要是負責儲存電能,就像是電的水庫一般,雨季時先儲存水資源,旱季時再釋放出水。同時電路上的電壓變化若超過預定容許值時會造成產品運作不正常,此時也可加入電容,過濾線路中不必要的雜訊,讓產品運作時可靠度更高。

電容有幾種

▲電解電容,DIP封裝

只要是電子材料行就一定會有賣,如果要買到日製的產品就得去比較大的店家詢問,想買音響專用電容的讀者可到光華附近八德路上的音響店找。價格由高到低分別為音響電容>日製電容>台製電容。台製電容大概在10元以下,日製約在10~20元,音響電容就很貴了,有時一顆即可高達上百元。

鋁質電解電容可說是應用最廣的電容了,幾乎所有的電子產品拆開都可以看到它的身影,外型通常是金屬殼加上收縮膜,上面會印上廠牌、耐壓、容值、正負極方向。由於製造門檻低,價格也低,適合應用在滑鼠鍵盤等負載不大的產品上。也因為耐高壓的特性,會應用在電源處理的電路上。可惜的是正負極中填充的介電材料包含水,不耐高溫,為避免水蒸發時的高壓導致電容爆炸,最上端的金屬殼會壓上紋路,在內部壓力到達一定程度時會從此處裂開洩壓,也就是爆漿電容的由來。另一個隱憂是由於含水的緣故,會跟正負極上的材料發生化學反應,久而久之內部形成短路,導致電容的功能喪失。

▲固態電容,DIP及SMD封裝

固態電容放在高頻電路中的效果會比電解電容來的好,在長期高熱環境中的可靠性也比電解來的優秀。在大間的電子材料行才會有,其中也會分台製跟日製,一樣是日本的比較貴。日本製約比台製貴約5~10元。

為解決電解電容不耐高溫的問題,便有了固態電容的誕生。之所以叫做固態,正是因為其內部已經不含水,使用導電性高分子材料作為正負極之間的介電材料,充放電反應比電解電容更快,也比電解電容更耐高低溫(電解電容低溫時正負離子移動速度較常溫緩慢)。但目前這種電容的價格較高,容值及耐壓特性也比不上電解電容。

固態電容比較明顯的特徵就是一顆圓柱狀的金屬物體,外面不再加收縮膜,直接將資訊印在電容頂部。不過這種辨識方法也不是萬能的,像是Sanyo的OS-CON電容外面還是會有收縮膜包著,長的跟電解電容差不多。

▲鉭質電容,SMD封裝

這種電容常常出現在小型產品上,適合以自動化生產,比較小的體積可以使用在空間受限的產品內,例如MP3、筆記型電腦。想買這種電容並不是容易,通常在備貨比較完整的店家才會有,就算有賣,規格可能也不齊全,入手難度頗高。價格約20~30元之間。

最後一種常用的電容便是常常會在筆電內所看到的鉭質(陶瓷)電容,因為筆電內部空間有限,要塞電解或是固態電容進去比較困難,所以便會採用此種封裝體積較小的電容。外觀會是跟一顆米粒大小差不多的長方體固形物。

電容怎麼挑

以電解電容來說,你可以在一般電子材料行找到這個圓柱狀的物體,加上一長一短的金屬接腳。在被動電子元件(不對訊號做處理的零件)的規則裡,比較長的那隻接腳會是電路上的正極,另一隻接腳即為負極(負極那一側也會印上「-」標誌)。接下來請觀察電容上塑膠膜的資訊,最少都會標示3個部份:溫度、耐壓及容值。溫度(℃)指的是這顆電容所能承受的最高運作溫度,耐壓(V)指的是這顆電容可以承受到多高的電壓而不損毀,容值(uF)部份就是這顆電容的蓄電量,也就相當於水庫蓄水量的意思。其他文字部分就是廠商對於這顆電容的批號標示,等級,牌子之類等等。

大部分的固態電容不會再外包那一層收縮膜,所以標示會直接印在鋁製外殼上,一樣是長腳為正極,短腳為負極。但在負極那端不再用負號標示,而是直接印上一個顏色來標明,也同樣的會有容值及耐壓的標示,但不再有溫度標示。

小型的鉭質電容因為能印上資訊的面積太小了,通常只會在上面註明容值以及正負極(有顏色標示或是有「+」記號的那端為正極),但是我們怎麼知道它的耐壓是多少呢?除了買的時候記下來之外,已經焊在電路板上的只好請出三用電錶大大了。將產品的電源開啟,再將三用電錶的檔位轉到直流檔位,因為鉭質電容耐壓不高的關係,可以直接轉到DC 200V以下進行量測,精準度不夠時再往下轉一檔即可,將三用電錶的探針分別放在鉭質電容的兩端即可量測。

另外在換電容之前,最好先觀察舊電容擺放的正負極方向,如果害怕解焊舊電容後忘記正負極方向的話,請讀者自行在電路板上稍作記號,否則正負極接反的話電容可是會爆炸的!

如何用三用電錶量電壓

▲先將三用電錶的檔位轉至電壓部分(量直流請轉DC,量交流請轉AC)。

▲再將探針置於待測元件正負極兩端,接反沒關係。

▲從螢幕上讀出測量數據,接反的話會變成負值,取絕對值即可。

要換哪一顆

既然越貴的電容越好,那我乾脆買最貴的那種來全部換上就好了啊!其實不然,以同一種電容來說,容值越高的過濾高頻雜訊的能力就越低,充放電的速度也比較慢。不同種類的電容之間也擁有著不可互換的特性,像是電解電容的高耐壓特性尚無法被其他電容完全取代。如果讀者喜歡「高人一等」的感覺,倒是可以換上特性更好的電容,比如說NCC公司的電解電容有許多等級之分,當你不滿意廠商所用的等級時(如KMG),可以往上換更高等級的產品(如KZG)。

但是真的找不到同樣規格的電容來替換怎麼辦呢?找不到相同耐壓值的電容可以用更高耐壓值取代(更高耐壓的電容更大顆,需注意電路板上是否有空間擺放),但是容值部分則不建議以其他規格的電容取代,因為充放電的時間會改變,我們無法預估這個時間的改變會不會對產品運作產生影響。

目前所有的被動式電子零件幾乎都是用兩種形式來封裝:DIP及SMD。DIP就是我們常常在主機板上看到一顆圓筒狀的電容,接腳會貫穿整片電路板,在生產線上需要以人工插件的方式安裝,算是比較老的製作方式。SMD封裝因為體積較小,反而比較適合以機器手臂的方式安裝,比起以往的生產流程更丕需要人力介入,生產速度比較快。接下來就跟筆者一起換裝DIP和SMD電容吧。

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(後面還有:有的沒的準備工具)

準備工具一覽

必備工具

烙鐵、烙鐵架:烙鐵的瓦數選擇要視PCB層數而定,印刷電路板是雙面的話就只要40W,如果是主機板那一類的就需要60W(銅箔層數多散熱快)。烙鐵架當然是拿來放烙鐵的,不然被幾百度的溫度燙到可不是開玩笑的。

入手價格:烙鐵170元,烙鐵架50元。

錫:錫是元件和電路板之間的黏著劑,純錫熔點在232°C左右。有分含銀不含銀,含鉛不含鉛。含銀導電性比較好,含鉛熔點比較低,好焊可是有毒,端看你的需求如何。

入手價格:40元。

吸錫器、吸錫線:用以除去錫的工具。吸錫器利用壓力差原理將錫吸走,使用前應將上方壓板壓下。吸錫線則是利用毛細現象將錫吸附在編織銅線的縫隙中。

入手價格:吸錫器60元,吸錫線50元。

讓你事半功倍的工具

斜口鉗:焊上DIP元件時剪去多餘接腳,可以用其他相同功能的工具代替。剪刀也是可以,不過可能剪過幾次後就報廢了。

入手價格:150元。

助焊劑、錫膏:有時錫會很難附著在元件或PCB板上,使用助焊劑可以改善此種情況(還原表面氧化層),錫膏則有類似黏著劑的功效。

入手價格:錫膏35元。

環保去漬油:進行焊接作業後的電路板上面會有一層污漬,可以用牙刷沾一些去漬油來回在板子上刷除,使用時請在通風良好處進行。

入手價格:50元

(後面還有:換裝DIP)

Part 1:換裝DIP

Step 1

將錫取下:將板子翻至背面,一手拿著吸錫器,一手拿著烙鐵,先將吸錫器上方的壓板壓到底,當錫被熔化成液態時將吸錫器靠近焊點,按下釋放鈕,錫就會被吸走。

Step 2

將舊電容取下:仔細瞧右邊已經處理過的焊點,已經可以看見電路板上的孔了。請將兩支接腳的錫都清除乾淨,就可以把電容從正面取下。

Step 3

確認新電容極性:接下來請拿出新的電容,上面會標示那邊為正極,那邊為負極,板子上也會有註明。

Step 4

固定電容:確認極性後把電容插上板子,將其中一隻腳折彎固定。

Step 5

用錫將電容與電路板結合:將錫和烙鐵同時接觸焊點,先焊沒有折的那一隻接腳,焊完後再將已折彎的那隻接腳扶正並焊上。

Step 6

去除過長接腳:使用工具將多餘的接腳剪去,完成!

換裝DIP小撇步

▲筆者最討厭孔洞被塞住的狀況。

如果你的吸錫器吸力不夠,可以一手扶著電容,一手先對一邊的焊點加熱,趁著錫在液態的狀態下輕輕晃動電容,這時被加熱那端的焊點接腳可以稍微移動;然後再對另一側的接腳也做相同的處理方式,做完後再換另一側;就這樣持續輪流加熱個幾次,電容就可以取下。不過加熱時用手接觸電容請小心,烙鐵的高溫會經由電容傳到手上,操作時間不要太長,否則會燙傷,或者是使用其他夾具將電容取下來。

另一種狀況是電容雖然拔下來了,但是PCB上的孔卻被錫塞住,這時請把PCB立起來,固定好使其不會倒下,利用烙鐵在板子孔洞的一邊加熱,另一邊拿著較細的牙籤往洞裡插下去,加熱至牙籤可插入時,先將烙鐵移開,等稍微冷卻後再將牙籤拔出,這時洞就會貫穿,便可以繼續下一步了。

(後面還有:換裝SMD)

Part 2:換裝SMD

Step 1

確認下手目標:原本在板子上的電容,今天要開刀的就是那顆標示220-10的電容(容值220uF,耐壓10V)。

Step 2

將錫除去:首先將吸錫線拉出一小段並放在焊點上,再把烙鐵放在吸錫線上方,等烙鐵的熱把錫熔化後,連同吸錫線一同拿起,你就可以發現錫會因毛細現象附著在線上。在此更換為吸錫線是因為SMD零件緊密排列,用吸錫器無法深入縫隙,也容易把不相干的零件一起吸走。

Step 3

用過請剪除:這段用過的吸錫線就不能再用,必須剪掉換下一段。

Step 4

移除舊電容:兩端都完成後便可把電容拿起來。

Step 5

確認新電容極性:放上新電容時要注意極性,先不拿錫,請先利用烙鐵和板子上殘留下的錫將零件固定住,再將錫補上去。

Step 6

打完收工:換好了,大工告成。

換裝SMD小撇步

筆者認為SMD會比DIP形式的零件來的好處理(因為PCB上放DIP的孔洞有時很難清乾淨),只是要小心手不能抖,手抖的話很容易不小心把附近的其他小零件給弄掉或短路。SMD若是遇到錫吸不起來時比較容易搞定,使用一個小夾子夾住欲更換零件,在烙鐵熔化錫時輕輕往上拉,電容兩端交錯進行,操作個幾次就可以拿起來。之後再利用吸錫器或吸錫線將PCB上多餘的錫除去。

另外有一點要注意的是不要讓烙鐵接觸零件或是PCB太久,以免高溫燒毀件,尤其是SMD的零件,因為體積小,一旦受熱溫度上升很快,更容易損毀。更換零件時也要注意別硬扯,把PCB上的線路扯壞。

EeePC再戰十年

把記憶體供電部分空焊的電容等元件加上去之後,懷著既期待又怕焊壞的心情按下電源開關,呼~好險沒爆炸或起火。跑了一些測試程式之後確定沒有再當機或花屏,正式宣告此次土砲成功!最後筆者再提醒大家一次,高溫危險,切記小心操作,畢竟物毀事小,人傷事大啊!


共 1 則回應

1 樓 · 小白 · 發表於 2012-06-17 13:45 · 檢舉

感謝分享,好文,收下了。<( ̄︶ ̄)>