电子工艺学教程第十章10-11下课件

第10章电子产品装焊工具及材料

10.1电子产品装焊常用五金工具1．尖嘴钳头部较细，适用于夹小型金属零件或弯曲元器件引线，紧固M4以下小螺钉。不宜用于敲打物体或夹持大螺母。11.3.14-511.9.15-52012.2.29-52．平嘴钳小平嘴钳钳口平直，可用于弯曲元器件的管脚或导线。因其钳口无纹路，所以，对导线拉直、整形比尖嘴钳适用。但因钳口较薄，不易夹持螺母或需施力较大部位。

3．斜嘴钳用于剪短焊接后的线头或剪断φ2mm以下的导线。也可与尖嘴钳合用，剥去导线的绝缘皮。5．平头钳（克丝钳）平头钳头部较平宽，适用于螺母、紧固件的装配操作。一般适用紧固M5螺母，其铡口可以使铡断的导线截面不变形。但不能代替锤子敲打零件。铡口５6、镊子镊子分尖嘴镊子和圆嘴镊子两种。尖嘴镊子主要用于夹持较细的导线，以便于装配焊接。圆嘴镊子主要用于弯曲元器件引线和夹持元器件焊接等。用镊子夹持元器件焊接还起散热作用。7．螺丝刀螺丝刀又称为起子、改锥。有“╋”字形和“━”字形两种，专用于拧螺钉。根据螺钉大小可选用不同规格的螺丝刀。但在拧时，不要用力太猛，以免螺钉滑口。

还有无感改锥，主要用于调整中频变压器的磁芯、磁帽，可用不锈钢材料、有机玻璃棒、尼龙塑料自制。7.毛刷：扫除尘土，清洁焊接面。8.锥子、小刚锯条，主要用于钻孔、通透引线孔、割断线路板、刮去绝缘层等。9.大号注射针头，主要用于拆多引脚元器件。1010.砂纸：清除氧化物。10.2电烙铁10.2.1电烙铁的分类及结构1．电烙铁的分类电烙铁是手工施焊的主要工具。合理选择、使用电烙铁是保证焊接质量的基础。（1）按加热方式分类电烙铁可分为直热式、感应式、气体燃烧式等多种。目前最常用的是单一焊接用的直热式电烙铁。（2）按电烙铁的功率分类电烙铁可分为20W、30W、35W、45W、50W、75W、100W、150W、200W、300W、500W等多种。（3）按功能分类可分为单用式、恒温式、吸锡式等。恒温式电烙铁是指其内部装有带磁铁式的温度控制器，通过控制通电时间而实现温度控制。恒温式电烙铁主要用于对集成电路和晶体管等元器件的焊接。吸锡电烙铁是将活塞吸锡器和电烙铁融为一体的拆焊工具。可以在拆焊时，方便地吸走焊锡，具有使用灵活方便的特点。152．电烙铁的结构实际当中，最常用的还是单一焊接用的直热式电烙铁它又可分为内热式和外热式两种。1.直热式电烙铁⑴发热元件：是将电能转换成热能的部件，又称烙铁芯子。它是将镍铬电阻丝缠绕在陶瓷（内热式）或金属（外热式，金属管上包裹云母片）骨架上，陶瓷、云母既充当绝缘体，又当传热体。内热式：将电阻丝绕在直径较细的陶瓷管上，外面再套上一个一定厚度的陶瓷管，整个发热元件又装在烙铁头后部的金属套管内。工作时，热量由内向外传给烙铁头。具有发热快，重量轻、耗电省、体积小、热利用率高等特点。常用规格有20W、35W、50W等几种。由于它的热效率高，20W就相当于30W左右的外热式电烙铁。对于20W的电烙铁，其阻值约为2.5kΩ，温度可达350℃。烙铁头烙铁芯（发热元件）外壳内热式电烙铁外热式电烙铁卡箍手柄接线柱接地线电源线紧固螺钉图2.6典型烙铁结构示意图绝缘套管从结构上看，外热式的前部比内热式粗；从传热途径看，内热式效率高于外热式。

⑵烙铁头：一般用紫铜做成，作用是储存能量、加热焊件和熔化焊料。烙铁头又可分为普通型和长寿型两种。普通型：普通外热式烙铁头外表面一般不作特别处理，使用中由于高温氧化和焊剂腐蚀会变得凹凸不平，需经常进行清理和修整。普通内热式烙铁头，由于后部管壁较薄，为防止氧化或减慢氧化，其表面作一般的镀锌处理，烙铁头同样需经常修整。长寿型：长寿型是在普通烙铁头的外表面电镀上一层不易与锡发生扩散作用、耐磨、耐腐蚀的纯铁，再在前端工作面的铁层上镀上一层与锡有良好浸润作用的镍。

⑶手柄：一般用木料或胶木制成，主要作用是绝缘、隔热和便于操作，其外形有直筒型和手枪型。烙铁头烙铁芯（发热元件）外壳内热式电烙铁外热式电烙铁卡箍手柄接线柱接地线电源线紧固螺钉图2.6典型烙铁结构示意图绝缘套管25⑷接线柱：主要用于电热丝和电源线间的连接。接线柱按规定应有三个，其中两个接电源与电热丝，另一个连接烙铁金属外壳和接保护零线。新烙铁接线或换烙铁芯时，应判明接地端，接保护零线的接线柱与烙铁金属外壳相连。千万不能接错。烙铁头烙铁芯（发热元件）外壳内热式电烙铁外热式电烙铁卡箍手柄接线柱接地线电源线紧固螺钉图2.6典型烙铁结构示意图绝缘套管⑸紧固螺钉（顶丝）：用来固定电源线的，防止由于拉拽时将电源线从接线柱上拉脱造成短路或其它事故。烙铁头烙铁芯（发热元件）外壳内热式电烙铁外热式电烙铁卡箍手柄接线柱接地线电源线紧固螺钉图2.6典型烙铁结构示意图绝缘套管2．对烙铁头的要求（1）同焊料有良好的亲和性。烙铁头必须是由易同焊料亲和的金属制成，否则，焊料会滴落下来，不易焊接。

（2）导热性好，能有效地将热量传送到焊件。

（3）机械加工性能好，使烙铁头在磨损后能得到修复。10.2.3电烙铁的选用电烙铁的选用应根据被焊物体的实际情况而定，一般重点考虑加热形式、功率大小、烙铁头形状等。1．加热形式的选择（1）内热式和外热式的选择：相同瓦数情况下，内热式电烙铁的温度比外热式电烙铁的温度高。（2）当需要低温焊接时，应用调压器控制电烙铁的温度，电烙铁的温度与电源电压有密切的关系，实际使用中往往通过调低电源电压来降低电烙铁的温度。30（3）通过调整烙铁头的伸出长度控制温度。

往里缩进温度高向外拉出温度低（4）稳定电烙铁温度的方法主要有以下几种：加装稳压电源，防止供电网的变化；烙铁头保持一定体积、长度和形状；采用恒温电烙铁；室内温度保持恒定；避免自然风或电扇风等。2．电烙铁功率的选择（1）焊接小瓦数的阻容元件、晶体管、集成电路、印制电路板的焊盘或塑料导线时，宜采用30～45W的外热式或20W的内热式电烙铁。应用中选用20W内热式电烙铁最好。实验室选用的是50W外热式电烙铁。（2）焊接一般结构产品的焊接点，如线环、线爪、散热片、接地焊片等时，宜采用75～100W电烙铁。（3）对于大型焊点，如焊金属机架接片、焊片等，宜采用100～200W的电烙铁。3．烙铁头形状的选择

1.烙铁头的形状烙铁头的形状不同，可焊出不同的焊点。下面是几种常用的烙铁头的形状及形成焊点的形状。实用中，可根据个人习惯及使用体会选用烙铁头。也可预配几个不同的烙铁头，根据焊接对象选用。必要时，也可用锉刀随时对烙铁头进行改形，一般来说，圆斜面及斜面复合式用得较多。形状名称应用尖锥式密集焊点圆斜面通用凿式长形焊点半凿式较长焊点圆锥式密集焊点

斜面复合式通用弯形大焊件图2.72.烙铁头修整后的镀锡

烙铁头使用一段时间后，由于高温下铜原子向焊锡的扩散和助焊剂的腐蚀，其表面会出现凹凸不平，或氧化发黑，严重时不沾锡，不熔锡，需用砂布、锉刀进行修整。有时为适应焊接对象，也需对烙铁头进行改形。经过修整后或新买的烙铁头，使用时，要进行镀锡。35镀锡的方法是：（1）在木版上放适量的松香和焊锡，（2）插上电源后，在稍热时立即粘上松香，保护烙铁头在高温下不被氧化，（3）待温度上升到能熔化焊锡时，将烙铁头在熔化的焊锡和松香中反复摩擦，直到烙铁头的修整面上均匀镀上一层焊锡为止。烙铁头使用一段时间后，应经常蘸上松香，在木版上摩擦，蹭去烙铁头表面的氧化层，并补充镀锡。*10.3焊料

作为焊料，应是易熔金属，它的熔点应低于被焊金属。焊料熔化后，应能在被焊金属表面形成合金而将被焊金属连接在一起。被焊金属有铜（熔点1083℃），银（961℃），金（1064℃），铁（1535℃），铝（658℃）。而常用的焊料有锡铅焊料、银焊料、铜焊料等。在电子产品中，主要使用锡铅焊料。09.9.24-611.3.17-611.9.20-62012.3.5-610.3.1锡铅焊料1．锡的特性物理特性：锡（Sn）是一种软质低熔点金属。熔点为232℃，比重5.8~7.2。导电率为12.1mm/Ω·mm2。金属锡在高于13.2℃时为银白色，低于13.2℃时呈灰色，低于–40℃时变为粉末。纯锡质脆，机械性能差。化学特性：大气中耐腐蚀性好，不失金属光泽，不受水、氧气、二氧化碳等物质的影响，并易同多种金属形成金属化合物。2．铅的特性物理特性：铅（Pb）是一种浅白色软金属，熔点为327.4℃，比重为11.4。导电率为7.9mm/Ω·mm2。铅属于对人体有害的重金属，在人体中积蓄能引起铅中毒。纯铅的机械性能也很差。化学特性：有较高的抗氧化特性和抗腐蚀性，一般不与空气、氧、海水、食盐等发生反应，但易受硝酸、氯化镁的腐蚀。3．锡铅（合金）焊料的特性

一定比例的铅锡形成合金后，具有一系列铅和锡不具备的优点：（1）熔点低，易焊接，各种不同成份的锡铅焊料熔点均低于锡和铅的熔点，有利于焊接。（2）机械强度高，焊料的各种机械强度均优于纯锡和铅。（3）表面张力小，粘度下降，增大了液态流动性，焊接时有利于进入焊件缝隙，形成可靠接头。（4）抗氧化性好，使焊料在熔化后不易氧化。404．锡铅焊料状态图由图可知，不同比例的锡和铅组成的焊料熔点与凝固点各不相同，除纯锡、铅和共晶合金是在单一温度下熔化外，其它焊料都是在一个区域内熔化。锡0102030405060708090100%铅1009080706050403020100%35030025020015010050固相线半熔融态半熔融态共晶点锡：61.9%铅：38.1%T℃DFE完全熔融态C图10.4铅锡合金状态图适合焊接温度线液相线图中CTD线为液相线，温度高于此线时为液相。CETFD为固相线，温度低于此线时为固相。两线之间的两个三角形区域内，焊料处于半熔半凝固状态。最适合于焊接的温度应高于液相线50℃。锡0102030405060708090100%铅1009080706050403020100%35030025020015010050固相线半熔融态半熔融态共晶点锡：61.9%铅：38.1%T℃DFE完全熔融态C图10.4铅锡合金状态图适合焊接温度线液相线5．共晶焊锡在图中，T为共晶点，对应的锡铅含量为锡是61.9%，铅是38.1%，称为共晶焊锡。它的熔点最低，为183℃，是锡铅焊料中性能最好的一种，它有如下特点：锡0102030405060708090100%铅1009080706050403020100%35030025020015010050固相线半熔融态半熔融态共晶点锡：61.9%铅：38.1%T℃DFE完全熔融态C图10.4铅锡合金状态图适合焊接温度线液相线共晶焊锡特点：（1）低熔点，使焊接时加热温度降低，可防止元器件损坏。（2）熔点和凝固点一致，可使焊点快速凝固，不会因半熔状态时间间隔而造成焊点结晶疏松，强度降低。这一点对自动焊接尤为重要，因为自动焊接传输中不可避免地会出现振动。（3）流动性好，表面张力小，有利于提高焊点质量。（4）强度高，导电性好。实际应用中，Pb和Sn的比例不可能正好控制在理论比例上，一般将Sn60%、Pb40%的焊锡就称为共晶焊锡，其凝固点也不是单一的183℃，而是在某一小区域内。45*10.3.2焊锡的物理性能及杂质对焊锡的影响1．焊锡的物理性能由表10-1可以看出，含锡量60%的焊料，抗张力强度和剪切强度都较好。而含锡量过高或过低，其性能都不太理想。一般常用焊锡含锡量为10～60%。锡(Sn)铅(Pb)导电性（铜100％）抗张力（kgf/mm2）折断力（kgf/mm2）100013.91.492.095513.63.153.1604011.65.363.5505010.74.733.1425810.24.413.135659.74.573.630709.34.733.501007.91.421.4表10-1焊料的物理和机械性能10.3.22-62．杂质对焊锡的影响焊锡除含有锡和铅外，还不可避免地含有其它微量金属。这些微量金属作为杂质，超过一定限量就会对焊锡性能产生很大影响。表10—2（略）列举了几种杂质对焊锡性能的影响。例如：含杂质铜时，粘性变大，熔点升高，焊接时出现桥接和拉尖。含锌、铝时，流动性变小，无光泽，焊接时拉尖。含锑时，变脆，电阻增大。含铁时，熔点上升，难焊接。不纯是绝对的，各种焊锡都规定了杂质标准。不合格的焊锡，可能成分不准确，也可能是杂质含量超标。另一方面，为改善焊锡的某种性能，也人为的掺进微量的其它金属。如：掺入0.5—2%的银，可使焊锡熔点降低，掺入镉，可使温度变高。表10—4列出了几种常用的国产焊料及其性能。序号锡（％）铅（％）铋（％）锑（％）熔点（℃）1402040110240233712533250181454423523150表10-4常用低温焊锡10.3.3常用焊锡

1.常用锡铅焊料的性能

名称牌号主要成分％杂质＜％熔点℃抗拉强度kg/c㎡用途锡锑铅10锡铅焊料HLSnPb1089-91≤0.15余量0.12204.3仪器器皿及医药卫生物品39锡铅焊料HLSnPb3959-61≤0.151834.7电子、电气物品50锡铅焊料HLSnPb5049-512103.8散热器、黄铜制品58-2锡铅焊料HLSnPb58-239-411.5-2235工业及物理制品68-2锡铅焊料HLSnPb68-229-312563.3电缆护套、铅管等80-2锡铅焊料HLSnPb80-217-190.62772.8油壶、容器、散热器90-6锡铅焊料HLSnPb90-63-45-62655.9黄铜、铜73-2锡铅焊料HLSnPb73-224-261.5-22.8铅45锡铅焊料HLSnPb4553-57200表10-3常用锡铅焊料的性能503．焊锡的形状焊锡一般做成丝状、扁带状、球状、饼状等形状。在手工电烙铁焊接中，一般使用管状焊锡丝。它是将焊锡制成管状，在其管内填充助焊剂而制成。焊剂常用优质松香添加一定活化剂。由于松香很脆，拉制时容易断裂，会造成局部缺焊剂的现象，故采用多芯焊锡丝以克服这一缺点。焊料成份一般是含锡量60～65%的锡铅焊料。焊锡丝直径有0.5mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.3mm、2.5mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm多种。

由于铅锡焊锡对人体有害，且牢固性差，从环保方面看，铅锡焊料将会被淘汰。2003年2月13日欧盟公布环保指令，在电子电器产品中，禁止使用有害物质。从2006.7.1日起实行。最近，我国信息产业部也发布了《电子信息产品生产污染防治管理办法》。规定自2003.7.1日起实行有毒有害物质减量生产措施，自2006.7.1日起，投放市场的电子产品不能含有铅、汞、镉等。那么，铅锡焊料必须退出市场。现正在研制中的一种锡、锌、银合金，有可能成为新一代焊锡。10.4焊剂10.4.1助焊剂的作用与要求

金属表面同空气接触后，会生成一种氧化膜，温度越高，氧化越严重，这层氧化膜会阻止液态焊锡对金属的浸润作用，犹如玻璃沾上油就会使水不能润湿一样。焊剂就是用于清除氧化膜的一种专用材料。又称为助焊剂。其作用是：1.清除氧化膜。其实质是助焊剂中的氯化物、酸类同氧化物发生还原反应，从而除去氧化膜，反应后的生成物变成渣，漂浮在焊料表面。焊剂只能清除氧化膜，不能清除污物，表面有污物时，应先将污物去除。

2.防止氧化。液态焊锡及加热的焊件表面，都容易与空气中的氧接触而氧化，助焊剂在熔化后，漂浮在焊料表面，形成隔离层，从而防止了焊接面的氧化。3.减少焊锡的表面张力。增加焊锡的流动性，有助于焊锡润湿焊件及进入焊件缝隙。4.使焊点光亮美观，合适的焊剂，能使焊点形状规则、光亮。焊剂应具备的条件那么，什么样的物质能当焊剂呢？对助焊剂的要求是：（1）熔点应低于焊料，只有这样，才能先于焊锡熔化，从而清除氧化膜。（2）表面张力、粘度、比重小于焊料。不至于被焊料包裹于内。55（3）残渣容易清除。焊剂一般都带有酸性，残渣会腐蚀金属，且影响美观。（4）不能腐蚀母材，如果助焊剂酸性太强，不仅会除去氧化层，也会腐蚀金属，造成发生二次故障的潜在原因。（5）不产生有害气体和刺激性味道。从安全卫生角度讲，应避免使用毒性强或会产生臭味的化学物质。因此，当使用氟酸、磷酸、盐酸等强酸时，必须考虑安全卫生方面的防护。10.4.2焊剂的分类正磷酸（H3PO4）盐酸氟酸｛酸盐氯化物（ZnCl2，NH4Cl）｛有机酸（硬脂酸，乳酸，油酸，氨基酸等）有机卤素（盐酸笨胺等）氨基酰胺，尿素，碳酸氢铵，乙二胺等｛松香活化松香氢化松香｛无机系列有机系列松香系列焊剂助焊剂分类及主要成分10.4.3无机焊剂上述焊剂中，无机焊剂活性最大，腐蚀性最强，常温下即能清除金属表面的氧化层。但这种很强的腐蚀作用极容易损坏金属和焊点，焊后必须用溶剂清洗。否则，残留下来的焊剂具有很强的吸湿性和腐蚀性，会引起严重的区域性斑点，甚至造成二次故障。

无机焊剂一般不能用于电子元器件的焊接。因为焊点中象接线柱空隙，导线绝缘皮内，元件根部等很难用溶剂清洗干净，留下隐患。无机焊剂中最常用的是焊油，它是将无机焊剂用机油乳化后，制成的一种膏状物质。。10.4.4有机焊剂大部分有机焊剂是由有机酸、碱或它们的衍生物组成的。其活性次于无机焊剂，有较好的助焊作用，但也有一定的腐蚀性，残渣不易清理，且挥发物对操作者有害。同时，热稳定性差，呈活化的时间短，即一经加热，便急速分解，其结果就有可能留下无活性的残留物。因此，对热稳定性要求高的地方不适于用这种焊剂。10.4.5树脂焊剂松香的主要成分为松香酸和松香脂松酐。是由松脂提炼而成的混合物，常温下为浅黄色固态没有任何化学活力，呈中性；当被加热到74℃后熔化，液态呈现弱酸性，可清除金属表面氧化物。并能保护金属表面不被氧化，增加焊锡流动性。焊接完毕后，松香又会变成稳定的固态，无腐蚀，且绝缘。当温度高达300℃左右时，就变为不活跃的新松香酸或焦松香酸，失去焊剂的作用。松香很容易溶于酒精中，实际中，常以1∶3的比例配成“松香水”，用于焊接。602．活性焊剂由于松香清洗力不强，在工业自动化焊接中，为增强其活性，一般加入活化剂。如三乙醇氨等。焊接时活化剂根据加热温度分解或蒸发，只有松香残留下来，恢复原来的状态，保持固有的特性。

手工焊接没有必要。常用国产树脂焊剂见表10-6所示

品种配方（重量百分数）可焊性活性适用范围松香酒精焊剂松香–23，无水乙醇-77中中性印制板、导线焊接盐酸二乙胺焊剂盐酸二乙胺-4，三乙醇胺-6，松香-20，正丁醇-10，无水乙醇-60好有轻度腐蚀性（余渣）手工烙铁焊接电子元器件盐酸笨胺焊剂盐酸笨胺-4.5，三乙醇胺-2.5，松香–