电子技术工艺与实践-第6章-焊接技术

《电子技术工艺与实践》第六章焊接技术6.1~6.4焊接技术一般知识6.1焊接概述6.2

手工焊接工具6.3

手工焊接材料6.4

手工焊接技法本次课程的内容简介焊接是在已加热的工件金属之间熔入低于工件金属熔点的焊料，在助焊剂的辅助作用下，依靠毛细现象使焊料浸润工件金属表面并发生化学反应，生成合金层，使工件金属与焊料结合成一体。焊接分为：熔焊、钎焊和接触焊。其中，钎焊又分为软焊和硬焊，在电子装配中主要使用的是钎焊中的软焊，又称锡焊。焊接技术包括自动焊接和手动焊接技术。工业生产中使用自动化焊接技术，如浸焊、波峰焊、再流焊等。手工焊接在产品研制和维修、以及具有特定要求的产品中具有广泛应用。6.1焊接概述6.2.1常用五金工具手工焊接工具包括五金工具和电烙铁。常用手工焊接的五金工具包括：尖嘴钳、斜嘴钳、平头钳、剥线钳、镊子、螺丝刀、电工刀等等。电烙铁用于焊接元器件及导线。电烙铁按机械结构可分为内热式和外热式；按功能可分为调温式、吸锡式、感应式等。我们可以选用自动调温电烙铁、内热式或外热式电烙铁，自动调温电烙铁具有防静电措施，适合焊接高内阻低耐压的元器件。6.2.2电烙铁图

电烙铁实物6.2.2电烙铁不管是外热式、内热式还是调温式电烙铁，它们的烙铁芯都是发热元件，发热元件的电热丝容易受热烧断，要学会拆卸和更换烙铁芯。烙铁芯与电源线的连接处有接线柱，电烙铁断电后卸下接线柱，用万用表测量烙铁芯的电阻，当电阻大于1kΩ时，可判断烙铁芯已断。河南工程学院电子技术操作与工艺实习河南工程学院电子技术操作与工艺实习电烙铁功率和加热形式电烙铁具体选用如表所示。6.2.2电烙铁烙铁头的大小和形状要根据焊点大小和焊点密集程度选择。对烙铁头的一般要求是尖端表面光亮，没有不能挂锡的氧化层，尖端的直径不大于印制电路板上焊盘的直径。烙铁头的形状与应用如表所示。烙铁头的前端有一层银白色的合金层，合金层保护烙铁头不被氧化锈蚀。在焊接时这层合金层导热快，能够很容易的融化焊锡，如果合金层被打磨掉或者在高温下氧化，烙铁头焊接就比较困难。在使用前和使用后在烙铁头的刃面合金层上部沾上一圈焊锡，上部的焊锡加热后受重力作用自然浸润到下部的烙铁尖。烙铁头在高温作用下容易氧化，因此必须用海绵清洁。海绵使用前应加水使之膨胀。在烙铁头清洁后要在金层上部重新沾上一圈焊锡。电烙铁的电线绝缘破损时，应及时包缠绝缘胶布。电烙铁的维护焊接前要在PCB板或其它焊接面上涂敷助焊剂。助焊剂的主要作用是清除焊料和被焊母材表面的氧化物，同时具有阻止氧化反应、降低焊料表面张力以及保护线路板的作用。助焊剂可分为固体、液体和气体。常用助焊剂如表所示。6.3.2助焊剂6.3.2助焊剂助焊剂按功能分类有：手工焊助焊剂、波峰焊助焊剂及不锈钢助焊剂。在电子产品的焊接中使用比例最大的是松香酒精助焊剂。为了获得良好的免清洗效果，助焊剂涂敷过程必须严格固态含量和涂敷量。手工涂敷助焊剂通常使用毛刷，自制松香水可以用25%的松香溶解在75%的纯酒精中。企业大批量生产时，助焊剂的涂敷方式有发泡法、波峰法和喷雾法3种。印制电路板除了焊盘之外的地方都涂覆有一层阻焊剂，起着绝缘、保护布线层、防止铜箔被氧化的作用。一般工厂中使用的阻焊剂俗称“绿油”，因此印制电路板呈绿色。在“绿油”的覆盖下，可以看到焊盘与焊盘之间以及焊盘与过孔之间的铜箔导线，用万用表测量有铜箔导线连接的焊盘、过孔之间是导通的，电阻约等于0Ω，在焊接的时候，不要错误的将铜箔导线划断。6.3.3阻焊剂焊锡丝分类：松香芯锡丝、水溶性锡丝、免清洗焊锡丝、镀镍锡丝、含银锡丝、无铅锡丝、低温锡丝、高温锡丝、实心锡丝、焊铝锡丝等等

。其中，免清洗焊锡丝、水溶性焊锡丝属于高质量焊锡丝，可专门用于手工焊接、元器件安装和表面组装技术的返修焊接。推荐初学者使用松香夹芯焊锡丝，这种焊锡丝的内部填充了松香助焊剂。焊锡丝手工锡焊是指通过电烙铁加热将固态焊锡丝熔化后，在助焊剂的辅助作用下，液态焊锡流入被焊金属间隙中，冷却后形成牢固可靠的焊接点。锡焊要经过润湿、扩散和冶金结合三个物理和化学过程才能完成。在这个过程中，被焊金属不能受到任何震动和损伤。焊接后焊点温度降到室温，在焊料和焊件金属界面上形成的合金层，称“界面层”。冷却时，界面层首先开始凝固，形成金属结晶，而后结晶向未凝固的焊料生长。焊点不适于用作结构性材料。由于焊料的熔点低，在环境温度和工作温升叠加值较高的场合（例如90℃），焊点的强度比常温状态下更低，因此对于可能受力的焊点要先连接牢固再焊接。6.3.4焊接机理15在焊接时遇到引脚表面氧化的元器件，要用砂纸、刀片或镊子将焊接点处的氧化层剥去，露出光亮的金属层才能焊接。企业大批量生产时，对于元器件引脚批量性被氧化，应拒绝使用。遇到元器件被氧化而不去处理，在焊接时其引脚不容易沾锡，容易形成虚焊，如果用大量的锡把焊点包住，也不会解决虚焊的问题。虚焊在焊点检验时是很难发现，在日后设备运行时出现问题也会很难找出问题的根源。引脚发污甚至发黑，表明已被氧化氧化元器件的处理与焊接6.4.1焊接前准备—元器件引脚成型元器件插装前，需要将引脚弯曲成型，这样不仅要考虑整齐、美观更主要的是考虑装配工艺要求。同学们可用镊子或尖嘴钳对引线进行整形。元器件引脚成型后的形状如图6.4.4所示。注意不论是焊接面还是元件面的引脚都不能相互接触，如果焊盘之间没有铜箔连接，这两个相互接触的引脚就构成短路。图6.4.4元器件的引脚成型焊点夹气夹渣，以及焊点周围的助焊剂和残渣都会引起原电池化学效应，逐渐侵蚀焊点的焊锡。长时间的化学反应会导致金属氧化，使引脚与焊点不再导通，造成产品故障。有的同学在焊接制作电路后，当时可以正常使用，过了一段时间电路就不能用了，大部分原因是因为焊点质量差造成的。在产品寿命周期内，要确保在十年甚至二十年以上原电池效应不至于危害到焊点质量，不仅要保证焊接每个焊点都是优良的，还要根据工艺要求用清洗液清洗焊接后的线路板。焊点夹气夹渣引起的化学效应常见单面板焊点及质量分析造成焊接缺陷有多种原因，例如加热温度过高或过低、时间过长或过短、助焊剂过多或过少；焊剂过多或过少。合格和常见焊点缺陷如图所示。避免出现这些问题焊点的方法只有勤练习，在实践中总结经验教训。合格焊点常见双面板焊点及质量分析焊料适当、温度合适，焊点自然成圆锥状焊料未凝固前引线移动；引线氧化层未处理好；焊接时间过长。导通不良或不导通.焊锡丝撤离过早；焊接时间过短.机械强度不足，极易造成虚焊。常见双面板焊点及质量分析烙铁撤离角度不当；助焊剂过少；加热时间过长，外观不佳，易造成桥接。焊锡丝撤离过迟或选用的焊锡丝直径过大，浪费焊料，可能包藏缺陷，容易造成虚焊。焊料流动性不好；引线或盘氧化层未处理好。强度不够，容易造成导通不良。常见双面板焊点及质量分析焊料流动性不好；引线或焊盘氧化；助焊剂不足；焊接时间过短外观检验时很难看出，极易造成导通不良或不导通。焊料流动性不好；引线或焊盘氧化；线路板正反面补锡。外观检验时很难看出，容易造成导通不良或不导通。焊料未凝固前引线移动；引线氧化层未处理好。强度不够，容易造成导通不良。单面板表面贴焊连接线焊点的质量23双面板连接线焊点的质量双面板连接线焊点的质量《电子技术工艺与实践》第六章焊接技术6.5手工焊接技术（上）6.5.1手工焊接技术6.5.2电烙铁和焊锡丝的拿法今天主要讲述手工焊接的操作要领。本次课程的内容简介6.5.1手工焊接技术手工焊接是电子技术人员的最基本技能，必须熟练。本课程要求学生焊接的焊点数不低于1200个。通常我们采用直插式电阻练习焊接技术。首先购买万能板（淘宝上称为洞洞板）和直插式电阻200只，将电阻平均截为3段，得到2段铁丝和1段电阻，每段焊接2个点，最多可以焊接1200个点。要求第一次焊接不低于800个点。初次焊接时，为了加深了解焊接的特性，要求只焊接6个焊点，反复将这6个焊点焊接-拆除5次。然后焊接770个点。6.5.1手工焊接技术然后全部拆除，第二次必须使用拆下来的电阻和铁丝，将这些电阻和铁丝二次焊接到以前焊接过的焊盘上，第二次焊接不少于380个点。要求将电阻横平竖直排列。软线焊接练习，需要30厘米软线，也就是多股铜芯细线，截成10个小段，每段两端剥除4mm的绝缘层然后按照本课程讲述的方法，先挂锡再焊接到万能板上，焊接时注意排列整齐。疫情期间不要求焊接。疫情后根据情况确定补充焊接作业任务。焊接前应保持元器件引脚与线路板垂直，焊接后如果元件引脚与线路板不垂直，可以在焊点冷却后用电烙铁二次加热焊点，用镊子调整引脚的位置。6.5.1手工焊接技术优良的电阻焊接外形如图所示。元器件插装要考虑散热。大功率的元器件不宜紧贴着电路板插装，小功率元器件适合贴板插装。在本课程的练习时全部采用贴板插装。元件引脚不能从根部弯曲，弯曲圆弧半径应大于引线直径的2倍，否则容易折断引线或损伤元器件内部结构。元器件有字符的一面要置于能观察到的位置。焊接面的焊点高度大约2mm，露出焊点的引线大约1mm，合计3mm。初学者可以用小一字螺丝刀的刀头比对，引线距离线路板的高度大约是刀刃的长度。6.5.1手工焊接技术在焊接前，最好先用毛刷在线路板上刷涂助焊剂，助焊剂的种类很多，我们用25%的松香溶解在75%的酒精（重量比）中作为助焊剂。学生训练时可以不用刷涂助焊剂。焊接前一手拿焊锡丝，一手持电烙铁，烙铁头部在海绵上沾干净，在烙铁头上部沾上焊锡，使之能自然浸润到下部的烙铁尖。6.5.1手工焊接技术完成一个直插式焊点的手工焊接，一般需要二到三秒钟，有五个的步骤：第1步，准备焊接。第2步，烙铁接触焊接点。注意使引线和焊盘同时受热，烙铁头温度较高的部分接触焊件，使其均匀受热。这一步大概1秒钟，心中默数一二。第3步，当焊件加热到能熔化焊料的温度后，将焊丝送入焊点，焊料熔化并润湿焊点的焊盘和引线。转动烙铁使焊点均匀挂锡。这一步大概1秒钟，心中默数三四。第4步，从45°方向将焊锡丝移开。第5步，从45°方向移开烙铁。五步焊接法的示意图如图2所示。6.5.1手工焊接技术五步焊接法适合于初学者练习，熟练后可改用三步焊接法，三步焊接法如图3所示。三步焊接法将五步法的第二、三步合为一步，同步放烙铁头和焊锡，将第四、五步合为一步，同步移开烙铁头和焊锡。6.5.1手工焊接技术焊接结束后，同样要在烙铁头上部沾上焊锡。松香的作用是去除焊锡内部和表面覆盖的氧化物。除掉焊接对象表面的氧化层之后，焊料在焊盘和引线的连接处形成光滑而且光亮锥状焊点。好的焊点表面光亮，说明焊接时间合适，锥型的焊点沿着焊接对象光滑过渡，微微向内凹陷，说明焊锡用量合适，润湿良好。从撤去烙铁尖到液态焊料完全凝固，这段时间里焊点不能受到任何震动，这样的焊点组织密实强度高。当这个焊点受到外力震动时，就会变得疏松，焊点上的元器件和焊盘就会脱焊，这就是所谓冷焊点或虚焊点。焊接时松香助焊剂受热产生气体，焊锡内部的氧化物和杂质随气体气化或溢出到焊锡边缘。假如松香助焊剂不足或反应时间短，气体和残渣不能及时跑掉，被凝固的焊锡包在里面，就形成了夹气夹渣的缺陷，为电化学腐蚀提供了条件。操作时不能用手直接接触引脚、焊盘等金属部位，以防汗渍污染金属引线，汗渍内部含有盐分，为原电池效应提供电解质。6.5.1手工焊接技术在焊接一种金属之前，要了解金属的焊接性能，焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。比如：银的焊接性能良好，铜的焊接性能要比银差一些，钢铁和铝的焊接性更差，钢铁的含碳量越高。对于可焊性差的材料，有时焊料虽然融化了，但并未浸润到焊接部位，即使延长加热时间，焊料也无法浸润进去。尽管有时焊点外表看起来不错，但焊料熔化的不好是不可靠的。这条铜芯导线的金属线表面产生了可焊性很差的氧化膜。我们从焊料的熔化状况就能看出焊接好坏。不好的焊接生成焊珠，焊珠处在焊接对象的中间，氧化层阻止了助焊剂的浸润，因而不能形成可靠的连接。在第五章已近讲过铜的接触部位如果焊接不可靠，会随着产品发热逐步氧化，由于氧化铜是绝缘体，导电特性会越来越糟糕。对于多芯导线，要先将多芯线的绝缘层端头剥除。注意用剥线钳或斜嘴钳除掉绝缘皮时不能伤及内部导线。在焊接前要把多股导线端头绞合成螺旋状。6.5.1手工焊接技术对于表面没有镀锌的铜质引脚、单股导线、多股导线、铜接线端子，如果表面颜色暗，则表明有铜氧化层，要用砂纸打磨除锈。在焊接以前都应采取上锡处理，上锡的方法是将导线上沾满松香移动焊锡丝，使导线、引脚或铜接线端子端头浸润成银白色。如图所示。6.5.1手工焊接技术印制板元件孔和插入孔中的引线是有一定间隙的，这叫做配合间隙。为了保证焊点质量，还必须注意元器件引线与印制电路板孔的配合尺寸间隙。合适的间隙是0.2到0.3毫米，间隙大焊点的不合格率就增加。间隙小，焊点质量高，可是往板子上插装元器件困难。这个配合间隙还能起到另一个作用，在焊接双面印制电路板时，由于毛细作用熔化的焊料在焊接时能够被润湿，自动流到孔与引线的配合间隙里。对于双面板来说，引线与焊盘的电气连接不仅发生在焊盘的上方，还通过透锡点渗透到焊盘的下方。双面印制电路板金属化孔的焊接如图5所示。6.5.2电烙铁和焊锡丝的拿法根据电烙铁的大小和被焊件位置以及焊点的要求不同，电烙铁有三种拿法。使用小功率电烙铁通常采用握笔法。如图(a)所示，握笔法类似于写字时的拿笔姿势，在焊接印制电路板时多采用握笔法。使用中等功率或带弯头的电烙铁通常采用正握法。如图(b)所示，正握法适于。使用大功率电烙铁通常采用反握法。如图(c)所示，用五根手指把烙铁柄握在掌中，反握法焊接时稳定性好，长时间工作不易疲劳。6.5.2电烙铁和焊锡丝的拿法断续拿法如图(a)所示，用大拇指、食指和中指夹住焊锡丝，适用于小段焊锡丝的手工焊接，不能连续送进。连续拿法如图(b)所示，用大拇指和食指拿住焊锡丝，其余三个手指配合拇指和食指向前连续送进，适用于成卷焊锡丝的手工焊接。6.5.2电烙铁和焊锡丝的拿法焊接点的要求：焊接后元件引脚与线路板完全垂直，焊点为圆锥形，整齐划一，如图(a)所示。背面（也就是元件面）排列整齐，引脚不能相互接触，如图(b)所示。(a)(b)《电子技术工艺与实践》第六章焊接技术6.6手工焊接技术（下）6.6.1手工焊接技术的要点6.6.2导线焊接技术6.6.3拆焊技术要点本次课程的内容简介首先，手工焊接的加热时间要恰到好处。加热时间短，焊锡不能浸润焊件形成虚焊；加热时间过长，主要有如下危害：(1)元器件性能变坏甚至完全失效；印刷电路板、塑料等材质发生变形变质；电路板上铜箔的黏合层被破坏，铜箔从基板上脱落，导致线路断路。(2)焊点氧化造成焊点、拉尖、粗糙、色泽灰暗外观缺陷。在保证焊锡浸润焊件的前提下，焊接时间可以稍微短一点。6.6.1手工焊接技术的要点不要用烙铁头对焊点施加压力。例如：电位器、开关、接插件的焊接点都是固定在塑料构件上的，加力的结果很容易造成元器件的变形失效，如图（a）所示。上锡和焊接时，助焊剂用量要适当，否则多余的焊剂有可能流入元件内部，如图（b）所示。6.6.1手工焊接技术的要点（1）导线之间的连接有绞和连接和搭焊两个过程，绞和连接如图所示。先将导线的端头剥除绝缘层，再将两根导线绞和之后，涂上助焊剂，再用沾上焊锡的电烙铁进行焊接。套上热缩套管，将热缩管用热风枪加热收缩后形成牢固的绝缘保护。6.6.2导线焊接技术

当线径不同时，可以采用绕焊的方法（如图所示）。先绞合，再整形、焊接，套热缩套管等等。6.6.2导线焊接技术（2）下面讲解焊接场效应管与集成电路的方法，场效应管与集成电路的输入阻抗一般很高，应该用电焊台焊接。因为插接式集成电路芯片引脚比较多，如果每个引脚焊接2~3s，总的焊接时间可以达到几十秒，热量从各个引脚传递到芯片内部，如果中间不停顿，容易引起器件内部受热损坏。6.6.2导线焊接技术（3）下面讲解典型焊点的焊接。片状焊件如耳机和电源插座、电位器接线片，以及接线焊片等。片状焊件的焊接如图4所示。将导线端头上锡并弯曲成钩状、焊片表面清洁后上锡。将导线端头钩住片状焊