手工焊接工艺文件要点

目的本工艺规程规定了手工焊接工艺相关的焊接工具与材料、操作方法和检验方法。适用范围本工艺规程适用于产品的手工焊接工艺的指导。适用人员本工艺规程适用于手工焊接专职工艺人员、手工焊接操作人员、手工焊接检验人员。名词/术语手工焊接系统：指手工焊接操作所使用的焊接电烙铁或其它焊接设备。焊接时间：从烙铁头接触焊料到离开焊料的时间，即焊料处于加热过程中时间。拆焊：返工、返修或调试情况下，使用专用工具将两被焊件分离的手工焊接工艺操作方法。主面：总设计图上定义的一个封装与互连结构（PCB）面（通常为包含元器件功能最复杂或数量最多的那一面）。辅面：与主面相对的封装与互连结构（PCB）面。冷焊点：是指呈现很差的润湿性、外表灰暗、疏松的焊点。焊料受拢：焊料在焊接过程中发生移动而形成的应力纹。反润湿：熔化的焊料先覆盖表面然后退缩成一些形状不规则的焊料堆，其间的空档处有薄薄的焊料膜覆盖，未暴露基底金属或表面涂敷层。焊接工艺规范焊接流程焊接原理手工焊接中的锡焊的原理是通过加热的烙铁将固态焊锡丝加热熔化，再借助于助焊剂的作用，使其流入被焊金属之间，待冷却后形成牢固可靠的焊接点；锡焊是通过润湿、扩散和冶金结合这三个物理、化学过程来完成的，被焊件未受任何损伤；图6-1是放大1000倍的焊点剖面。图6-1焊点剖面手工焊接操作方法电烙铁的握法电烙铁的基本握法分为三种(图6-2)：贴片器件，选用低功率电烙铁且焊接时间应尽可能短。塑封元器件的焊接，正确的焊接方法是：烙铁头在任何方向上均不要对接线片施加压力，避免接线片变形从而导致焊接簧片类的器件受损；在保证润湿的情况下，焊接时间越短越好；实际操作中，在焊件可焊性良好的时候，只需要用挂上锡的烙铁头轻轻一点即可；焊接后，不要在塑壳冷却前对焊点进行牢固性确认试验以形成裂纹等缺陷。簧片类元器件的焊接：加热时间要短，控制在1～2s之间；不可对焊点任何方向加力；焊锡用量适中。集成电路的焊接：在保证润湿的前提下，尽可能缩短焊接时间，一般不要超过2s；若使用低熔点焊料，熔点应不高于180℃使用电烙铁，功率不宜过大，且烙铁头直径应该小一些，防止焊接一个端点时碰到相邻端点。导线焊接导线同接线端子、导线同导线之间的连接有两种基本形式。绕焊导线和接线端子的绕焊，是把经过镀锡的导线端头在接线端子上绕一圈，然后用钳子拉紧缠牢后进行焊接，如图6－4所示；在缠绕时，导线一定要紧贴端子表面，绝缘层不要接触端子，L应等于或小于2倍线径或1.5mm，取其中较小者。图6-4导线和接线端子的绕焊导线与导线的连接以绕焊为主，如图6-5所示；操作步骤如下：去掉导线端部一定长度的绝缘皮，使焊接后满足a中的要求；导线端头镀锡，并穿上合适的热缩套管；两条导线绞合，焊接；把套管推到接头焊点上，用热风烘烤热缩套管，套管冷却后应该固定并紧裹在接头上。图6-5导线与导线的绕焊这种连接的可靠性最好，在要求可靠性高的地方常常采用。钩焊将导线弯成钩形钩在接线端子上，用钳子夹紧后再焊接，如图6－6；其端头的处理方法与绕焊相同；这种方法的强度低于绕焊，但操作简便；L应等于或小于2倍线径或1.5mm，取其中较小者。图6-6导线和端子的钩焊拆焊在调试、维修过程中，或由于焊接错误对元器件进行更换时就需拆焊；拆焊次数不得大于2次，拆焊时应选用专用的拆焊工具，焊接方法与上述方法相同，普通元器件的拆焊工具：用吸锡网进行拆焊；用气囊吸锡器进行拆焊；用专用拆焊电烙铁拆焊；用吸锡电烙铁拆焊。焊后清洗PCB手工焊接焊后清洗应根据IPC/EIAJ-STD-001标准进行清洗。PCB的清洗应该能去除污垢、焊接残留物、锡渣、线头、锡球和其它的小颗粒。按照IPC-TM-650的测试方法进行周期性的测试。离子性的污染物和助焊剂的残渣应该少于1.56微克/平方厘米Nacl。手工焊接通用要求静电防护焊接过程中的静电防护操作应严格按照“防静电工艺规程”的规定执行。环境控制温度：18℃～30℃，相对湿度：30%～70%工作台表面的照明至少应达到1000lm/m2。保持工作区的清洁度和周边环境整洁，以防止焊接工具、材料和被焊件表面受污染或被损坏；禁止在工作区饮食及吸烟。焊接工具、设备与焊接材料及要求手工焊接过程中，对手工焊接工具和焊接材料通常有各种特定要求，不可随意选取以造成焊接工艺过程的不可控、产生不合格品和质量隐患。工作台和手工焊接系统的选择准则所选择的焊接系统要能够迅速加热焊接区、并且能够在整个焊接操作期间充分保持连接点的焊接温度范围。焊接设备(非工作状态)的温度应能控制在烙铁头闲置温度的±5℃操作者选定或额定的闲置/待机状态下的焊接系统温度应在实际测量的烙铁头温度的±15℃以内焊接系统的烙铁头和工作台公共接地点之间的电阻不应超过5Ω；加热元器件和烙铁是在正常工作温度下测量的（注：按EN00015-1：1992制造的限流焊接设备可以不符合该要求）。从加热烙铁头到接地部位的交流(AC)和直流(DC)漏电流不应对设备和元器件造成有害影响。由焊接设备产生的烙铁头的瞬时电压峰值不应超过2V（注：按EN00015-1：1992制造的限流焊接设备可以不符合该要求）。焊接较大元器件时，如金属底盘接地焊片，应选100W以上的电烙铁。烙铁头的形状要适应被焊件物面要求和元器件装配密度。烙铁头的顶端温度要与焊料的熔点相适应，一般要比焊料熔点高30～80℃（不包括在电烙铁头接触焊接点时下降的温度）。电烙铁热容量要恰当；烙铁头的温度恢复时间要与被焊件物面的要求相适应；温度恢复时间是指在焊接周期内，烙铁头顶端温度因热量散失而降低后，再恢复到最高温度所需时间；它与电烙铁功率、热容量以及烙铁头的形状、长短有关。电烙铁的日常保养为防止烙铁头镀层金属在空气中高温氧化，在使用前和使用后应给烙铁头上锡；具体方法是：当烙铁头温度升到能熔锡时，将烙铁头上沾涂一层焊锡，使烙铁头的刃面全部挂上一层焊锡便可使用或断电存放。电烙铁长时间不使用(10分钟以上)时应切断电源。参照电烙铁使用说明书，定期更换超过使用寿命的烙铁头。焊接时，由于高温，烙铁头容易产生氧化层，必须用焊接专用清洁海绵清洁，以保证焊接质量；使用时海绵必须加水。辅助工具尖嘴钳：它的主要作用是在连接点上缠绕导线、对元器件引脚成型。斜口钳：又称偏口钳、剪线钳，主要用于剪切导线，剪掉元器件多余的引脚；不要用偏口钳剪切螺钉、较粗的钢丝，以免损坏钳口。镊子：主要用途是摄取微小元器件；在焊接时夹持被焊件以防止其移动和帮助散热。旋具：又称改锥或螺丝刀，分为十字旋具、一字旋具；主要用于拧动螺钉及调整可调元器件的可调部分。清洁海绵：去除烙铁头氧化层的专用海绵，使用时海绵必须加水。焊接材料焊锡丝的合金类型：Sn63Pb37Sb0.4或Sn63Pb37（应符合IPC/EIAJ-STD-006标准要求）。助焊剂：手工焊接操作，应得到批准后方可使用外加助焊剂，需要使用外加助焊剂的情况通常如下：PCBA返工、返修时；设计缺陷；焊接件可焊性差。注1：选用的助焊剂应当符合IPCJ-STD-004的要求，助焊剂原料活性等级必须为L0或L1：松香（R0），合成树脂（RE）或有机的（OR），只有L1活性等级的助焊剂可以用于免清洗焊锡丝。注2：当外涂的助焊剂与含有助焊剂芯的焊料一起使用时，两种助焊剂应当相互兼容。清洗剂：清洗剂必须和前道工序所利用的焊膏、助焊剂相兼容。使用水性、半水性或者溶剂进行清洗。焊接质量控制各控制要点应当在相关工艺过程控制文件或检验文件上有所体现。控制要点控制要点主要有：焊接工具的参数选择控制。焊接时间和温度控制。操作控制。焊接材料控制。控制方法焊接工具选择正确（参见6.5.1章节）烙铁头的长度、直径、烙铁头形状的选择图7-1烙铁头直径的选择如图7-1，烙铁头直径应当与焊盘与元器件引脚相匹配，略小于焊盘直径为佳，这样有利于烙铁头热量的传输和方便操作并避免对PCB和元器件造成损害。图7-2烙铁头长度的选择如图7-2，烙铁头长度越小越有利于热传导。图7-3烙铁头形状的选择如图7-3，图中A所示烙铁由于烙铁头顶部为直线，不容易导致镀层的堆叠，热传导效率优于图中B所示烙铁。焊接时间及温度设置焊接时间由实际使用决定，以焊接一个锡点1.5~3s最为适宜。直插器件，将烙铁头的实际温度设置为（315~335℃表面贴装器件（SMD），将烙铁头的实际温度设置为（310~330℃对于特殊物料，需要特别设置烙铁温度；FPC(软性线路板/软板)，LCD(液晶)连接器等要用含银锡线，温度一般在290℃到310℃焊接大的元器件引脚，温度不要超过350℃，但可以适当操作控制预热接触位置：烙铁头应同时接触要相互连接的2个被焊件（如焊脚与焊盘），烙铁一般倾斜45°，应避免只与其中一个被焊件接触。焊接时避免用力过大，只需用烙铁头轻触两被焊件即可，用力过大会产生白斑、焊盘翘起等焊接缺陷，如图7-4所示。用力过大白斑焊盘翘起焊盘凹陷图7-4焊接时用力过大产生的焊接缺陷焊接操作必须使用焊料热桥，搭建焊接热桥过程如图7-5所示：焊锡丝靠近引脚烙铁头熔化焊料焊锡丝移到另一移开焊锡丝和烙形成热桥侧铁完成焊接图7-5焊接热桥的工艺过程避免不必要的修饰或返工。不必要的修饰和返工会增加焊料的加热时间，使脆性的焊料金属化合物层变厚，使焊点更容易发生断裂而失效，如图7-6所示。图7-6焊料金属化合物层焊锡丝的规格焊锡丝的直径要与焊盘直径相匹配，近似等于焊盘直径的1/2为佳。焊接质量判定典型焊点的形成及其外观图8-1典型焊点的外观参见图8-1，从外表直观看典型焊点，对它的要求是：形状为近似圆锥而表面稍微凹陷，呈漫坡状，以焊接导线为中心，对称成裙形展开；虚焊点的表面往往向外凸出，可以鉴别出来。焊点上，焊料的连接面呈凹形自然过渡，焊锡和焊件的交界处平滑，接触角尽可能小。表面平滑，有金属光泽。无裂纹、针孔、夹渣。焊接中的引脚末端可辨识，最大引脚伸出长度为1.5mm。焊接质量的判定(依据IPC－A－610D)焊点润湿目标可接受不可接受•焊点表层总体呈现光滑和与焊接零件由良好润湿；部件的轮廓容易分辨；焊接部件的焊点有顺畅连接的边缘；•表层形状呈凹面状•可接受的焊点必须是焊接与待焊接表面，形成一个小于或等于90度的连接角时能明确表现出浸润和粘附，当焊锡量过多导致蔓延出焊盘或阻焊层的轮廓时除外•不润湿，导致焊点形成表面的球状或珠粒状物，颇似蜡层面上的水珠；表面凸状，无顺畅连接的边缘•移位焊点•虚焊点焊点状况目标可接受不可接受•无空洞区域或表面瑕疵；•引脚和焊盘润湿良好；•引脚形状可辨识；•引脚周围100%有焊锡覆盖；•焊锡覆盖引脚，在焊盘或导线上有薄而顺畅的边缘。•焊点表层是凹面的、润湿良好的焊点内引脚形状可以辨识。•焊点表面凸面，焊锡过多导致引脚形状不可辨识，但从主面可以确认引脚位于通孔中；•由于引脚弯曲导致引脚形状不可辨识。有引脚的支撑孔-焊接主面目标可接受不可接受•引脚和孔壁润湿角＝360°•焊盘焊锡润湿覆盖率＝100%•引脚和孔壁润湿角≥270°•焊盘焊锡润湿覆盖率≥0•引脚和孔壁润湿角＜270°有引脚的支撑孔-焊接辅面目标可接受不可接受•引脚和孔壁润湿角＝360°•焊盘焊锡润湿覆盖率＝100%•引脚和孔壁润湿角≥330°•焊盘焊锡润湿覆盖率≥75%•引脚和孔壁润湿角＜330°•焊盘焊锡润湿覆盖率＜75%有引脚的支撑孔-垂直填充目标可接受不可接受•周边润湿角度＝360°•焊盘焊锡润湿覆盖率＝100%•周边润湿角度≥330°•焊盘焊锡润湿覆盖率≥75%•周边润湿角度＜330°•焊盘焊锡润湿覆盖率＜75%引脚折弯处的焊锡目标可接受不可接受·引脚折弯处无焊锡·引脚折弯处的焊锡不接触元件体·引脚折弯处的焊锡接触元件体或密封端焊接异常-暴露基底金属目标可接受不可接受·无暴露基底金属·基底金属暴露于：a)导体的垂直面b)元件引脚或导线的剪切端c)有机可焊保护剂覆盖的盘·不要求焊料填充的区域露出表面涂敷层·元件引脚/导体或盘表面由于刻痕、划伤或其它情况形成的基底金属暴露不能超过对导体和焊盘的要求焊接异常-针孔/吹孔目标可接受不可接受·润湿良好、无吹孔·润湿良好、无吹孔·针孔/吹孔/空洞等使焊接特性降低到最低要求以下焊接异常-反润湿目标可接受不可接受·润湿良好、无反润湿现象·润湿良好、无反润湿现象·反润湿现象导致焊接不满足表面贴装或通孔插装的焊料填充要求焊接异常-焊锡过量-锡球目标可接受不可接受·无锡球现象·锡球被裹挟/包封，不违反最小电气间隙注：锡球被裹挟/包封连接意指产品的正常工作环境不会引起锡球移动·锡球未被裹挟/包封·锡球违反最小电气间隙焊接异常-焊锡过量-锡桥目标可接受不可接受·无锡桥·无锡桥·横跨在不应相连的两导体上的焊料连接·焊料跨接到非毗邻的非共接导体或元件上焊接异常-焊锡过量-锡网/泼锡目标可接受不可接受·无焊料泼溅/成网·无焊料泼溅/成网·焊料泼溅/成网焊接异常-焊料受拢目标可接受不可接受·无焊料受拢·无焊料受拢·因连接产生移动而形成的受拢焊点，其特征表现为应力纹焊接异常-焊料破裂目标可接受不可接受·无焊料破裂·无焊料破裂·焊料破裂或有裂纹焊接异常-锡尖目标可接受不可接受·焊锡圆润饱满没有锡尖·焊锡圆润饱满没有锡尖·锡尖违反组装的最大高度要求或引脚凸出要求1.5毫米·锡尖违反最小电气间隙镀金插头目标可接受不可接受·镀金插头上无焊锡·镀金插头上无焊锡·在镀金插头的实际连接区域有焊锡、合金以外其它金属焊接后的引脚剪切目标可接受不可接受·引脚和焊点无破裂·引脚凸出符合规范要求·引脚和焊点无破裂·引脚凸出符合规范要求·引脚与焊点间破裂常见焊点缺陷及其原因分析在材料（焊料与焊剂）和工具（烙铁、工装、夹具）确定的情况下，操作方法、操作者的责任心，是焊接质量好坏的决定性因素；表9-1列出了印制电路板上各种焊点缺陷的外观、特点及危害，并分析了产生的原因；表9-1常见焊点缺陷及分析焊点缺陷外观特点危害原因分析虚焊焊锡与元器件引脚和铜箔之间有明显黑色界限，焊锡向界限凹陷不能正常工作1、元器件引脚未清洁好、未镀好锡或锡氧化2、印制板未清洁好，喷涂的助焊剂质量不好焊料堆积焊点