電子工藝學教程第十章10-11下課件

第10章電子產品裝焊工具及材料

10.1電子產品裝焊常用五金工具1．尖嘴鉗頭部較細，適用于夾小型金屬零件或彎曲元器件引線，緊固M4以下小螺釘。不宜用于敲打物體或夾持大螺母。11.3.14-511.9.15-52012.2.29-52．平嘴鉗小平嘴鉗鉗口平直，可用于彎曲元器件的管腳或導線。因其鉗口無紋路，所以，對導線拉直、整形比尖嘴鉗適用。但因鉗口較薄，不易夾持螺母或需施力較大部位。

3．斜嘴鉗用于剪短焊接后的線頭或剪斷φ2mm以下的導線。也可與尖嘴鉗合用，剝去導線的絕緣皮。5．平頭鉗（克絲鉗）平頭鉗頭部較平寬，適用于螺母、緊固件的裝配操作。一般適用緊固M5螺母，其鍘口可以使鍘斷的導線截面不變形。但不能代替錘子敲打零件。鍘口５6、鑷子鑷子分尖嘴鑷子和圓嘴鑷子兩種。尖嘴鑷子主要用于夾持較細的導線，以便于裝配焊接。圓嘴鑷子主要用于彎曲元器件引線和夾持元器件焊接等。用鑷子夾持元器件焊接還起散熱作用。7．螺絲刀螺絲刀又稱為起子、改錐。有“╋”字形和“━”字形兩種，專用于擰螺釘。根據(jù)螺釘大小可選用不同規(guī)格的螺絲刀。但在擰時，不要用力太猛，以免螺釘滑口。

還有無感改錐，主要用于調整中頻變壓器的磁芯、磁帽，可用不銹鋼材料、有機玻璃棒、尼龍塑料自制。7.毛刷：掃除塵土，清潔焊接面。8.錐子、小剛鋸條，主要用于鉆孔、通透引線孔、割斷線路板、刮去絕緣層等。9.大號注射針頭，主要用于拆多引腳元器件。1010.砂紙：清除氧化物。10.2電烙鐵10.2.1電烙鐵的分類及結構1．電烙鐵的分類電烙鐵是手工施焊的主要工具。合理選擇、使用電烙鐵是保證焊接質量的基礎。（1）按加熱方式分類電烙鐵可分為直熱式、感應式、氣體燃燒式等多種。目前最常用的是單一焊接用的直熱式電烙鐵。（2）按電烙鐵的功率分類電烙鐵可分為20W、30W、35W、45W、50W、75W、100W、150W、200W、300W、500W等多種。（3）按功能分類可分為單用式、恒溫式、吸錫式等。恒溫式電烙鐵是指其內部裝有帶磁鐵式的溫度控制器，通過控制通電時間而實現(xiàn)溫度控制。恒溫式電烙鐵主要用于對集成電路和晶體管等元器件的焊接。吸錫電烙鐵是將活塞吸錫器和電烙鐵融為一體的拆焊工具?？梢栽诓鸷笗r，方便地吸走焊錫，具有使用靈活方便的特點。152．電烙鐵的結構實際當中，最常用的還是單一焊接用的直熱式電烙鐵它又可分為內熱式和外熱式兩種。1.直熱式電烙鐵⑴發(fā)熱元件：是將電能轉換成熱能的部件，又稱烙鐵芯子。它是將鎳鉻電阻絲纏繞在陶瓷（內熱式）或金屬（外熱式，金屬管上包裹云母片）骨架上，陶瓷、云母既充當絕緣體，又當傳熱體。內熱式：將電阻絲繞在直徑較細的陶瓷管上，外面再套上一個一定厚度的陶瓷管，整個發(fā)熱元件又裝在烙鐵頭后部的金屬套管內。工作時，熱量由內向外傳給烙鐵頭。具有發(fā)熱快，重量輕、耗電省、體積小、熱利用率高等特點。常用規(guī)格有20W、35W、50W等幾種。由于它的熱效率高，20W就相當于30W左右的外熱式電烙鐵。對于20W的電烙鐵，其阻值約為2.5kΩ，溫度可達350℃。烙鐵頭烙鐵芯（發(fā)熱元件）外殼內熱式電烙鐵外熱式電烙鐵卡箍手柄接線柱接地線電源線緊固螺釘圖2.6典型烙鐵結構示意圖絕緣套管從結構上看，外熱式的前部比內熱式粗；從傳熱途徑看，內熱式效率高于外熱式。

⑵烙鐵頭：一般用紫銅做成，作用是儲存能量、加熱焊件和熔化焊料。烙鐵頭又可分為普通型和長壽型兩種。普通型：普通外熱式烙鐵頭外表面一般不作特別處理，使用中由于高溫氧化和焊劑腐蝕會變得凹凸不平，需經常進行清理和修整。普通內熱式烙鐵頭，由于后部管壁較薄，為防止氧化或減慢氧化，其表面作一般的鍍鋅處理，烙鐵頭同樣需經常修整。長壽型：長壽型是在普通烙鐵頭的外表面電鍍上一層不易與錫發(fā)生擴散作用、耐磨、耐腐蝕的純鐵，再在前端工作面的鐵層上鍍上一層與錫有良好浸潤作用的鎳。

⑶手柄：一般用木料或膠木制成，主要作用是絕緣、隔熱和便于操作，其外形有直筒型和手槍型。烙鐵頭烙鐵芯（發(fā)熱元件）外殼內熱式電烙鐵外熱式電烙鐵卡箍手柄接線柱接地線電源線緊固螺釘圖2.6典型烙鐵結構示意圖絕緣套管25⑷接線柱：主要用于電熱絲和電源線間的連接。接線柱按規(guī)定應有三個，其中兩個接電源與電熱絲，另一個連接烙鐵金屬外殼和接保護零線。新烙鐵接線或換烙鐵芯時，應判明接地端，接保護零線的接線柱與烙鐵金屬外殼相連。千萬不能接錯。烙鐵頭烙鐵芯（發(fā)熱元件）外殼內熱式電烙鐵外熱式電烙鐵卡箍手柄接線柱接地線電源線緊固螺釘圖2.6典型烙鐵結構示意圖絕緣套管⑸緊固螺釘（頂絲）：用來固定電源線的，防止由于拉拽時將電源線從接線柱上拉脫造成短路或其它事故。烙鐵頭烙鐵芯（發(fā)熱元件）外殼內熱式電烙鐵外熱式電烙鐵卡箍手柄接線柱接地線電源線緊固螺釘圖2.6典型烙鐵結構示意圖絕緣套管2．對烙鐵頭的要求（1）同焊料有良好的親和性。烙鐵頭必須是由易同焊料親和的金屬制成，否則，焊料會滴落下來，不易焊接。

（2）導熱性好，能有效地將熱量傳送到焊件。

（3）機械加工性能好，使烙鐵頭在磨損后能得到修復。10.2.3電烙鐵的選用電烙鐵的選用應根據(jù)被焊物體的實際情況而定，一般重點考慮加熱形式、功率大小、烙鐵頭形狀等。1．加熱形式的選擇（1）內熱式和外熱式的選擇：相同瓦數(shù)情況下，內熱式電烙鐵的溫度比外熱式電烙鐵的溫度高。（2）當需要低溫焊接時，應用調壓器控制電烙鐵的溫度，電烙鐵的溫度與電源電壓有密切的關系，實際使用中往往通過調低電源電壓來降低電烙鐵的溫度。30（3）通過調整烙鐵頭的伸出長度控制溫度。

往里縮進溫度高向外拉出溫度低（4）穩(wěn)定電烙鐵溫度的方法主要有以下幾種：加裝穩(wěn)壓電源，防止供電網的變化；烙鐵頭保持一定體積、長度和形狀；采用恒溫電烙鐵；室內溫度保持恒定；避免自然風或電扇風等。2．電烙鐵功率的選擇（1）焊接小瓦數(shù)的阻容元件、晶體管、集成電路、印制電路板的焊盤或塑料導線時，宜采用30～45W的外熱式或20W的內熱式電烙鐵。應用中選用20W內熱式電烙鐵最好。實驗室選用的是50W外熱式電烙鐵。（2）焊接一般結構產品的焊接點，如線環(huán)、線爪、散熱片、接地焊片等時，宜采用75～100W電烙鐵。（3）對于大型焊點，如焊金屬機架接片、焊片等，宜采用100～200W的電烙鐵。3．烙鐵頭形狀的選擇

1.烙鐵頭的形狀烙鐵頭的形狀不同，可焊出不同的焊點。下面是幾種常用的烙鐵頭的形狀及形成焊點的形狀。實用中，可根據(jù)個人習慣及使用體會選用烙鐵頭。也可預配幾個不同的烙鐵頭，根據(jù)焊接對象選用。必要時，也可用銼刀隨時對烙鐵頭進行改形，一般來說，圓斜面及斜面復合式用得較多。形狀名稱應用尖錐式密集焊點圓斜面通用鑿式長形焊點半鑿式較長焊點圓錐式密集焊點

斜面復合式通用彎形大焊件圖2.72.烙鐵頭修整后的鍍錫

烙鐵頭使用一段時間后，由于高溫下銅原子向焊錫的擴散和助焊劑的腐蝕，其表面會出現(xiàn)凹凸不平，或氧化發(fā)黑，嚴重時不沾錫，不熔錫，需用砂布、銼刀進行修整。有時為適應焊接對象，也需對烙鐵頭進行改形。經過修整后或新買的烙鐵頭，使用時，要進行鍍錫。35鍍錫的方法是：（1）在木版上放適量的松香和焊錫，（2）插上電源后，在稍熱時立即粘上松香，保護烙鐵頭在高溫下不被氧化，（3）待溫度上升到能熔化焊錫時，將烙鐵頭在熔化的焊錫和松香中反復摩擦，直到烙鐵頭的修整面上均勻鍍上一層焊錫為止。烙鐵頭使用一段時間后，應經常蘸上松香，在木版上摩擦，蹭去烙鐵頭表面的氧化層，并補充鍍錫。*10.3焊料

作為焊料，應是易熔金屬，它的熔點應低于被焊金屬。焊料熔化后，應能在被焊金屬表面形成合金而將被焊金屬連接在一起。被焊金屬有銅（熔點1083℃），銀（961℃），金（1064℃），鐵（1535℃），鋁（658℃）。而常用的焊料有錫鉛焊料、銀焊料、銅焊料等。在電子產品中，主要使用錫鉛焊料。09.9.24-611.3.17-611.9.20-62012.3.5-610.3.1錫鉛焊料1．錫的特性物理特性：錫（Sn）是一種軟質低熔點金屬。熔點為232℃，比重5.8~7.2。導電率為12.1mm/Ω·mm2。金屬錫在高于13.2℃時為銀白色，低于13.2℃時呈灰色，低于–40℃時變?yōu)榉勰＜冨a質脆，機械性能差?；瘜W特性：大氣中耐腐蝕性好，不失金屬光澤，不受水、氧氣、二氧化碳等物質的影響，并易同多種金屬形成金屬化合物。2．鉛的特性物理特性：鉛（Pb）是一種淺白色軟金屬，熔點為327.4℃，比重為11.4。導電率為7.9mm/Ω·mm2。鉛屬于對人體有害的重金屬，在人體中積蓄能引起鉛中毒。純鉛的機械性能也很差?；瘜W特性：有較高的抗氧化特性和抗腐蝕性，一般不與空氣、氧、海水、食鹽等發(fā)生反應，但易受硝酸、氯化鎂的腐蝕。3．錫鉛（合金）焊料的特性

一定比例的鉛錫形成合金后，具有一系列鉛和錫不具備的優(yōu)點：（1）熔點低，易焊接，各種不同成份的錫鉛焊料熔點均低于錫和鉛的熔點，有利于焊接。（2）機械強度高，焊料的各種機械強度均優(yōu)于純錫和鉛。（3）表面張力小，粘度下降，增大了液態(tài)流動性，焊接時有利于進入焊件縫隙，形成可靠接頭。（4）抗氧化性好，使焊料在熔化后不易氧化。404．錫鉛焊料狀態(tài)圖由圖可知，不同比例的錫和鉛組成的焊料熔點與凝固點各不相同，除純錫、鉛和共晶合金是在單一溫度下熔化外，其它焊料都是在一個區(qū)域內熔化。錫0102030405060708090100%鉛1009080706050403020100%35030025020015010050固相線半熔融態(tài)半熔融態(tài)共晶點錫：61.9%鉛：38.1%T℃DFE完全熔融態(tài)C圖10.4鉛錫合金狀態(tài)圖適合焊接溫度線液相線圖中CTD線為液相線，溫度高于此線時為液相。CETFD為固相線，溫度低于此線時為固相。兩線之間的兩個三角形區(qū)域內，焊料處于半熔半凝固狀態(tài)。最適合于焊接的溫度應高于液相線50℃。錫0102030405060708090100%鉛1009080706050403020100%35030025020015010050固相線半熔融態(tài)半熔融態(tài)共晶點錫：61.9%鉛：38.1%T℃DFE完全熔融態(tài)C圖10.4鉛錫合金狀態(tài)圖適合焊接溫度線液相線5．共晶焊錫在圖中，T為共晶點，對應的錫鉛含量為錫是61.9%，鉛是38.1%，稱為共晶焊錫。它的熔點最低，為183℃，是錫鉛焊料中性能最好的一種，它有如下特點：錫0102030405060708090100%鉛1009080706050403020100%35030025020015010050固相線半熔融態(tài)半熔融態(tài)共晶點錫：61.9%鉛：38.1%T℃DFE完全熔融態(tài)C圖10.4鉛錫合金狀態(tài)圖適合焊接溫度線液相線共晶焊錫特點：（1）低熔點，使焊接時加熱溫度降低，可防止元器件損壞。（2）熔點和凝固點一致，可使焊點快速凝固，不會因半熔狀態(tài)時間間隔而造成焊點結晶疏松，強度降低。這一點對自動焊接尤為重要，因為自動焊接傳輸中不可避免地會出現(xiàn)振動。（3）流動性好，表面張力小，有利于提高焊點質量。（4）強度高，導電性好。實際應用中，Pb和Sn的比例不可能正好控制在理論比例上，一般將Sn60%、Pb40%的焊錫就稱為共晶焊錫，其凝固點也不是單一的183℃，而是在某一小區(qū)域內。45*10.3.2焊錫的物理性能及雜質對焊錫的影響1．焊錫的物理性能由表10-1可以看出，含錫量60%的焊料，抗張力強度和剪切強度都較好。而含錫量過高或過低，其性能都不太理想。一般常用焊錫含錫量為10～60%。錫(Sn)鉛(Pb)導電性（銅100％）抗張力（kgf/mm2）折斷力（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焊料的物理和機械性能10.3.22-62．雜質對焊錫的影響焊錫除含有錫和鉛外，還不可避免地含有其它微量金屬。這些微量金屬作為雜質，超過一定限量就會對焊錫性能產生很大影響。表10—2（略）列舉了幾種雜質對焊錫性能的影響。例如：含雜質銅時，粘性變大，熔點升高，焊接時出現(xiàn)橋接和拉尖。含鋅、鋁時，流動性變小，無光澤，焊接時拉尖。含銻時，變脆，電阻增大。含鐵時，熔點上升，難焊接。不純是絕對的，各種焊錫都規(guī)定了雜質標準。不合格的焊錫，可能成分不準確，也可能是雜質含量超標。另一方面，為改善焊錫的某種性能，也人為的摻進微量的其它金屬。如：摻入0.5—2%的銀，可使焊錫熔點降低，摻入鎘，可使溫度變高。表10—4列出了幾種常用的國產焊料及其性能。序號錫（％）鉛（％）鉍（％）銻（％）熔點（℃）1402040110240233712533250181454423523150表10-4常用低溫焊錫10.3.3常用焊錫

1.常用錫鉛焊料的性能

名稱牌號主要成分％雜質＜％熔點℃抗拉強度kg/c㎡用途錫銻鉛10錫鉛焊料HLSnPb1089-91≤0.15余量0.12204.3儀器器皿及醫(yī)藥衛(wèi)生物品39錫鉛焊料HLSnPb3959-61≤0.151834.7電子、電氣物品50錫鉛焊料HLSnPb5049-512103.8散熱器、黃銅制品58-2錫鉛焊料HLSnPb58-239-411.5-2235工業(yè)及物理制品68-2錫鉛焊料HLSnPb68-229-312563.3電纜護套、鉛管等80-2錫鉛焊料HLSnPb80-217-190.62772.8油壺、容器、散熱器90-6錫鉛焊料HLSnPb90-63-45-62655.9黃銅、銅73-2錫鉛焊料HLSnPb73-224-261.5-22.8鉛45錫鉛焊料HLSnPb4553-57200表10-3常用錫鉛焊料的性能503．焊錫的形狀焊錫一般做成絲狀、扁帶狀、球狀、餅狀等形狀。在手工電烙鐵焊接中，一般使用管狀焊錫絲。它是將焊錫制成管狀，在其管內填充助焊劑而制成。焊劑常用優(yōu)質松香添加一定活化劑。由于松香很脆，拉制時容易斷裂，會造成局部缺焊劑的現(xiàn)象，故采用多芯焊錫絲以克服這一缺點。焊料成份一般是含錫量60～65%的錫鉛焊料。焊錫絲直徑有0.5mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.3mm、2.5mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm多種。

由于鉛錫焊錫對人體有害，且牢固性差，從環(huán)保方面看，鉛錫焊料將會被淘汰。2003年2月13日歐盟公布環(huán)保指令，在電子電器產品中，禁止使用有害物質。從2006.7.1日起實行。最近，我國信息產業(yè)部也發(fā)布了《電子信息產品生產污染防治管理辦法》。規(guī)定自2003.7.1日起實行有毒有害物質減量生產措施，自2006.7.1日起，投放市場的電子產品不能含有鉛、汞、鎘等。那么，鉛錫焊料必須退出市場。現(xiàn)正在研制中的一種錫、鋅、銀合金，有可能成為新一代焊錫。10.4焊劑10.4.1助焊劑的作用與要求

金屬表面同空氣接觸后，會生成一種氧化膜，溫度越高，氧化越嚴重，這層氧化膜會阻止液態(tài)焊錫對金屬的浸潤作用，猶如玻璃沾上油就會使水不能潤濕一樣。焊劑就是用于清除氧化膜的一種專用材料。又稱為助焊劑。其作用是：1.清除氧化膜。其實質是助焊劑中的氯化物、酸類同氧化物發(fā)生還原反應，從而除去氧化膜，反應后的生成物變成渣，漂浮在焊料表面。焊劑只能清除氧化膜，不能清除污物，表面有污物時，應先將污物去除。

2.防止氧化。液態(tài)焊錫及加熱的焊件表面，都容易與空氣中的氧接觸而氧化，助焊劑在熔化后，漂浮在焊料表面，形成隔離層，從而防止了焊接面的氧化。3.減少焊錫的表面張力。增加焊錫的流動性，有助于焊錫潤濕焊件及進入焊件縫隙。4.使焊點光亮美觀，合適的焊劑，能使焊點形狀規(guī)則、光亮。焊劑應具備的條件那么，什么樣的物質能當焊劑呢？對助焊劑的要求是：（1）熔點應低于焊料，只有這樣，才能先于焊錫熔化，從而清除氧化膜。（2）表面張力、粘度、比重小于焊料。不至于被焊料包裹于內。55（3）殘渣容易清除。焊劑一般都帶有酸性，殘渣會腐蝕金屬，且影響美觀。（4）不能腐蝕母材，如果助焊劑酸性太強，不僅會除去氧化層，也會腐蝕金屬，造成發(fā)生二次故障的潛在原因。（5）不產生有害氣體和刺激性味道。從安全衛(wèi)生角度講，應避免使用毒性強或會產生臭味的化學物質。因此，當使用氟酸、磷酸、鹽酸等強酸時，必須考慮安全衛(wèi)生方面的防護。10.4.2焊劑的分類正磷酸（H3PO4）鹽酸氟酸｛酸鹽氯化物（ZnCl2，NH4Cl）｛有機酸（硬脂酸，乳酸，油酸，氨基酸等）有機鹵素（鹽酸笨胺等）氨基酰胺，尿素，碳酸氫銨，乙二胺等｛松香活化松香氫化松香｛無機系列有機系列松香系列焊劑助焊劑分類及主要成分10.4.3無機焊劑上述焊劑中，無機焊劑活性最大，腐蝕性最強，常溫下即能清除金屬表面的氧化層。但這種很強的腐蝕作用極容易損壞金屬和焊點，焊后必須用溶劑清洗。否則，殘留下來的焊劑具有很強的吸濕性和腐蝕性，會引起嚴重的區(qū)域性斑點，甚至造成二次故障。

無機焊劑一般不能用于電子元器件的焊接。因為焊點中象接線柱空隙，導線絕緣皮內，元件根部等很難用溶劑清洗干凈，留下隱患。無機焊劑中最常用的是焊油，它是將無機焊劑用機油乳化后，制成的一種膏狀物質。。10.4.4有機焊劑大部分有機焊劑是由有機酸、堿或它們的衍生物組成的。其活性次于無機焊劑，有較好的助焊作用，但也有一定的腐蝕性，殘渣不易清理，且揮發(fā)物對操作者有害。同時，熱穩(wěn)定性差，呈活化的時間短，即一經加熱，便急速分解，其結果就有可能留下無活性的殘留物。因此，對熱穩(wěn)定性要求高的地方不適于用這種焊劑。10.4.5樹脂焊劑松香的主要成分為松香酸和松香脂松酐。是由松脂提煉而成的混合物，常溫下為淺黃色固態(tài)沒有任何化學活力，呈中性；當被加熱到74℃后熔化，液態(tài)呈現(xiàn)弱酸性，可清除金屬表面氧化物。并能保護金屬表面不被氧化，增加焊錫流動性。焊接完畢后，松香又會變成穩(wěn)定的固態(tài)，無腐蝕，且絕緣。當溫度高達300℃左右時，就變?yōu)椴换钴S的新松香酸或焦松香酸，失去焊劑的作用。松香很容易溶于酒精中，實際中，常以1∶3的比例配成“松香水”，用于焊接。602．活性焊劑由于松香清洗力不強，在工業(yè)自動化焊接中，為增強其活性，一般加入活化劑。如三乙醇氨等。焊接時活化劑根據(jù)加熱溫度分解或蒸發(fā)，只有松香殘留下來，恢復原來的狀態(tài)，保持固有的特性。

手工焊接沒有必要。常用國產樹脂焊劑見表10-6所示

品種配方（重量百分數(shù)）可焊性活性適用范圍松香酒精焊劑松香–23，無水乙醇-77中中性印制板、導線焊接鹽酸二乙胺焊劑鹽酸二乙胺-4，三乙醇胺-6，松香-20，正丁醇-10，無水乙醇-60好有輕度腐蝕性（余渣）手工烙鐵焊接電子元器件鹽酸笨胺焊劑鹽酸笨胺-4.5，三乙醇胺-2.5，松香–