電子技術(shù)實習二焊接工藝

電子技術(shù)實習二焊接工藝第1頁/共43頁焊接是電子產(chǎn)品組裝過程中的重要工藝。焊接質(zhì)量的好壞，直接影響電子電路及電子裝置的工作性能。優(yōu)良的焊接質(zhì)量，可為電路提供良好的穩(wěn)定性、可靠性，不良的焊接方法會導致元器件損壞，給測試帶來很大困難，有時還會留下隱患，影響的電子設(shè)備可靠性。電子焊接技術(shù)第2頁/共43頁一、焊接分類及特點焊接一般分三大類：熔焊、接觸焊和釬焊。熔焊接觸焊釬焊熔焊是指在焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，在不外加壓力的情況下完成焊接的方法。如電弧焊、氣焊等。在焊接過程中，必須對焊件施加壓力(加熱或不加熱)完成焊接的方法。如超聲波焊、脈沖焊、摩擦焊等。使用焊料的熔點高于4500C的焊接稱硬釬焊；使用焊料的熔點低于4500C的焊接稱軟釬焊。電子產(chǎn)品安裝工藝中所謂的“焊接”就是軟釬焊的一種，主要使用錫、鉛等低熔點合金材料作焊料，因此俗稱“錫焊”。電子焊接技術(shù)第3頁/共43頁電子線路的焊接看似簡單，似乎只不過是熔融的焊料與被焊金屬（母材）的結(jié)合過程，但究其微觀機理則是非常復雜的，它涉及物理、化學、材料學、電學等相關(guān)知識。熟悉有關(guān)焊接的基礎(chǔ)理論，才能對焊接中出現(xiàn)的各種問題心中有數(shù)，應付自如，從而提高焊點的焊接質(zhì)量。二、焊接的機理所謂焊接是將焊料、被焊金屬同時加熱到最佳溫度，依靠熔融焊料添滿被金屬間隙并與之形成金屬合金結(jié)合的一種過程。從微觀的角度分析，焊接包括兩個過程：一個是潤濕過程，另一個是擴散過程。電子焊接技術(shù)第4頁/共43頁1.潤濕(橫向流動)又稱浸潤，是指熔融焊料在金屬表面形成均勻、平滑、連續(xù)并附著牢固的焊料層。浸潤程度主要決定于焊件表面的清潔程度及焊料的表面張力。金屬表面看起來是比較光滑的，但在顯微鏡下面看，有無數(shù)的凸凹不平、晶界和傷痕，的焊料就是沿著這些表面上的凸凹和傷痕靠毛細作用潤濕擴散開去的，因此焊接時應使焊錫流淌。流淌的過程一般是松香在前面清除氧化膜，焊錫緊跟其后，所以說潤濕基本上是熔化的焊料沿著物體表面橫向流動。潤濕的好壞用潤濕角表示電子焊接技術(shù)第5頁/共43頁2.擴散(縱向流動)

伴隨著熔融焊料在被焊面上擴散的潤濕現(xiàn)象還出現(xiàn)焊料向固體金屬內(nèi)部擴散的現(xiàn)象。例如，用錫鉛焊料焊接銅件，焊接過程中既有表面擴散，又有晶界擴散和晶內(nèi)擴散。錫鉛焊料中的鉛只參與表面擴散，而錫和锏原子相互擴散，這是不同金屬性質(zhì)決定的選擇擴散。正是由于這種擴散作用，在兩者界面形成新的合金，從而使焊料和焊件牢固地結(jié)合。3.冶金結(jié)合擴散的結(jié)果使錫原子和被焊金屬銅的交接處形成合金層，從而形成牢固的焊接點。以錫鉛焊料焊接銅件為例。在低溫(250～300℃)條件下，銅和焊錫的界面就會生成Cu3Sn和Cu6Sn5。若溫度超過300℃，除生成這些合金外，還要生成Cu31Sn8等金屬間化合物。焊點界面的厚度因溫度和焊接時間不同而異，一般在3~10um之間。圖所示的是錫鉛焊料焊接紫銅時的部分斷面金屬組織的放大說明。電子焊接技術(shù)第6頁/共43頁三、焊接要素1.焊接母材的可焊性所謂可焊性，是指液態(tài)焊料與母材之間應能互相溶解，即兩種原子之間要有良好的親和力。兩種不同金屬互熔的程度，取決于原子半徑及它們在元素周期表中的位置和晶體類型。錫鉛焊料，除了含有大量鉻和鋁的合金的金屬材料不易互溶外，與其他金屬材料大都可以互溶。為了提高可焊性，一般采用表面鍍錫、鍍銀等措施。2.焊接部位清潔程度3.助焊劑4.焊接溫度和時間5.焊接方法焊料和母材表面必須“清潔”，這里的“清潔”是指焊料與母材兩者之間沒有氧化層，更沒有污染。當焊料與被焊接金屬之間存在氧化物或污垢時，就會阻礙熔化的金屬原子的自由擴散，就不會產(chǎn)生潤濕作用。元件引腳或PCB焊盤氧化是產(chǎn)生“虛焊”的主要原因之一。助焊劑可破壞氧化膜、凈化焊接面，使焊點光滑，明亮。電子裝配中的助焊劑通常是松香。焊錫的最佳溫度為250±5oC，最低焊接溫度為240oC。溫度太低易形成冷焊點。高于260oC易使焊點質(zhì)量變差。焊接時間：完成潤濕和擴散兩個過程需2~3S，1S僅完成潤濕和擴散兩個過程的35%。一般IC、三極管焊接時間小于3S，其他元件焊接時間為4~5S。焊接方法和步驟非常關(guān)鍵。電子焊接技術(shù)第7頁/共43頁四、焊點的質(zhì)量要求高質(zhì)量的焊點應使焊料和金屬工件表圓形成牢固的合金層，才能保證良好的導電性能，簡單地將焊料堆附在金屬工件表面而形成虛焊，是焊接工作中的大忌。1.電氣性能良好2.具有一定的機械強度3.焊點上的焊料要適量4.焊點表面應光亮且均勻5.焊點不應有毛刺、空隙6.焊點表面必須清潔電子焊接技術(shù)電子設(shè)備有時要工作在振動環(huán)境中，為使焊件不松動、不脫落，焊點必須具有一定的機械強度。錫鉛焊料中的錫和鉛的強度都比較低，為了增加強度，可根據(jù)需要增加焊接面以．或?qū)⒃骷€、導線先行網(wǎng)繞、絞合、鉤接在接點上再進行焊接。焊點上的焊料過少，不僅降低機械強度，而且會導致焊點早期失效；焊點上的焊料過多，既增加成本，又容易造成焊點橋連(短路)，也會掩飾焊接缺陷。所以焊點上的焊料要適量。印制電路板焊接時，焊料布滿焊盤呈裙狀展開時為最適宜。良好的焊點表面應光亮且色澤均勻。這主要是因為助焊劑中未完全揮發(fā)的樹脂成分形成的薄膜覆蓋在焊點表面，能防止焊點表面的氧化。

焊點表面存在毛刺、宅隙，不僅不美觀，還會給電子產(chǎn)品帶來危害，尤其在高壓電路部分將會產(chǎn)生尖端放電而損壞電子設(shè)備。焊點表面的污垢，如果不及時清除，酸性物質(zhì)會腐蝕元器件引線、接點及印制電路，吸潮會造成漏電甚至短路燃燒等，從而帶來嚴重隱患。第8頁/共43頁錫焊工具一、電烙鐵典型電烙鐵的結(jié)構(gòu)電子焊接技術(shù)第9頁/共43頁普通內(nèi)熱式電烙鐵內(nèi)熱式電烙鐵的后端是空心的，用于套接在連接扦上，并且用彈簧夾（不是所有電烙鐵都有）固定，當需要交換烙鐵頭時，必須先將彈簧夾退出，同時用鉗子夾住烙鐵頭的前端，慢慢地拔出，切記不能用力過猛，以免損壞連接桿。內(nèi)熱式的烙鐵心是用比較細的鎳鉻電阻絲繞在瓷管上制成的，20W的內(nèi)熱式電烙鐵烙鐵阻值約為2.5k，50W的阻值約為lk，由于它的熱效率高，20W的內(nèi)熱式電烙鐵相當于40W的外熱式電烙鐵。電子焊接技術(shù)第10頁/共43頁常壽命烙鐵頭電烙鐵電子焊接技術(shù)第11頁/共43頁外熱式電烙鐵電子焊接技術(shù)第12頁/共43頁手動送錫電烙鐵電子焊接技術(shù)第13頁/共43頁溫控式電烙鐵電子焊接技術(shù)第14頁/共43頁熱風拔焊臺電子焊接技術(shù)第15頁/共43頁常用焊接工具電子焊接技術(shù)第16頁/共43頁（1）烙鐵頭一般用紫銅制成，對于有鍍層的烙鐵頭，一般不要銼或打磨。因為電鍍層的目的就是保護烙鐵頭不易腐蝕。還有一種新型合金烙鐵頭，壽命較長，但需配專門的烙鐵。一般用于固定產(chǎn)品的印制板焊接。常用烙鐵頭形狀有以下幾種（如圖）二、烙鐵頭及修整鍍錫部分樣式烙鐵頭實物電子焊接技術(shù)第17頁/共43頁（2）普通烙鐵頭的修整和鍍錫烙鐵頭經(jīng)使用一段時間后，會發(fā)生表面凹凸不平，而且氧化層嚴重，這種情況下需要修整。對焊接數(shù)字電路、計算機的工作來說，銼細，再修整。一般將烙鐵頭拿下來，夾到臺鉗上粗銼，修整為自己要求的形狀，然后再用細銼修平，最后用細砂紙打磨光。電子焊接技術(shù)第18頁/共43頁修整后的烙鐵應立即鍍錫，方法是將烙鐵頭裝好通電，在木板上放些松香并放一段焊錫，烙鐵沾上錫后在松香中來回摩擦；直到整個烙鐵修整面均勻鍍上一層錫為止。注意：烙鐵通電后一定要立刻蘸上松香，否則表面會生成難鍍錫的氧化層。電子焊接技術(shù)第19頁/共43頁電烙鐵的常見故障及其維護1.電烙鐵通電后不熱遇到此故障時可以用萬用表的歐姆擋測量插頭的兩端，如果表針不動，說明有斷路故障。當插頭本身沒有斷路故障時，即可卸下膠木柄，再用萬用表測量烙鐵芯的兩根引線，如果表針不動，說明烙鐵心損壞，應更換新的烙鐵芯。如果測得烙鐵心兩根導線線之間的阻值為2．5k左右（以20W為例），說明烙鐵芯是好的，故障出現(xiàn)在電源引線及插頭上，多數(shù)故障又引線斷路。插頭件的接點斷開，可進一步用萬用表的R×1檔測量引線的電阻值，便可發(fā)現(xiàn)問題。2.烙鐵頭帶電3.烙鐵頭不“吃錫”4.烙鐵頭出現(xiàn)凹坑更換烙鐵芯的方法是：將固定烙鐵心的引線螺坤松開．將引線卸下，把烙鐵芯從連接桿中取出，然后將新的同規(guī)格的烙鐵心插入連接桿，將引線固定在螺絲上，并注意將烙鐵心的多余引線頭剪掉、以防止兩根引線短路。當測量插頭的兩端時，如果萬用表的表針指示接近零歐姆，說明有短路故障，故障點多為插頭內(nèi)短路，或者是防止電源引線轉(zhuǎn)動螺絲脫落，致使接在烙鐵心引線柱上的電源線斷開而發(fā)生短路。當發(fā)現(xiàn)短路故障時應及時處理，不能再次通電，以免發(fā)生意外。烙鐵頭帶電可能是電源線錯接在接地線接線柱上外，還可能是電源線從烙鐵芯接線螺絲上脫落后，又碰到了接地線的螺絲上，從而造成烙鐵頭帶電。這種故障最容易造成觸電事故，并損壞元器件，因此應隨時檢查壓線螺絲是否松動或丟失并及時配備好。烙鐵頭經(jīng)長時間使用后，就會因氧化而不占錫，這就是燒死現(xiàn)象，也稱為不“吃錫”。當出現(xiàn)不“吃錫”的情況時，可用細砂紙或銼刀將烙鐵頭重新打磨或銼出新茬，然后重新鍍上焊錫就可繼續(xù)使用。烙鐵頭使用一段時間后，就會出現(xiàn)凹坑或氧化腐蝕層，使烙鐵頭的刃向形狀發(fā)生變化。遇到這種情況時，可用銼刀將氧化層或凹坑銼掉。銼成原來的形狀，然后鍍上錫，就可繼續(xù)使用。電子焊接技術(shù)第20頁/共43頁電烙鐵使用注意事項通電前，認真檢查電烙鐵是否有短路和漏電等情況。如發(fā)現(xiàn)問題應及時解決，避免發(fā)生人身傷害事件。電烙鐵在不焊接時，應放置在烙鐵架上，且烙鐵架周圍不能放置其它物品，以免損壞。使用過程中，切勿敲擊電烙鐵，以免損壞烙鐵芯及固定電源線和烙鐵芯的螺絲松動，造成短路等。禁止甩動電烙鐵，防止烙鐵頭脫落或烙鐵頭上的錫珠飛濺，傷害別人。電子焊接技術(shù)第21頁/共43頁焊接材料焊料凡是用來熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之形成一個整體的金屬的合金都叫焊料。根據(jù)其組成成分，焊料可以分為錫鉛焊料、銀焊料、及銅焊料。按熔點，焊料又可以分為軟焊料（熔點在450℃以下）和硬焊料（熔點在450℃以上）。在電子裝配中常用的是錫鉛焊料。鉛錫焊料具有一系列鉛和錫不具備的優(yōu)點：熔點低。各種不同成分的鉛錫合金熔點均低于鉛和錫的熔點，利于焊接。機械強度高，抗氧化。表面張力小，增大了液態(tài)流動性，有利于焊接時形成可靠接頭。電子焊接技術(shù)第22頁/共43頁具一定的化學活性具有良好的熱穩(wěn)定性具有良好的潤濕性對焊料的擴展具有促進作用留存于基板的焊劑殘渣,對基板無腐蝕性具有良好的清洗性氯的含有量在0.2%(W/W)以下.

有助焊劑和阻焊劑兩種焊劑助焊劑通常是以松香為主要成分的混合物，是保證焊接過程順利進行和致密焊點的輔助材料。助焊劑的要求電子焊接技術(shù)第23頁/共43頁助焊劑的作用一是去除被焊件的氧化層，這是保證焊接質(zhì)量的重要手段；二是降低融化焊錫的表面張力，使焊錫能更好地附著在金屬表面。加熱金屬表面及熔化狀態(tài)的焊錫比在常溫下更容易氧化，助焊劑能較快地覆蓋在金屬和焊錫表面防止氧化。電子焊接技術(shù)第24頁/共43頁防止焊錫橋連造成短路。使焊點飽滿，減少虛焊，而且有助于節(jié)約焊料。由于板面部分為阻焊劑膜所覆蓋，焊接時板面受到的熱沖擊小，因而不易起泡、分層。阻焊劑阻焊劑是一種耐高溫的涂料。在焊接時可將不需要焊接的部位涂上阻焊劑保護起來，使焊接僅在需要焊接的焊接點上進行。阻焊劑廣泛用于浸焊和波峰焊。阻焊劑的優(yōu)點電子焊接技術(shù)第25頁/共43頁一、焊接操作姿勢電烙鐵拿法有三種。2手工錫焊基本操作焊錫絲一般有兩種拿法。

使用電烙鐵要配置烙鐵架，一般放置在工作臺右前方，電烙鐵用后一定要穩(wěn)妥放與烙鐵架上，并注意導線等物不要碰烙鐵頭。電子焊接技術(shù)第26頁/共43頁

由于焊絲成分中，鉛占一定比例，眾所周知鉛是對人體有害的重金屬，因此操作時應戴手套或操作后洗手，避免食入。焊劑加熱揮發(fā)出的化學物質(zhì)對人體是有害的，如果操作時鼻子距離烙鐵頭太近，則很容易將有害氣體吸入。一般烙鐵離開鼻子的距離應至少不少于30厘米，通常以40厘米時為宜。注意電子焊接技術(shù)第27頁/共43頁

二、五步法訓練作為一種初學者掌握手工錫焊技術(shù)的訓練方法，五步法是卓有成效的。正確的五步法:準備施焊加熱焊件熔化焊料移開焊錫移開烙鐵電子焊接技術(shù)第28頁/共43頁

三、錫焊基本條件

1.焊件可焊性2.焊料合格3.焊劑合適4.焊點設(shè)計合理電子焊接技術(shù)第29頁/共43頁焊點質(zhì)量判別焊點外觀質(zhì)量標準單面焊盤焊點形與量的界面關(guān)系金屬化孔焊點形與量的界面關(guān)系不良焊接現(xiàn)象電子焊接技術(shù)第30頁/共43頁拆焊

在電子產(chǎn)品的調(diào)試和維修中常須更換一些元器件，如果方法不得當，就會破壞印制電路板，也會使換下而并沒有失效的元器件無法重新使用。一般電阻、電容、晶體管等管腳不多，且每個引腳能相對活動的元器件可用烙鐵直接拆焊。為保證拆焊的順利進行應注意以下兩點：烙鐵頭加熱被拆焊點時，焊料一熔化，就應及時按垂直印制板的方向撥出元器件的引腳，不管元器件的安裝位置如何，都不要強拉或扭轉(zhuǎn)元器件，以避免損傷印制電路板和其他元器件。當插裝新元器件之前，必須把焊盤插孔內(nèi)的焊料清除干凈，否則在插裝新元件引腳時，將造成印制電路板的焊盤翹起。將印刷線路板豎起來夾住，一邊用烙鐵加熱待拆元件的焊點，一邊用鑷子或尖嘴鉗夾住元器件引腳輕輕拉出。也可采用吸錫電烙鐵對焊點加熱的同時，把錫吸入內(nèi)腔，從而完成拆焊。

對于多個直插式管腳的集成元件拆焊，應用吸錫電烙鐵（或烙鐵+吸錫器）確保吸盡每個管腳上的焊錫，也可用專用拆焊電烙鐵使全部元件管腳同時加熱而脫焊拔出。借助于熱風槍吹出高溫熱風拆焊的方法對表面貼片安裝電子元器件（特別是多引腳的SMD集成電路）是適合的，但對直插式集成元件管腳拆焊未必適合。直插管腳上的焊錫可能貫穿焊板正反兩面，焊錫量也比貼片元件多，依靠單面的熱風溶化焊點不夠現(xiàn)實。電子焊接技術(shù)第31頁/共43頁1掌握好加熱時間在保證焊料潤濕焊件的前提下時間越短越好。四、手工焊接注意事項2保持合適的溫度保持烙鐵頭在合適的溫度范圍。一般經(jīng)驗是烙鐵頭溫度比焊料熔化溫度高50℃較為適宜。3用烙鐵對焊點加力加熱是錯誤的。會造成被焊件的損傷，例如電位器、開關(guān)、接插件的焊接點往往都是固定在塑料構(gòu)件上，加力的結(jié)果容易造成元件失效。電子焊接技術(shù)第32頁/共43頁手工焊接技術(shù)要點一、印制電路板安裝與焊接印制板和元器件檢查二、元器件引線成型正式制作的電路印制板在焊接之前要仔細檢查，看其有無斷路、短路、孔金屬化不良以及是否已有助焊處理等。板上的任何潛在問題，都是整機調(diào)試和產(chǎn)品故障的隱患，全部元件焊接完成后的電路板，往往并不能發(fā)現(xiàn)板子自身存在的問題。電子焊接技術(shù)第33頁/共43頁三、元器件插裝四、印制電路板的焊接五、焊后處理安裝和焊接的一般工序步驟是先裝焊低矮的元件，再裝焊較高的元件。次序是：電阻→電容→二