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電子焊接技術

焊接工序是電子廠中最普遍也是最關鍵的工序,其質量的好壞直接影響生產(chǎn)的進度與產(chǎn)品的質量。對于廠內產(chǎn)品電子線路的內部連接.此節(jié)就本廠廣泛采用的THT進行了詳細的說明。

1.焊接的概念

焊接，一般是用加熱的方式使兩件金屬物體結合起來；如果在焊接的過程中需要熔人第三種物質，則稱之為“釬焊”，所加熔上去的第三種物質稱為“焊料”。按焊料熔點的高低又將釬焊分為“硬焊”和“軟釬焊”，通常以為界，低于的稱為“軟釬焊”。電子產(chǎn)品安裝工藝中的所謂“焊接”就是軟釬焊的一種,主要用錫、鉛等低熔點合金做焊料，因此俗稱“錫焊”。

2.焊接工具

2.1電烙鐵的功能、構造和工作原理

電烙鐵在手工錫焊過程中擔任著加熱焊區(qū)各被焊金屬，熔化焊料、運載焊料和調節(jié)焊料用量的多重任務。電烙鐵的構造很簡單，其主要結構有五部分:手柄用木頭或較耐熱的塑料制成，中空腔，可以打開，空腔中有電熱絲與電源線的連接端子，電源線由手柄后端的橡膠護套中穿出之前由一個塑料螺栓或卡子鎖住，可以承受一定的拉力，以利安全。手柄前有鐵管做成的烙鐵身，管身中緊靠前端裝有發(fā)熱的烙鐵心，烙鐵心是用細電爐絲分層間繞在云母片絕緣的薄鐵管上，烙鐵頭尾部伸人到薄鐵管中，薄鐵管的前端嵌死在一段結合用的套筒里，套筒上橫栓著一大一小兩顆螺釘，小的較短，用來緊固烙鐵心與管身，大的較長，用來栓死烙鐵頭，調節(jié)烙鐵工作溫度時就是要旋松較長的這顆螺釘。烙鐵頭是用單位體積熱容量較大、導熱率高的紫銅制成。電烙鐵的工作電壓、功率等參數(shù)一般都標示在手柄上，供選用時辨認。電烙鐵的工作原理簡單地說就是一個電熱器在電能的作用下，發(fā)熱、傳熱和散熱的過程：接通電源后，在額定電壓下，由烙鐵心以電熱絲阻值所決定的功率發(fā)熱。熱量優(yōu)先傳給烙鐵頭，使其溫度上升，再由烙鐵頭的表面向周圍環(huán)境中散發(fā)。熱量散發(fā)的速度與烙鐵頭的溫升成正比，溫差越大熱量散發(fā)的速度越快；當達到一定的溫度后，散熱的功率就會等于發(fā)熱的功率而達到一種動態(tài)平衡,停止升溫，電烙鐵的預熱階段完成。此時烙鐵頭的溫度就是這支電烙鐵的空載預熱溫度，一般為三百多度超出焊料熔點很多。發(fā)熱芯的熱量也會向后傳給管身部分，由于管身部分是由有一定長度的薄壁鋼管作成，熱阻較大，加上有些管身后段具有散熱孔或隔有散熱片，使手柄溫升不多。在空載預熱溫度下電烙鐵的各個部分都會以：熱量=熱容量X溫度的關系各自儲存著一份熱量。焊接操作時，當烙鐵頭的工作面與焊料、工件接觸時、，原來的平衡關系就被打破，熱量馬上通過熱阻比空氣小得多的接觸部位傳向焊接工作區(qū)，使得焊錫、工件的溫度很快地上升。只要烙鐵頭的熱容量較之于被焊區(qū)工件的熱容量為足夠大，就可以在極短的時間內使焊錫和工件焊接部位的溫度超過焊錫的熔點而完成焊接的過程，而其本身的溫度卻下降很少。

2.2烙鐵頭

電烙鐵的易損件是烙鐵頭和烙鐵心，烙鐵頭和烙鐵心單獨作為配件在市面上有售。烙鐵發(fā)熱芯比較單一，只要尺寸一致、功率相同且即可。‘烙鐵頭的外形主要有直頭、彎頭之分。工作端的形狀有錐形、鏟形、斜劈形、專用的特制形等。但通常在小功率電烙鐵上，以使用直頭錐形的為多，彎頭鏟形的則比較適合于75瓦以上的電烙鐵。烙鐵頭形狀的選擇可以根據(jù)加工的對象和個人的習慣來決定。

普通電烙鐵頭都是用熱容比大、導熱率高的純銅(紫銅)制成。錫和銅之間有很好的親和力，因此熔融的焊錫才會很容易被吸附在烙鐵頭上任由調度。然而銅和錫會生成銅錫合金，合金的熔點大大低于純銅的熔點，在電烙鐵的工作溫度下會局部熔解。其熔解的速度與溫度成正比，在烙鐵頭的工作面上各點的溫度不會完全一樣，溫度高的地方銅金屬消耗較快，使工作面形成凹陷，凹陷的表面使溫度更集中，局部熔解的速度加快，……這樣惡性循環(huán)，于是，在烙鐵頭原來平整的工作面上就會出現(xiàn)一個很深的凹坑，使你不得不重新加工修整、上錫。結果，一支烙鐵頭并用不了多久便要報廢，不時的修整工作也帶來很大的麻煩。

近年來被大量采用的長壽烙鐵頭就是為此而改進的。長壽烙鐵頭的基體金屬還是紫銅，只是在工作端部被鍍上了一層用來阻擋焊錫侵蝕的純鐵，為了保持烙鐵頭對焊錫的吸附性，再在鐵的外面使用活性較大的助焊劑(氯化鋅之類)熱鍍上一層純錫。由于鐵在烙鐵的工作溫度下基本上不會與錫起反應而解決了這個問題。

使用長壽烙鐵頭時，要注意保護其表面的鍍層，千萬不能像普通烙鐵頭那樣在砂紙上砂、用銼刀銼，其尖端萬一附著點什么黑東西時只要在—種專用的濕纖維素海棉上稍加擦拭即可露出原來光亮的鍍錫表面。另外,暫停操作時，應該尖端沖下擱置在烙鐵架上，讓烙鐵尖總是被焊錫的液滴包裹著，以免烙鐵頭被“燒死”。長壽烙鐵頭運載焊料的能力比普通烙鐵頭略差一些，但配合焊錫絲使用，影響不大。

2.3烙鐵架

烙鐵架的結構非常簡單。但是，批量生產(chǎn)時工作臺面的面積有限，還要講究工作效率，電烙鐵的擺放不講究不行。這時，一個好用的烙鐵架就顯得很重要了。

3.焊料

焊料又名釬料，在錫焊工藝中所用的焊料就是焊錫，它通常是錫(sn)與另一種低熔點金屬——鉛(Pb)所組成的合金。為了提高焊錫的理化性能，有時還有意地摻人少量的銻(Sb)、鉍 (Bi)、銀(As)等金屬。

3.1錫鉛焊料的組成和性能

錫和鉛按不同的比例配制成的錫鉛焊料，其熔點和機械強度等物理性能也會不同。錫鉛焊料中的含錫量越高，其浸潤性越強。而含鉛量越高時，焊點表面耐腐蝕性能越佳。手工焊接應盡量選用共晶焊料。

3.2焊錫的規(guī)格

鉛錫焊料的外形根據(jù)需要可以加工成焊錫條、焊錫帶、焊錫絲、焊錫圈、焊錫片、焊球等不同形狀。也可以將一定粒度的焊料粉末與焊劑混合后制成膏狀焊料，即所謂“銀漿”、“錫膏”，用于表面貼裝元器件的安裝焊接。手工焊接現(xiàn)在普遍使用有活化松香焊劑芯的焊錫絲。焊錫絲的直徑從￠．到￠．Omm分為十多種規(guī)格。一般的電子產(chǎn)品安裝焊接使用φ左右的即可，￠．以下的錫焊絲用于密度較大的貼裝電路板上微小元器件的焊接。

3.3焊膏

焊膏(俗稱銀漿)是由高純度的焊料合金粉末、焊劑和少量印刷添加劑混合而成的漿料，可以用鋼模或絲網(wǎng)印刷的方式涂布于電路板上，是現(xiàn)代表面貼裝技術(SMT)的關鍵材料。

4.焊接過程與操作要領

4.1焊接淮備

焊接開始前必須淮備好焊料、焊劑等工具。凋整好電烙鐵的工作溫度，使烙鐵頭的工作面完全保持在吃錫的狀態(tài)。新烙鐵在首次通電以前要把烙鐵頭調出來兩公分左右，經(jīng)充分預熱試焊后，若嫌溫度不夠，可以解開緊固螺釘向里面送回一點，試焊，還不夠就再往里送回—點點……，就這樣逐步往上調,多試幾次，一開始寧可讓它偏低，切不可讓溫度過高，否則烙鐵頭就會被燒死。所謂‘燒死’，是指烙鐵頭前端作面上的鍍錫層在過高的溫度下被氧化掉，表面形成—層黑色的氧化銅殼層。此時的烙鐵頭既不傳熱也不再吃錫，如果勉強壓在焊錫上，過了很長時間后焊錫才會突然熔化，滾向一邊，決不與烙鐵頭親和.用這樣的烙鐵是無法工作的。烙鐵頭一旦燒死就必須銼掉表層重新上錫，這對于長壽烙鐵頭來說就是致命的損失。無論誰，都要充分留意這道手續(xù)，當換了一支烙鐵，或換了一個工作環(huán)境、電網(wǎng)電壓變化以后，必須注意調節(jié)電烙鐵的工作溫度：使其大約維持在左右。實際操作的淮則是：在不至于燒死烙鐵頭的前提下盡量調高一些�！�定要讓烙鐵頭尖端的部位永遠保持銀白色的吃錫的狀態(tài)。

4.2焊接過程

元器件引出腳的上錫

這是完整的手工焊接過程的第一步。即將元器件引出腳及焊片、焊盤等被焊物分別地預

先用烙鐵搪上一層焊錫，這樣可以基本保證不出現(xiàn)虛焊。在焊接操作中，一定要養(yǎng)成將元器件預先上錫的良好習慣：對于那些表面氧化、有污漬的引腳和有絕緣漆的線頭，上錫前還必須進行表面的清潔處理，手工焊接時—般采用刮削的辦法處理，刮削時必須注意做到全面、均勻------尤其是處理那些小直徑線頭時，不能在刮削的起始部位留下傷痕。

批量產(chǎn)時不可能進行如此繁雜的手工操作，因此其焊接質量完全要靠元器件的可焊性來保證,必須在投產(chǎn)前做好元器件的可焊性試驗工作。

焊接的操作于法

將電路板面向操作者傾斜擱置，烙鐵頭工作面靠到被焊零件引腳和焊盤上，同時將焊絲送向三者交匯處的烙鐵頭上，使其熔化，熔化的焊錫會馬上流向并填充它們之間的空隙，使熱量迅速地傳導過來，很快地將被焊物升溫。由于焊錫絲有焊劑芯，同時熔化的松香焊劑會流浸到焊接區(qū)各金屬物的表面，起到焊劑的種種作用。隨后，當溫度升高到一定的程度時，擴散發(fā)生，焊錫浸潤被焊物表面，開始形成焊點。然后，移動烙鐵，焊點完成，撤離烙鐵，冷卻凝固等等，但由于焊錫絲中的焊劑量有限，如果被焊物的可焊性不是非常好，往往在焊點還沒有完全形成以前焊劑早已被蒸發(fā)干凈，使焊錫表面氧化變色而無法繼續(xù)焊下去。為了得到新鮮的焊劑，不得不再送人一段錫絲，讓焊絲中的焊劑流出來補充，而這樣一來又使得焊錫液滴的總量過多而要用烙鐵從焊點的下面將多余的焊錫帶走抖掉。有時遇到較難焊的焊點，就必須再三送人焊絲，接著又抖掉多余的焊錫，直到真正的焊點形成。

為了提高焊錫絲的利用率、盡量縮短焊接時間，可以將開始送人的焊絲分成兩部分進行：首先直接向烙鐵頭送一部分，用以填充間隙，加大烙鐵傳熱的接觸面，啟動整個焊接過程。當被焊件熱起來以后就不失時機地轉到烙鐵對面的一側，直接向元器件引腳和焊盤送入另一部分焊錫絲。這樣，焊錫絲就起到了引導焊點形成的作用。即可以免去烙鐵兩邊來回移動的動作，又可以讓對側的金屬及早地涂上助焊劑，避免升溫引起的氧化作用。這是較熟練時的操作手法。

操作要領仍舊是：‘始終帶著焊劑液膜操作，讓焊錫在凝固以前總是處于晶瑩發(fā)亮的狀態(tài)。’因為焊錫液滴變啞色就說明表面一層已經(jīng)氧化，已經(jīng)不是金屬，在焊接溫度下不會熔解，隔著這層固體雜質，金屬間的浸潤擴散將無法進行。

兩種焊接手法的基本要求是一致的，就是要在盡量短的時間里得到，一個有著完美合金層的真焊點。實際操作時在第二種手法中往往摻和著第一種手法。

5．焊接的質量檢驗

檢驗焊接質量有多種方法，比較先進的方法是用儀器進行。而在通常條件下，則采用觀察外觀和用烙鐵重焊的方法來檢驗。

5.1外觀觀察檢驗法

一個焊點的焊接質量最主要的是要看它是否為虛焊，其次才是外觀。但是，經(jīng)驗豐富的人完全可以憑焊點的外表來判斷其內部的焊接質量。

一個良好的焊點其表面應該光潔、明亮，不得有拉尖、起皺、鼓氣泡、夾渣、出現(xiàn)麻點等現(xiàn)象；其焊料到被焊金屬的過渡處應呈現(xiàn)圓滑流暢的浸潤狀凹曲面。我們可以用穿孔插裝工藝的焊點剖面圖來舉例說明。

附圖(a)是優(yōu)良焊點的剖面，其余則是各種不良的焊點。

圖中(d)和(b)所示的焊點外表看似光滑、飽滿，但仔細觀察時就可以發(fā)現(xiàn)在焊錫與焊盤及引腳相接處呈現(xiàn)出大于90°。的接觸角，表明焊錫沒有浸潤它們，這樣的焊點肯定是虛焊；(c)和 (f)都是焊料太少；(f)的焊點還不完整，雖然都不算是虛焊，但焊點的機械強度太小；(e)的焊點外表不光滑，有拔絲拖尾現(xiàn)象，表明焊接過程中焊劑用得不夠，至少在焊接的后階段是在缺少焊劑的情況下結束的，難保不是虛焊；(g)焊點在凝固時零件有晃動，焊料凝固成松散的豆渣狀。
其它像連焊、缺焊等都是相當明顯的缺陷，不再贅述。

用觀察法檢查焊點質量時最好使用一只3-5倍的放大鏡，在放大鏡下可以很清楚地觀察到焊點表面焊錫與被焊物相接處的細節(jié)，而這里正是判斷焊點質量的關鍵所在，焊料在冷卻前是否曾經(jīng)浸潤金屬表面，在放大鏡下就會一目了然。

5.2帶松香重焊檢驗法

檢驗一個焊點虛實真假最可靠的方法就是重新焊一下，用滿帶松香焊劑、缺少焊錫的烙鐵重新熔融焊點，從旁邊或下方撤走烙鐵，若有虛焊，其焊錫一定都會被強大的表面張力收走，使虛焊處暴露無余。帶松香重焊是最可靠的檢驗方法，同時多用此法還可以積累經(jīng)驗，提高用觀察法檢查焊點的淮確性。

5.3其它焊接缺陷

除了虛焊以外還有一些焊接缺陷也要注意避免，引線的絕緣層剝得過長，使導線有與其它焊點相碰的危險焊接時溫度太高、時間太長，使基板材料炭化、鼓泡，焊盤已經(jīng)與板基剝離，元器件失去固定，與焊盤聯(lián)接的電路將被撕斷等。

6.浸焊

在電子產(chǎn)品的批量生產(chǎn)中，電路板上絕大部分元器件的大量焊接工作必須由一次性整體焊接來完成。電路板的整體焊接包括浸焊、波峰焊和用于SMD的各種再流焊。其中浸焊是一種半手工半機械的方法，在中、小企業(yè)的穿孔插裝工藝中，作為主要的焊接手段而被普遍采用，現(xiàn)略作介紹。 ’

浸焊的主要設備有浸焊錫爐和發(fā)泡松香爐。

錫爐裝有自動控溫裝置，大多裝有24小時到7天為循環(huán)周期的定時繼電器，可以按照設定的程序自動開爐和停爐，功率為120—2500W，工作溫度為100，最高溫度可達以上；選用時其功率和容積應根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和被加工電路板的尺寸來確定。

手浸發(fā)泡松香爐用來將焊劑發(fā)泡使之成為泡沫的涌流，讓焊劑能夠均勻地涂布于電路板的焊接面，且在浸焊前維持這一狀態(tài)而不發(fā)生流滴。浸焊爐上方應裝有良好的抽風設備，以便將焊接時產(chǎn)生的煙霧完全抽走。浸焊的爐溫要精心調節(jié)，要根據(jù)不同的焊料，不同的工件來設定。浸焊操作時用長約，形狀和彈力相宜的不銹鋼大夾子夾住電路板的兩個長邊進行。入爐浸焊前應該先檢查一下所插的零件是否有歪斜、跳出等現(xiàn)象，有則稍加整理；再用硬紙板將錫液表面的一層氧化錫膜刮開，隨后將蘸好焊劑的電路板浸入。浸焊時采取邊浸邊向前推移的手法，同時盡量使電路板上容易發(fā)生連焊的方向與運動方向垂直。人浸時前端稍微下傾，出焊時稍微上翹，使之成一略帶弧形的動作效果最好。因為電路板在受熱的瞬間會向上彎曲，采取這樣的動作就可以使得每一部分焊點的受焊時間相同，有利于減少虛焊和連焊。電路板壓人錫液液面的深度以焊錫不會跑到元器件面上來為度。電路板在錫液中的浸焊停留時間大致為2秒，具體時間則要根據(jù)不同的工件、爐溫及焊料焊劑的性能而有所變化，要精確地掌握好，以出現(xiàn)最少的焊接缺陷而又不熱傷元器件為淮。浸錫爐中的焊料成分會隨著不斷地使用而發(fā)生變化：錫的成分會減少，鉛的比例會提高(即所謂‘偏析現(xiàn)象’)，銅、鋅等有害雜質的濃度也會上升，一定要注意及時調整，不能僅作量的補充。焊好的工件要用紙板隔開分層擺放，以免焊接時濺附于底板上的錫珠，碎屑在相互碰撞時掉落到零件中，形成不易清理的多余物。

操作時必須帶好口罩之類的防護用具，平時要注意焊劑、稀釋劑等易燃物的安全防火工作，要及時清理掉錫爐邊的焊劑