電子焊接技術(shù)

焊接工序是電子廠中最普遍也是最關(guān)鍵的工序,其質(zhì)量的好壞直接影響生產(chǎn)的進(jìn)度與產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)于廠內(nèi)產(chǎn)品電子線路的內(nèi)部連接.此節(jié)就本廠廣泛采用的THT進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)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(jié)合起來(lái)；如果在焊接的過(guò)程中需要熔人第三種物質(zhì)，則稱之為“釬焊”，所加熔上去的第三種物質(zhì)稱為“焊料”。按焊料熔點(diǎn)的高低又將釬焊分為“硬焊”和“軟釬焊”，通常以450℃為界，低于450℃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(diǎn)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(gòu)造和工作原理

電烙鐵在手工錫焊過(guò)程中擔(dān)任著加熱焊區(qū)各被焊金屬，熔化焊料、運(yùn)載焊料和調(diào)節(jié)焊料用量的多重任務(wù)。電烙鐵的構(gòu)造很簡(jiǎn)單，其主要結(jié)構(gòu)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(kāi)，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(hù)套中穿出之前由一個(gè)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(xì)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(jié)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(lái)緊固烙鐵心與管身，大的較長(zhǎng)，用來(lái)栓死烙鐵頭，調(diào)節(jié)烙鐵工作溫度時(shí)就是要旋松較長(zhǎng)的這顆螺釘。烙鐵頭是用單位體積熱容量較大、導(dǎo)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(biāo)示在手柄上，供選用時(shí)辨認(rèn)。電烙鐵的工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一個(gè)電熱器在電能的作用下，發(fā)熱、傳熱和散熱的過(guò)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?jī)?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(dāng)達(dá)到一定的溫度后，散熱的功率就會(huì)等于發(fā)熱的功率而達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡,停止升溫，電烙鐵的預(yù)熱階段完成。此時(shí)烙鐵頭的溫度就是這支電烙鐵的空載預(yù)熱溫度，一般為三百多度超出焊料熔點(diǎn)很多。發(fā)熱芯的熱量也會(huì)向后傳給管身部分，由于管身部分是由有一定長(zhǎng)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(yù)熱溫度下電烙鐵的各個(gè)部分都會(huì)以：熱量=熱容量X溫度的關(guān)系各自儲(chǔ)存著一份熱量。焊接操作時(shí)，當(dāng)烙鐵頭的工作面與焊料、工件接觸時(shí)、，原來(lái)的平衡關(guān)系就被打破，熱量馬上通過(guò)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(shí)間內(nèi)使焊錫和工件焊接部位的溫度超過(guò)焊錫的熔點(diǎn)而完成焊接的過(guò)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(dú)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?！予F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(duì)象和個(gè)人的習(xí)慣來(lái)決定。
普通電烙鐵頭都是用熱容比大、導(dǎo)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(huì)很容易被吸附在烙鐵頭上任由調(diào)度。然而銅和錫會(huì)生成銅錫合金，合金的熔點(diǎn)大大低于純銅的熔點(diǎn)，在電烙鐵的工作溫度下會(huì)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(diǎn)的溫度不會(huì)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(lái)平整的工作面上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很深的凹坑，使你不得不重新加工修整、上錫。結(jié)果，一支烙鐵頭并用不了多久便要報(bào)廢，不時(shí)的修整工作也帶來(lái)很大的麻煩。
近年來(lái)被大量采用的長(zhǎng)壽烙鐵頭就是為此而改進(jìn)的。長(zhǎng)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(lái)阻擋焊錫侵蝕的純鐵，為了保持烙鐵頭對(duì)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(huì)與錫起反應(yīng)而解決了這個(gè)問(wèn)題。

使用長(zhǎng)壽烙鐵頭時(shí)，要注意保護(hù)其表面的鍍層，千萬(wàn)不能像普通烙鐵頭那樣在砂紙上砂、用銼刀銼，其尖端萬(wàn)一附著點(diǎn)什么黑東西時(shí)只要在—種專用的濕纖維素海棉上稍加擦拭即可露出原來(lái)光亮的鍍錫表面。另外,暫停操作時(shí)，應(yīng)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(zhǎng)壽烙鐵頭運(yùn)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(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。但是，批量生產(chǎn)時(shí)工作臺(tái)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(shí)，一個(gè)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(diǎn)金屬——鉛(Pb)所組成的合金。為了提高焊錫的理化性能，有時(shí)還有意地?fù)饺松倭康匿R(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(diǎn)和機(jī)械強(qiáng)度等物理性能也會(huì)不同。錫鉛焊料中的含錫量越高，其浸潤(rùn)性越強(qiáng)。而含鉛量越高時(shí)，焊點(diǎn)表面耐腐蝕性能越佳。手工焊接應(yīng)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￠．5mm到￠．Omm分為十多種規(guī)格。一般的電子產(chǎn)品安裝焊接使用φ0.2mm左右的即可，￠．5mm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?；蚪z網(wǎng)印刷的方式涂布于電路板上，是現(xiàn)代表面貼裝技術(shù)(SMT)的關(guān)鍵材料。

4.焊接過(guò)程與操作要領(lǐng)

4.1焊接準(zhǔn)備

焊接開(kāi)始前必須準(zhǔn)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(diào)出來(lái)兩公分左右，經(jīng)充分預(yù)熱試焊后，若嫌溫度不夠，可以解開(kāi)緊固螺釘向里面送回一點(diǎn)，試焊，還不夠就再往里送回—點(diǎn)點(diǎn)……，就這樣逐步往上調(diào),多試幾次，一開(kāi)始寧可讓它偏低，切不可讓溫度過(guò)高，否則烙鐵頭就會(huì)被燒死。所謂‘燒死’，是指烙鐵頭前端作面上的鍍錫層在過(guò)高的溫度下被氧化掉，表面形成—層黑色的氧化銅殼層。此時(shí)的烙鐵頭既不傳熱也不再吃錫，如果勉強(qiáng)壓在焊錫上，過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間后焊錫才會(huì)突然熔化，滾向一邊，決不與烙鐵頭親和.用這樣的烙鐵是無(wú)法工作的。烙鐵頭一旦燒死就必須銼掉表層重新上錫，這對(duì)于長(zhǎng)壽烙鐵頭來(lái)說(shuō)就是致命的損失。無(wú)論誰(shuí)，都要充分留意這道手續(xù)，當(dāng)換了一支烙鐵，或換了一個(gè)工作環(huán)境、電網(wǎng)電壓變化以后，必須注意調(diào)節(jié)電烙鐵的工作溫度：使其大約維持在300℃左右。實(shí)際操作的準(zhǔn)則是：在不至于燒死烙鐵頭的前提下盡量調(diào)高一些?！ㄒ尷予F頭尖端的部位永遠(yuǎn)保持銀白色的吃錫的狀態(tài)。

4.2焊接過(guò)程

4.2.1元器件引出腳的上錫

這是完整的手工焊接過(guò)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(yù)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(yù)先上錫的良好習(xí)慣：對(duì)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(jìn)行表面的清潔處理，手工焊接時(shí)—般采用刮削的辦法處理，刮削時(shí)必須注意做到全面、均勻------尤其是處理那些小直徑線頭時(shí)，不能在刮削的起始部位留下傷痕。

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

4.2.2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(shí)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(huì)馬上流向并填充它們之間的空隙，使熱量迅速地傳導(dǎo)過(guò)來(lái)，很快地將被焊物升溫。由于焊錫絲有焊劑芯，同時(shí)熔化的松香焊劑會(huì)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(dāng)溫度升高到一定的程度時(shí)，擴(kuò)散發(fā)生，焊錫浸潤(rùn)被焊物表面，開(kāi)始形成焊點(diǎn)。然后，移動(dòng)烙鐵，焊點(diǎn)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(diǎn)還沒(méi)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(wú)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(lái)補(bǔ)充，而這樣一來(lái)又使得焊錫液滴的總量過(guò)多而要用烙鐵從焊點(diǎn)的下面將多余的焊錫帶走抖掉。有時(shí)遇到較難焊的焊點(diǎn)，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(diǎn)形成。

為了提高焊錫絲的利用率、盡量縮短焊接時(shí)間，可以將開(kāi)始送人的焊絲分成兩部分進(jìn)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(dòng)整個(gè)焊接過(guò)程。當(dāng)被焊件熱起來(lái)以后就不失時(shí)機(jī)地轉(zhuǎn)到烙鐵對(duì)面的一側(cè)，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(dǎo)焊點(diǎn)形成的作用。即可以免去烙鐵兩邊來(lái)回移動(dòng)的動(dòng)作，又可以讓對(duì)側(cè)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(shí)的操作手法。

操作要領(lǐng)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?yàn)楹稿a液滴變啞色就說(shuō)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(huì)熔解，隔著這層固體雜質(zhì)，金屬間的浸潤(rùn)擴(kuò)散將無(wú)法進(jìn)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(shí)間里得到，一個(gè)有著完美合金層的真焊點(diǎn)。實(shí)際操作時(shí)在第二種手法中往往摻和著第一種手法。

5．焊接的質(zhì)量檢驗(yàn)

檢驗(yàn)焊接質(zhì)量有多種方法，比較先進(jìn)的方法是用儀器進(jìn)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(lái)檢驗(yàn)。

5.1外觀觀察檢驗(yàn)法

一個(gè)焊點(diǎn)的焊接質(zhì)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(yàn)豐富的人完全可以憑焊點(diǎn)的外表來(lái)判斷其內(nèi)部的焊接質(zhì)量。

一個(gè)良好的焊點(diǎn)其表面應(yīng)該光潔、明亮，不得有拉尖、起皺、鼓氣泡、夾渣、出現(xiàn)麻點(diǎn)等現(xiàn)象；其焊料到被焊金屬的過(guò)渡處應(yīng)呈現(xiàn)圓滑流暢的浸潤(rùn)狀凹曲面。我們可以用穿孔插裝工藝的焊點(diǎn)剖面圖來(lái)舉例說(shuō)明。

附圖(a)是優(yōu)良焊點(diǎn)的剖面，其余則是各種不良的焊點(diǎn)。

圖中(d)和(b)所示的焊點(diǎn)外表看似光滑、飽滿，但仔細(xì)觀察時(shí)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(méi)有浸潤(rùn)它們，這樣的焊點(diǎn)肯定是虛焊；(c)和 (f)都是焊料太少；(f)的焊點(diǎn)還不完整，雖然都不算是虛焊，但焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度太小；(e)的焊點(diǎn)外表不光滑，有拔絲拖尾現(xiàn)象，表明焊接過(guò)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(jié)束的，難保不是虛焊；(g)焊點(diǎn)在凝固時(shí)零件有晃動(dòng)，焊料凝固成松散的豆渣狀。

其它像連焊、缺焊等都是相當(dāng)明顯的缺陷，不再贅述。

用觀察法檢查焊點(diǎn)質(zhì)量時(shí)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(diǎn)表面焊錫與被焊物相接處的細(xì)節(jié)，而這里正是判斷焊點(diǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵所在，焊料在冷卻前是否曾經(jīng)浸潤(rùn)金屬表面，在放大鏡下就會(huì)一目了然。

5.2帶松香重焊檢驗(yàn)法

檢驗(yàn)一個(gè)焊點(diǎn)虛實(shí)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(diǎn)，從旁邊或下方撤走烙鐵，若有虛焊，其焊錫一定都會(huì)被強(qiáng)大的表面張力收走，使虛焊處暴露無(wú)余。帶松香重焊是最可靠的檢驗(yàn)方法，同時(shí)多用此法還可以積累經(jīng)驗(yàn)，提高用觀察法檢查焊點(diǎn)的準(zhǔn)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(guò)長(zhǎng)，使導(dǎo)線有與其它焊點(diǎn)相碰的危險(xiǎn)焊接時(shí)溫度太高、時(shí)間太長(zhǎng)，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(lái)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(jī)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(shè)備有浸焊錫爐和發(fā)泡松香爐。

錫爐裝有自動(dòng)控溫裝置，大多裝有24小時(shí)到7天為循環(huán)周期的定時(shí)繼電器，可以按照設(shè)定的程序自動(dòng)開(kāi)爐和停爐，功率為120—2500W，工作溫度為100-300℃，最高溫度可達(dá)400℃以上；選用時(shí)其功率和容積應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和被加工電路板的尺寸來(lái)確定。

手浸發(fā)泡松香爐用來(lái)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(yīng)裝有良好的抽風(fēng)設(shè)備，以便將焊接時(shí)產(chǎn)生的煙霧完全抽走。浸焊的爐溫要精心調(diào)節(jié)，要根據(jù)不同的焊料，不同的工件來(lái)設(shè)定。浸焊操作時(shí)用長(zhǎng)約250mm，形狀和彈力相宜的不銹鋼大夾子夾住電路板的兩個(gè)長(zhǎng)邊進(jìn)行。入爐浸焊前應(yīng)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(kāi)，隨后將蘸好焊劑的電路板浸入。浸焊時(shí)采取邊浸邊向前推移的手法，同時(shí)盡量使電路板上容易發(fā)生連焊的方向與運(yùn)動(dòng)方向垂直。人浸時(shí)前端稍微下傾，出焊時(shí)稍微上翹，使之成一略帶弧形的動(dòng)作效果最好。因?yàn)殡娐钒逶谑軣岬乃查g會(huì)向上彎曲，采取這樣的動(dòng)作就可以使得每一部分焊點(diǎn)的受焊時(shí)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(huì)跑到元器件面上來(lái)為度。電路板在錫液中的浸焊停留時(shí)間大致為2秒，具體時(shí)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準(zhǔn)。浸錫爐中的焊料成分會(huì)隨著不斷地使用而發(fā)生變化：錫的成分會(huì)減少，鉛的比例會(huì)提高(即所謂‘偏析現(xiàn)象’)，銅、鋅等有害雜質(zhì)的濃度也會(huì)上升，一定要注意及時(shí)調(diào)整，不能僅作量的補(bǔ)充。焊好的工件要用紙板隔開(kāi)分層擺放，以免焊接時(shí)濺附于底板上的錫珠，碎屑在相互碰撞時(shí)掉落到零件中，形成不易清理的多余物。

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