電子制作手工焊接技術(shù)基礎(chǔ)

　　第一節(jié) 手工焊接的工具

　　任何電子產(chǎn)品，從幾個零件構(gòu)成的整流器到成千上萬個零部件組成的計算機(jī)系統(tǒng)，都是由基本的電子元件器件和功能構(gòu)成，按電路工作原理，用一定的工藝方法連接而成。雖然連接方法有多種(例如、繞接、壓接、粘接等)但使用最廣泛的方法是錫焊。

　　1 .手工焊接的工具

　　( 1 )電烙鐵

　　( 2 )鉻鐵架

　　圖1

　　2 . 錫焊的條件

　　為了提高焊接質(zhì)量，必須注意掌握錫焊的條件。

　　被焊件必須具備可焊性。

　　被焊金屬表面應(yīng)保持清潔。

　　使用合適的助焊劑。

　　具有適當(dāng)?shù)暮附訙囟取?/p>

　　具有合適的焊接時間。

　　第二節(jié) 焊料與助焊劑

　　1 .焊接材料

　　凡是用來熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之成為一個整體的金屬或合金都叫焊料。這里所說的焊料只針對錫焊所用焊料。

　　常用錫焊材料：

　　管狀焊錫絲

　　抗氧化焊錫

　　含銀的焊錫

　　焊膏

　　2 .助焊劑的選用。

　　在焊接過程中，由于金屬在加熱的情況下會產(chǎn)生一薄層氧化膜，這將阻礙焊錫的浸潤，影響焊接點(diǎn)合金的形成，容易出現(xiàn)虛焊、假焊現(xiàn)象。使用助焊劑可改善焊接性能。助焊劑有松香、松香溶液、焊膏焊油等，可根據(jù)不同的焊接對象合理選用。焊膏焊油等具有一定的腐蝕性，不可用于焊接電子元器件和電路板，焊接完畢應(yīng)將焊接處殘留的焊膏焊油等擦拭干凈。元器件引腳鍍錫時應(yīng)選用松香作助焊劑。印制電路板上已涂有松香溶液的，元器件焊入時不必再用助焊劑。

　　第三節(jié) 手工焊接的注意事項(xiàng)

　　手工錫焊接技術(shù)是一項(xiàng)基本功，就是在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，維護(hù)和維修也必須使用手工焊接。因此，必須通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作練習(xí)才能熟練掌握。注意事項(xiàng)如下：

　　1. 手握鉻鐵的姿勢掌握正確的操作姿勢，可以保證操作者的身心健康，減輕勞動傷害。為減少焊劑加熱時揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)對人的危害，減少有害氣體的吸入量，一般情況下，烙鐵到鼻子的距離應(yīng)該不少于 20cm ，通常以 30cm 為宜。

　　電烙鐵有三種握法，如圖2 所示。

　　圖2 握電烙鐵的手法示意

　　反握法的動作穩(wěn)定，長時間操作不易疲勞，適于大功率烙鐵的操作;正握法適于中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作;一般在操作臺上焊接印制板等焊件時，多采用握筆法。

　　2. 焊錫絲一般有兩種拿法，如圖3 所示。由于焊錫絲中含有一定比例的鉛，而鉛是對人體有害的一種重金屬，因此操作時應(yīng)該戴手套或在操作后洗手，避免食入鉛塵。

　　圖3 焊錫絲的拿法

　　3. 電烙鐵使用以后，一定要穩(wěn)妥地插放在烙鐵架上，并注意導(dǎo)線等其他雜物不要碰到烙鐵頭，以免燙傷導(dǎo)線，造成漏電等事故。

　　第四節(jié) 手工焊接操作的基本步驟

　　掌握好電烙鐵的溫度和焊接時間，選擇恰當(dāng)?shù)睦予F頭和焊點(diǎn)的接觸位置，才可能得到良好的焊點(diǎn)。正確的手工焊接操作過程可以分成五個步驟，如圖所示。

　　圖4 手工焊接步驟

　　1 .基本操作步驟

　?、?步驟一：準(zhǔn)備施焊(圖 (a) )

　　左手拿焊絲，右手握烙鐵，進(jìn)入備焊狀態(tài)。要求烙鐵頭保持干凈，無焊渣等氧化物，并在表面鍍有一層焊錫。

　?、?步驟二：加熱焊件(圖 (b) )

　　烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體，時間大約為 1 ～ 2 秒鐘。對于在印制板上焊接元器件來說，要注意使烙鐵頭同時接觸兩個被焊接物。例如，圖 (b) 中的導(dǎo)線與接線柱、元器件引線與焊盤要同時均勻受熱。

　?、?步驟三：送入焊絲

　　(圖 (c) )

　　焊件的焊接面被加熱到一定溫度時，焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件。注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上!

　?、?步驟四：移開焊絲(圖 (d) )

　　當(dāng)焊絲熔化一定量后，立即向左上 45° 方向移開焊絲。

　?、?步驟五：移開烙鐵(圖 (e) )

　　焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后，向右上 45° 方向移開烙鐵，結(jié)束焊接。從第三步開始到第五步結(jié)束，時間大約也是 1 至 2s 。

　　2 .錫焊三步操作法

　　對于熱容量小的焊件，例如印制板上較細(xì)導(dǎo)線的連接，可以簡化為三步操作。

　　準(zhǔn)備：同以上步驟一;

　　加熱與送絲：烙鐵頭放在焊件上后即放入焊絲。

　　去絲移烙鐵：焊錫在焊接面上浸潤擴(kuò)散達(dá)到預(yù)期范圍后，立即拿開焊絲并移開烙鐵，并注意移去焊絲的時間不得滯后于移開烙鐵的時間。

　　對于吸收低熱量的焊件而言，上述整個過程的時間不過 2 至 4s ，各步驟的節(jié)奏控制，順序的準(zhǔn)確掌握，動作的熟練協(xié)調(diào)，都是要通過大量實(shí)踐并用心體會才能解決的問題。有人總結(jié)出了在五步驟操作法中用數(shù)秒的辦法控制時間：烙鐵接觸焊點(diǎn)后數(shù)一、二(約 2s )，送入焊絲后數(shù)三、四，移開烙鐵，焊絲熔化量要靠觀察決定。此辦法可以參考，但由于烙鐵功率、焊點(diǎn)熱容量的差別等因素，實(shí)際掌握焊接火候并無定章可循，必須具體條件具體對待。試想，對于一個熱容量較大的焊點(diǎn)，若使用功率較小的烙鐵焊接時，在上述時間內(nèi)，可能加熱溫度還不能使焊錫熔化，焊接就無從談起。

　　第五節(jié) 手工焊接操作的具體手法

　　在保證得到優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的目標(biāo)下，具體的焊接操作手法可以有所不同，但下面這些前人總結(jié)的方法，對初學(xué)者的指導(dǎo)作用是不可忽略的。

　　保持烙鐵頭的清潔

　　焊接時，烙鐵頭長期處于高溫狀態(tài)，又接觸助焊劑等弱酸性物質(zhì)，其表面很容易氧化腐蝕并沾上一層黑色雜質(zhì)。這些雜質(zhì)形成隔熱層，妨礙了烙鐵頭與焊件之間的熱傳導(dǎo)。因此，要注意用一塊濕布或濕的木質(zhì)纖維海綿隨時擦拭烙鐵頭。對于普通烙鐵頭，在腐蝕污染嚴(yán)重時可以使用銼刀修去表面氧化層。對于長壽命烙鐵頭，就絕對不能使用這種方法了。

　　靠增加接觸面積來加快傳熱

　　加熱時，應(yīng)該讓焊件上需要焊錫浸潤的各部分均勻受熱，而不是僅僅加熱焊件的一部分，更不要采用烙鐵對焊件增加壓力的辦法，以免造成損壞或不易覺察的隱患。有些初學(xué)者用烙鐵頭對焊接面施加壓力，企圖加快焊接，這是不對的。正確的方法是，要根據(jù)焊件的形狀選用不同的烙鐵頭，或者自己修整烙鐵頭，讓烙鐵頭與焊件形成面的接觸而不是點(diǎn)或線的接觸。這樣，就能大大提高傳熱效率。

　　加熱要靠焊錫橋

　　在非流水線作業(yè)中，焊接的焊點(diǎn)形狀是多種多樣的，不大可能不斷更換烙鐵頭。要提高加熱的效率，需要有進(jìn)行熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋，就是靠烙鐵頭上保留少量焊錫，作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋梁。由于金屬熔液的導(dǎo)熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣，使焊件很快就被加熱到焊接溫度。應(yīng)該注意，作為焊錫橋的錫量不可保留過多，不僅因?yàn)殚L時間存留在烙鐵頭上的焊料處于過熱狀態(tài)，實(shí)際已經(jīng)降低了質(zhì)量，還可能造成焊點(diǎn)之間誤連短路。

　　烙鐵撤離有講究

　　烙鐵的撤離要及時，而且撤離時的角度和方向與焊點(diǎn)的形成有關(guān)。如圖所示為烙鐵不同的撤離方向?qū)更c(diǎn)錫量的影響。

　　圖5 烙鐵撤離方向和焊點(diǎn)錫量的關(guān)系

　　在焊錫凝固之前不能動

　　切勿使焊件移動或受到振動，特別是用鑷子夾住焊件時，一定要等焊錫凝固后再移走鑷子，否則極易造成焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)疏松或虛焊。

　　焊錫用量要適中

　　手工焊接常使用的管狀焊錫絲，內(nèi)部已經(jīng)裝有由松香和活化劑制成的助焊劑。焊錫絲的直徑有 0.5 、 0.8 、 1.0 、 … 、 5.0mm 等多種規(guī)格，要根據(jù)焊點(diǎn)的大小選用。一般，應(yīng)使焊錫絲的直徑略小于焊盤的直徑。

　　如圖所示，過量的焊錫不但無必要地消耗了焊錫，而且還增加焊接時間，降低工作速度。更為嚴(yán)重的是，過量的焊錫很容易造成不易覺察的短路故障。焊錫過少也不能形成牢固的結(jié)合，同樣是不利的。特別是焊接印制板引出導(dǎo)線時，焊錫用量不足，極容易造成導(dǎo)線脫落。

　　圖6 焊點(diǎn)錫量的掌握

　　焊劑用量要適中

　　適量的助焊劑對焊接非常有利。過量使用松香焊劑，焊接以后勢必需要擦除多余的焊劑，并且延長了加熱時間，降低了工作效率。當(dāng)加熱時間不足時，又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開關(guān)、接插件的時候，過量的焊劑容易流到觸點(diǎn)上，會造成接觸不良。合適的焊劑量，應(yīng)該是松香水僅能浸濕將要形成焊點(diǎn)的部位，不會透過印制板上的通孔流走。對使用松香芯焊絲的焊接來說，基本上不需要再涂助焊劑。目前，印制板生產(chǎn)廠在電路板出廠前大多進(jìn)行過松香水噴涂處理，無需再加助焊劑。

　　不要使用烙鐵頭作為運(yùn)送焊錫的工具

　　有人習(xí)慣到焊接面上進(jìn)行焊接，結(jié)果造成焊料的氧化。因?yàn)槔予F尖的溫度一般都在 300 ℃ 以上，焊錫絲中的助焊劑在高溫時容易分解失效，焊錫也處于過熱的低質(zhì)量狀態(tài)。特別應(yīng)該指出的是，在一些陳舊的書刊中還介紹過用烙鐵頭運(yùn)送焊錫的方法，請讀者注意鑒別。

　　第六節(jié) 焊點(diǎn)質(zhì)量及檢查

　　對焊點(diǎn)的質(zhì)量要求，應(yīng)該包括電氣接觸良好、機(jī)械結(jié)合牢固和美觀三個方面。保證焊點(diǎn)質(zhì)量最重要的一點(diǎn)，就是必須避免虛焊。

　　1 .虛焊產(chǎn)生的原因及其危害

　　虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的，它使焊點(diǎn)成為有接觸電阻的連接狀態(tài)，導(dǎo)致電路工作不正常，出現(xiàn)連接時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象，噪聲增加而沒有規(guī)律性，給電路的調(diào)試、使用和維護(hù)帶來重大隱患。此外，也有一部分虛焊點(diǎn)在電路開始工作的一段較長時間內(nèi)，保持接觸尚好，因此不容易發(fā)現(xiàn)。但在溫度、濕度和振動等環(huán)境條件的作用下，接觸表面逐步被氧化，接觸慢慢地變得不完全起來。虛焊點(diǎn)的接觸電阻會引起局部發(fā)熱，局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點(diǎn)情況進(jìn)一步惡化，最終甚至使焊點(diǎn)脫落，電路完全不能正常工作。這一過程有時可長達(dá)一、二年，其原理可以用“原電池”的概念來解釋：當(dāng)焊點(diǎn)受潮使水汽滲入間隙后，水分子溶解金屬氧化物和污垢形成電解液，虛焊點(diǎn)兩側(cè)的銅和鉛錫焊料相當(dāng)于原電池的兩個電極，鉛錫焊料失去電子被氧化，銅材獲得電子被還原。在這樣的原電池結(jié)構(gòu)中，虛焊點(diǎn)內(nèi)發(fā)生金屬損耗性腐蝕，局部溫度升高加劇了化學(xué)反應(yīng)，機(jī)械振動讓其中的間隙不斷擴(kuò)大，直到惡性循環(huán)使虛焊點(diǎn)最終形成斷路。

　　據(jù)統(tǒng)計數(shù)字表明，在電子整機(jī)產(chǎn)品的故障中，有將近一半是由于焊接不良引起的。然而，要從一臺有成千上萬個焊點(diǎn)的電子設(shè)備里，找出引起故障的虛焊點(diǎn)來，實(shí)在不是容易的事。所以，虛焊是電路可靠性的重大隱患，必須嚴(yán)格避免。進(jìn)行手工焊接操作的時候，尤其要加以注意。

　　一般來說，造成虛焊的主要原因是：焊錫質(zhì)量差;助焊劑的還原性不良或用量不夠;被焊接處表面未預(yù)先清潔好，鍍錫不牢;烙鐵頭的溫度過高或過低，表面有氧化層;焊接時間掌握不好，太長或太短;焊接中焊錫尚未凝固時，焊接元件松動。

　　2 .對焊點(diǎn)的要求

　　可靠的電氣連接

　　足夠的機(jī)械強(qiáng)度

　　光潔整齊的外觀

　　3 .典型焊點(diǎn)的形成及其外觀

　　在單面和雙面(多層)印制電路板上，焊點(diǎn)的形成是有區(qū)別的：見圖，在單面板上，焊點(diǎn)僅形成在焊接面的焊盤上方;但在雙面板或多層板上，熔融的焊料不僅浸潤焊盤上方，還由于毛細(xì)作用，滲透到金屬化孔內(nèi)，焊點(diǎn)形成的區(qū)域包括焊接面的焊盤上方、金屬化孔內(nèi)和元件面上的部分焊盤，如圖所示。

　　圖 7焊點(diǎn)的形成 圖 4-10 典型焊點(diǎn)的外觀

　　參見圖，從外表直觀看典型焊點(diǎn)，對它的要求是：

　　形狀為近似圓錐而表面稍微凹陷，呈漫坡狀，以焊接導(dǎo)線為中心，對稱成裙形展開。虛焊點(diǎn)的表面往往向外凸出，可以鑒別出來。

　　焊點(diǎn)上，焊料的連接面呈凹形自然過渡，焊錫和焊件的交界處平滑，接觸角盡可能小。

　　表面平滑，有金屬光澤。

　　無裂紋、針孔、夾渣。