现代电子工艺技术6

项目二电子元器件的焊接工艺焊接技术是从事电子工艺工作的基本功，是电子装配的重要环节。掌握焊接的基本知识和基本技能是衡量初学者掌握电子技术基本技能的一个重要项目，也是从事电子技术工作人员所必须掌握的技能。在本项目中，主要实施2个任务：“手工焊接工具及其操作方法”和“工厂焊接设备与工艺”，通过以实际操作为主，强化技能训练，使学习者真正掌握基本操作技能。任务6手工焊接工具及其操作方法6.1任务描述电子元器件是组成电子产品的基础，把电子元器件牢固地焊接到印制电路板上，是电子装配的重要环节。常用的手工焊接工具是电烙铁。它是用电来加热电阻丝或PTC加热元件，并将以发热量传递给烙铁头来实现焊接。本任务就是按照电子工艺的要求来正确选用手工焊接工具和掌握手工焊接技能。6.2任务资讯6.2.1手工焊接工具的分类及结构手工焊接工具主要是电烙铁。电烙铁的种类很多，根据其功能及加热方式常见的电烙铁有以下几种。1.内热式电烙铁内热式电烙铁的外形如图所示，由烙铁头、烙铁芯、连接杆、手柄和电源线等几部分组成。由于烙铁芯(发热元件)装在烙铁头里面，故称为内热式电烙铁。烙铁头的一端是一段空心的，它套在连接杆外面(内装烙铁芯)，用弹簧夹紧固；另一端是工作面，常见的形状如图所示。烙铁芯是烙铁的重要组成部件之一，外形如图所示。电阻丝平绕在绝缘圆筒上，外面又套上一绝缘圆管。按发热功率不同，常有20W、35W和50W等几种内热式电烙铁芯。手柄内部与连结杆处固定有两个接线柱,通常两个接线柱的下面压装烙铁芯的二引线，接线柱上面的二圆孔压装电源线，以便于拆换烙铁芯或电源线。手柄外后部上的紧固丝，用来紧固电源线，防止电源线扭动而造成内部断路或短路。内热式电烙铁具有体积小、重量轻、价格低、发热快和耗电低等优点，但连续熔焊能力差。在使用过程中，由于其连接杆的管壁较薄，而且其内部装置的烙铁芯是采用瓷管制成，所以不要敲击或甩打，更不要用钳子夹连接杆。烙铁芯和烙铁头是易损件，价格低廉，可以很容易更换，但不同规格，不能通用。电烙铁（烙铁芯）的冷态电阻和它的功率对应关系见表6.1。电烙铁的好坏可通过测量它的冷态电阻来判断。如果测35w电烙铁冷态电阻大于1.4kΩ,说明该电烙铁功率不够35w。若冷态电阻小于1.4kΩ，说明该电烙铁功率大于35w。若冷态电阻远小于它的对应值，则此电烙铁的寿命不会太长。若冷态阻值为无穷大，则此电烙铁的内部断路损坏；若冷态阻值为零，说明内部出现短路故障。2.外热式电烙铁外热式电烙铁外形如图所示，由烙铁头、烙铁芯、外壳、手柄和电源线等部分组成。外热式烙铁头安装在烙铁芯里面，故称为外热式电烙铁。外热式烙铁芯通常绕在薄云母片绝缘圆筒上。常用的有25W、50W、75W和100W等几种规格。烙铁头的温度可以通过插入烙铁芯的深度来调节，焊接体积较大的物体时，烙铁头就插得深些，焊接小而薄的物体时可浅些。外热式连续熔焊能力强，但热能消耗大即耗电较多。3.温控式电烙铁温控式电烙铁常有恒温式、调温式和双温式等几种。（1）恒温式电烙铁的烙铁芯一般常采用PTC元件，烙铁头不仅能恒温，而且可以防静电、防感应电，能直接焊CMOS器件。它的特殊性是烙铁头带有温度传感器，在控制器上可由人工改变焊接时的温度。若改变恒温点，烙铁头很快就可达到新的设定温度。（2）调温式电烙铁调温式电烙铁也附加有一个功率控制器，使用时可以通过改变供电的输入功率，即达到调温的目的，可控温度范围一般在100～400℃,配用的烙铁头为铜镀铁烙铁头(俗称长寿头)。（3）双温式电烙铁双温式电烙铁通常是在其手柄上附加一个功率转换开关，通过拔动转换开关的位置即可改变电烙铁的输出功率—发热量。6.2.2焊接材料焊接材料主要包括焊料和焊剂（助焊剂和阻焊剂）。一、焊锡焊料是易熔金属，它的熔点低于被焊金属。焊料熔化时，将被焊接的两种相同或不同的金属结合处填满，待冷却凝固后，把被焊金属连接到一起，形成导电性能良好的整体。按其组成成分分，有锡铅焊料、银焊料、铜焊料等多种。目前在一般电子产品的装配焊接中，主要使用锡铅焊料，一般俗称焊锡。焊锡的种类较多，手工烙铁焊接经常使用管状焊锡丝（又称线状焊锡）。管状焊锡丝由助焊剂与焊锡制作在一起做成管状，焊锡管中夹带固体助焊剂，如图所示。助焊剂一般选用特级松香为基质材料，并添加一定的活化剂。管状焊锡丝的直径常有0.5mm、0.8mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.3mm、2.5mm、4.0mm和5.0mm。另外，还有扁带状、球状、饼状等形状的成型焊料。二、助焊剂助焊剂是有助于清洁被焊接面，防止氧化，增加焊料的流动性，使焊点易于成形，提高焊接质量。1.助焊剂的作用(1)除氧化膜并防止再氧化(2)降低金属表面张力增加熔融焊料的流动性，有助于焊锡在焊点上润湿和扩散，提高焊接质量。(3)辅助热传导助焊剂先融化，润湿焊接面，帮助热量均匀地传导至整个焊接对象。(4使焊点美观能够整理焊点的形状，保持焊点表面的光泽。2.助焊剂的分类(1)无机系列活性最强，在常温下即能除去金属表面的氧化物。这种焊剂（如焊膏、焊油）的强腐蚀作用容易损伤金属及焊点，不能在焊接电子产品中使用，只能在特定的场合使用(2)有机系列有较好的助焊作用，但有一定的腐蚀性，残渣不易清理，且挥发物对操作者有害，这限制了它在电子产品装配中的使用(3)树脂系列在常温下几乎没有任何化学活力，呈中性，无腐蚀性，绝缘性强，非吸湿性，焊接时没有什么污染，焊接后又容易清洗，成本低，因此这类助焊剂被广泛使用(4)免清洗外观是澄清无色或微黄色的液体，表面绝缘电阻极大，是一种非标腐蚀性的、低残留物的助焊剂三、阻焊剂阻焊剂是一种耐高温的涂料。在焊接时，可将不需要焊接的部位涂上阻焊剂保护起来，使焊料只在需要焊接的焊点上进行。阻焊剂广泛用于浸焊和波峰焊。6.2.3手工锡焊操作技巧电烙铁是电子实验、电器维修及电子产品装配等不可缺少的工具之一，焊接是电路连接的一种主要方法。焊接质量的好坏直接影响实验的成败与产品的质量。因此掌握熟练的电烙铁焊接操作技能就十分必要。一、锡焊原理1.浸润焊接的物理基础是“浸润”，也称“润湿”。锡焊的过程就是通过加热，让焊料在焊接面上熔化、流动、浸润，使铅锡原子渗透到铜母材（导线或焊盘）的表面内，并在两者的接触面上形成合金层。2.锡焊的条件（1焊件要有良好的可焊性焊件的可焊性因材料不同而不同，为了提高可焊性，可采用表面镀锡、镀银等措施来防止材料表面的氧化。（2）保持烙铁头的清洁因为通电的电烙铁头长期处于高温状态，其表面很容易氧化或烧死，使烙铁头导热性能变差而影响焊接质量。因此，可用湿布或湿海绵擦烙铁头上的杂质，温度过高时，可采用暂时拔下插头或蘸松香降温，随时使烙铁头上挂锡良好。（3）焊件表面要保持干燥与清洁当焊件表面有水迹时，要对焊件进行烘干处理，否则会造成焊点浸润不良。若焊件和焊点表面带有锈渍、污垢或氧化物，在焊接前一定要把污垢和氧化物清除干净，否则无法保证焊接质量。氧化严重时可进行刮除和酸洗等。直至露出光亮金属，才能给焊件或焊点表面镀上锡。(4)选用合理的焊剂不同的焊接工艺，应该选择不同的助焊剂。在焊接印制板等电子电路中，通常采用松香为主的助焊剂。一般是用酒精将松香溶解成松香水使用。（5）焊接温度要适当焊件要加热到能够熔化焊锡的温度。焊件温度过低，易形成虚焊，即“锡抱焊件”而不是合金层；焊件温度过高，会加速焊剂分解和挥发，使焊料品质下降，严重时还会导致印制电路板上的焊盘脱落或被焊的元器件是损坏。为了使温度适当，应根据元器件大小选用功率合适的电烙铁，当选用的电烙铁的功率一定时，应注意掌握控制加热时间的长短。（6）焊接时间要适当焊接时间的恰当运用也是焊接技艺的重要环节。如果是印刷电路板的焊接，一般以2～3s为宜。焊接时间过长，焊料中的焊剂完全挥发，失去助焊作用，使焊点表面氧化，造成焊点表面粗糙、发黑、不光亮、带毛刺或流动等缺陷。（7）上锡要适量根据所需焊点的大小来决定电烙铁的蘸锡量，使焊锡足够包裹住被锡物，形成一个大小合适且圆滑的焊点。焊点也不是锡多、锡大为好，相反，这种焊点虚焊的可能性更大，有可能是焊锡堆集在上面，而不是焊在上面。(8)焊点凝固过程中不要触动焊点二、电烙铁在使用前的准备若是新购的电烙铁，或是新换上的烙铁头，使用前应先吃锡(上锡)。吃锡步骤如下：1.打磨或擦试。普通头可用砂纸打磨或锉刀锉一下，打磨的长度为斜面的高度稍长，一定要认真仔细，直到平面干净、光滑为佳，然后用干净、干燥的布擦净，如图所示。若是长寿头不能打磨或锉，只能用干净、干燥的布檫净。2.吃锡。准备好一小盒松香，接通电源插头，等待片刻后烙铁头就会发热，用烙铁头蘸触松香来估测温度，刚能熔化松香，说明温度还低；松香冒白烟且烙铁头发紫严重，说明温度太高；只有松香能快速熔化且不大量冒烟时，温度最佳。当烙铁头的温度达到最佳时，均匀地让烙铁头蘸满松香，如图6.6(b)所示。蘸满松香的烙铁应快速地在烙铁架板上熔化焊锡丝，使之成为一个大焊锡点(再加入少许松香)，烙铁头反复浸没转动焊锡点，直到烙铁头打磨的部分全部均匀地吃上锡，如图6.6(c)所示。3.老化。烙铁头吃锡好后，应当让烙铁老化一下。老化就是暂时不要用烙铁进行焊接，让它继续通电加热一会儿，然后拔掉电源线，放置在烙铁架上让其自然冷却，如图6.6(d)所示。老化可以延长烙铁头和烙铁芯的使用寿命,尤其是新换的烙铁头和烙铁芯。吃锡老化后的烙铁，以后就可正常使用了。若是正常使用的电烙铁，在进行新一轮的通电焊接前，也应检查一下烙铁头是否有“烧死”或“端口残缺”等现象。“烧死”是指烙铁头吃锡部位已氧化，变成焦黑头，不再蘸锡或蘸锡能力很差；“端口残缺”是指工作面凸凹变形或出现裂痕等。这两种情况，都需要对烙铁头重新吃锡。电烙铁在使用前，还要用万用表R×1K档检查一下插头之间的电阻值，阻值大约在2～3KΩ。同时，用万用表R×1K档检查一下插头与金属外壳之间的电阻值，万用表指针应该不动，否则说明有漏电现象存在，应彻底检查。除此之外，使用前还应准备一烙铁架，如图6.7所示。烙铁架的好处有：1可以放置工作中的烙铁；2烙铁暂时不用时，有利于散热，烙铁头不易烧死；3确保安全性，不易引起烫伤物品或火灾；4架板(选用坚硬的木质)部分可用作工作台面，用以刮、烫元器件；5有松香槽，方便助焊。6焊锡槽方便盛装剩余的焊锡和烙铁用锡。因此，烙铁架也是必备的。三、焊前焊件的处理在进行焊接前，应对需焊元器件的引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理，为焊点形成创造必要条件，通常有“刮”、“镀”、“测”三个步骤。1.刮“刮”就是在焊接前做好焊接部位的表面清洁工作。熔融焊料要有良好的润湿金属表面，其中重要条件之一就是被焊金属材料表面要保持清洁，可以使焊锡和被焊金属结合充分，形成合金层。一般采用刮的工具是小刀、细砂纸或废旧钢锯条(用折断后的断面)等。2.镀“镀”就是在刮净的元器件部位镀锡。镀锡和焊接都要借助焊剂，助焊剂在加热熔化时可溶解被焊金属表面氧化物及污垢，使焊接表面清洁，从而使被金属和焊锡能够牢固地结合。电子电路常选用松香或松香酒精溶液作为助焊剂，电工器材中有时选用焊膏作为助焊剂。镀锡的具体作法是：发热的烙铁头蘸取松香少许(或松香酒精溶液涂在镀锡部位)，再迅速从贮锡盒粘取适量的锡珠，快速将带锡的热烙铁头压在元器件上，并转动元器件，使其均匀地镀上一层很薄的锡层。3.测“测”就是在镀锡之后，利用万用表检测所有镀锡的元器件是否质量可靠，若有质量问题或已损坏的元器件，应用同规格元器件替换。四、焊接技术手工焊接方法常有送锡法和带锡法两种。1.送锡焊接法送锡焊接法，就是右手握持电烙铁，左手持一段焊锡丝而进行焊接的方法。送锡焊接法的焊接过程通常分成五个步骤，简称“五步法”，如图6.10所示，具体操作步骤如下：（1）准备施焊（2）加热焊件右手握持电烙铁，烙铁头先蘸取少量的松香，将烙铁头对准焊点（焊件）进行加热。加热焊件就