电子技术与工艺

工程训练（电子技术与工艺B）教案教学要点：电子技术与工艺训练是一门以实际操作为主要内容的实践教学环节，以小型电子产品的装配、焊接、调试为教学载体，主要培养学生的工程实践能力。教学难点：在训练中要调动学生有意识的自我训练的积极性，充分掌握电子技术与工艺方面的基本技能。为后续课程的应用打下一个良好的基础。教学重点：手工焊接技术、常用电子元器件的认识、电子小产品的装配前言当前，电子技术的发展日新月异，其应用已经渗透到了社会的各个领域。为适应时代发展的要求，提高学生在校期间的工程实践能力和分析问题、解决问题的综合能力，我们在工程训练中开设了电子技术与工艺的实践性训练。电子技术与工艺训练是一门以实际操作为主要内容的实践教学环节，以小型电子产品的装配、焊接、调试为教学载体，主要培养学生的工程实践能力。第一讲．焊接技术与电装工艺电子整机装配中各元件之间要进行连接，电子整机中的连接是指将组成整机的各个元器件，通过导线、印刷电路板、接线架等使用连接的方法牢固的结合在一起。一部电子整机连接点少则几百，多则几千、上万个焊点，其中只要有一个焊点有问题，都会影响电子整机的可靠性，甚至使整机不能工作。因此，连接是电子整机装配中的重要工序。连接有几种方式：压力方式、热方式等。热方式最常用的是锡焊，通常用烙铁熔化焊锡完成连接，又称焊接。焊接是电子工程制作中最常见，最基本的操作。焊接技术是电子工程技术人员的一项基本技能。对焊接的基本要求是机械强度高、导电性能好、外形美观。第一节焊接技术一、焊接工具、焊料。1．电烙铁电烙铁是最主要的焊接工具。分内热、外热两种。内热一般有20W（温度可达300----400摄氏度〕；35W（温度可达350—450摄氏度）；50W等几种。外热式一般有45W、75W、100W等。在焊接过程中主要是烙铁头接触焊点。因此，对烙铁头提出一些要求，主要有：表面要干净，不腐蚀，易上锡。为了保持一定的温度，烙铁头要有一定体积，以适应不同的焊点。焊接电子产品一般选用20W－35W内热式电烙铁。新烙铁使用前应用锉刀把烙铁头两边修改成如（图1－l）所示型状。并将烙铁头部倒角磨光，以防焊接时毛刺将印刷电路板焊盘损坏。如采用长寿命烙铁头则无须加工。烙铁修改完成即可接通电源，在温度渐渐上升的过程中，给烙铁头部上锡，使烙铁头上沾附一层光亮焊锡。烙铁温度和焊接时间要适当，焊接时应让烙铁头加热到温度高于焊锡溶点，并掌握正确的焊接时间，一般不超过3秒钟。时间过长会使印刷电路板铜箔跷起，损坏电路板及电子元器件。图12．烙铁头的质料：一般用紫铜制成，有裸铜和电镀两种。裸铜头在工作温度下氧化很快，且它们的氧化物是隔热体，一方面阻隔热量传到元件上，一方面使烙铁头温度升高，加速氧化，故在使用中要及时去除。电镀烙铁头（镀铁；镀镍；镀金）的电镀层能保护烙铁头，使用寿命长。此外，在焊接过程中还常用到一些辅助工具，如：镊子、尖嘴钳、斜口钳、剪刀、各种罗刀等，其作用是为元件做型、剪腿，或夹持元件帮助其散热等。焊接前一定要注意，烙铁的插头必须插在右手的插座上，不能插在靠左插座上；如果是左撇子就插在左手。烙铁通电前应将烙铁的电线拉直并检查电线的绝缘层是否有损坏，不能使电线缠在手上。通电后应将电烙铁插在烙铁架中，并检查烙铁头是否会碰到电线、书包或其他易燃物品。烙铁加热过程中及加热后都不能用手触摸烙铁的发热金属部分，以免烫伤或触电。3．焊料（l）焊锡焊锡是一种最常用的焊料。它是一种锡铅合金，常做成lmm到2mm的焊丝，中间夹有松香，具有溶点低、凝结快、易流动的特点。其机械强度及导电性能也很好。含锡量达61％的焊锡称为‘共晶焊锡’，其熔点和凝固点相同，不经过半凝状态。故焊点凝结迅速，缩短了焊接时间，还能承受较大的拉力与张力，强度较好。（2）助焊剂在焊接中还要使用助焊剂。最常用的是酒精松香溶液。电子元器件的引线在空气中会生成一层氧化层或沾染杂质，在焊接时不易粘锡。而助焊剂能破坏金属表面的氧化层，使杂质成为悬浮物，这样焊锡才能和被焊物牢固结合。助焊剂的另一个作用是涂覆在印刷电路板表而，保护印制板，使其不被氧化。此外，还有多种助焊剂的配方，需要时可查相关资料。对助焊剂的基本要求：l）熔点应低于焊锡。2）浸润金属表面的能力要强。并有较强的破坏金属表面氧化层的能力。3）它的组成成分不能与焊料或金属有相互作用。无腐蚀性，要呈中性，不易吸湿。4）易于清洗去除。（3）助焊剂的成份：1）组膜成分：能在焊接温度下形成一层防止氧化的保护膜，冷凝后形成残渣覆盖在焊点上。通常用松香、热熔性树脂、凡士林、石蜡、甘油或胺类物质。2）还原剂：在焊接温度下能充分还原焊料和金属表面的氧化物，一般用盐酸、氯化锌、氯化铵等卤素盐类。3）络合剂，活化剂，固化剂等。（助焊剂的配方在制版工艺中介绍）为便于在被焊工件上均匀涂覆助焊剂，可以采用液态助焊剂。中性配方：松香20%——30%；乙醇80%——70%。还有一种助焊剂是焊油，去污力很强，但有腐蚀作用，适用于焊接黄铜、铁等焊点。但焊接完成后必须用酒精擦净！二、对焊点的质量要求焊点基本上能反映出焊接质量，对焊点的要求是：电接触性良好，机械性能牢固、可靠、外型美观。1、基本要求：（l）、圆滑光亮。无气孔、无尖角、无拖尾。（2）、焊锡量要适中，即要使焊锡充满焊盘，又不得堆锡，更不能粘连。（3）、焊点大小一致。（4）、无虚焊，错焊。虚焊是焊接工作中的大敌。虚焊若出现在民用电器中会造成电器设备的不稳定，若出现在工业电器电子设备中，则会给企、事业单位造成经济损失，若出现在国防工业中，其后果不堪设想。造成虚焊的原因主要有以下几个方面：1）元件的可焊性差造成的虚焊元件的表面有氧化层，装配前没有处理好造成的虚焊。引脚表面的氧化层影响了焊锡与引脚之间的融合，因此焊锡不能在助焊剂的作用下渗透元件引脚的表层，造成了这种虚焊。因为这种虚焊发作快，所以在质量检验中或调试中可以被查出来。2)焊盘的可焊性差造成的虚焊焊点象落在荷叶上的水珠不能渗透荷叶一样，焊锡也没能渗透焊盘的表层，这种虚焊是在预热时未能给焊盘加热，而送锡时是向引脚或烙铁头上送，滴落在焊盘上，也会形成同样的效果。3)元件引脚有局部氧化斑造成的虚焊这种虚焊不能被检查出来，但他又确实存在于焊点内。氧化斑在焊接过程中沾上了酸性助焊剂而成为酸性物质，在他的两侧分别是铜和锡，从而形成了一个原电池，这个电池给焊点留下了一个严重的隐患，多则一两年、少则几个月，这个焊点连同焊盘都要被腐蚀掉。2、焊点的直观检查：通常对焊点的直观检查能鉴别焊点的质量。正常的焊点近似园锥形而表面微凹呈慢坡状。焊锡牢固地粘附在元件引线及焊盘上。图2典型焊点的外观参见图2，从外表直观看典型焊点，对它的要求是：①形状为近似圆锥而表面稍微凹陷，呈漫坡状，以焊接导线为中心，对称成裙形展开。虚焊点的表面往往向外凸出，可以鉴别出来。②焊点上，焊料的连接面呈凹形自然过渡，焊锡和焊件的交界处平滑，接触角尽可能小。③表面平滑，有金属光泽。④无裂纹、气孔、夹渣。其他常见焊点的形状见图3：焊点a一般焊接比较牢固；焊点b为理想状态，一般不易焊出这样的形状；焊点c焊锡较多，当焊盘较小时，可能会出现这种情况，但是往往有虚焊的可能；焊点d、e焊锡太少；焊点f提烙铁时方向不合适，造成焊点形状不规则；焊点g烙铁温度不够，焊点呈碎渣状，这种情况多数为虚焊；焊点h焊盘与焊点之间有缝隙为虚焊或接触不良；焊点I引脚放置歪斜。一般形状不正确的焊点，元件多数没有焊接牢固，一般为虚焊点，应重焊。焊点的正确形状俯视见图4，焊点a、b形状圆整，有光泽，焊接正确；焊点c、d温度不够，或抬烙铁时发生抖动，焊点呈碎渣状；焊点e、f焊锡太多，将不该连接的地方焊成短路。焊接时一定要注意尽量把焊点焊得美观牢固。焊点常见的不良现象（见图5）图5三、错焊元件的拔除当元件焊错时，要将错焊的元件拔除。先检查焊错的元件应该焊在什么位置，正确位置的引脚长度是多少，如果引脚较短，为了便于拔出，应先将引脚剪短。在烙铁架上清除烙铁头上的焊锡，将线路板绿色的焊接面朝下，用烙铁将元件脚上的锡尽量刮除，然后将线路板竖直放置，用镊子在黄色的面将元件引脚轻轻夹住，在绿色面，用烙铁轻轻烫，同时用镊子将元件向相反方向拔除。拔除后，焊盘孔容易堵塞，有两种方法可以解决这一问题。a、烙铁稍烫焊盘，用镊子夹住一根废元件脚，将堵塞的孔通开；b、将元件做成正确的形状，并将引脚剪到合适的长度，镊子夹住元件，放在被堵塞孔的背面，用烙铁在焊盘上加热，将元件推入焊盘孔中。注意用力要轻，不能将焊盘推离线路板，使焊盘与线路板间形成间隙图4焊点的正确形状（俯视）abcdef或者使焊盘与线路板断裂。焊接是一项通过实际操作才能掌握的技术。本讲仅就其基本操作方法作了简单的介绍，实际操作中会遇到许多具体情况，要在实际工作中不断地摸索，不断地总结四、操作方法电烙铁有三种握法，如图6所示。图6握电烙铁的手法示意反握法的动作稳定，长时间操作不易疲劳，适于大功率烙铁的操作；正握法适于中功率烙铁或带弯头电烙铁的操作；一般在操作台上焊接印制板等焊件时，多采用握笔法。1、手工焊接操作的基本步骤掌握好电烙铁的温度和焊接时间，选择恰当的烙铁头和焊点的接触位置，才可能得到良好的焊点。见图7：正确的手工焊接操作过程可以分成五个步骤，如图8所示。⑴步骤一：准备施焊（图(a)）左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡。⑵步骤二：加热焊件（图(b)）烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为1～2秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。例如，图(b)中的导线与接线柱、元器件引线与焊盘要同时均匀加热。⑶步骤三：送入焊丝（图(c)）焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上！⑷步骤四：移开焊丝（图(d)）当焊丝熔化一定量后，立即向左上45°方向移开焊丝。烙铁斜面紧靠元器件引脚，烙铁尖抵住印刷电路焊盘进行加热焊接时电烙铁的正确位置⑸步骤五：移开烙铁（图(e)）焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上45°方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大约也是1~2s。图8锡焊五步操作法对于热容量小的焊件，例如印制板上较细导线的连接，可以简化为三步操作。①准备：同以上步骤一；②加热与送丝：烙铁头放在焊件上后即放入焊丝。③去丝移烙铁：焊锡在焊接面上浸润扩散达到预期范围后，立即拿开焊丝并移开烙铁，并注意移去焊丝的时间不得滞后于移开烙铁的时间。另需要注意的是温度过低、烙铁与焊接点接触时间太短、热量供应不足、焊点锡面不光滑，结晶粒脆，象豆腐渣一样，那就不牢固容易形成虚焊和假焊。反之焊锡易流散，使焊点锡量不足，也容易不牢，还可能出现烫坏电子元件及印刷电路板的情况。五、表面贴片元件的手工焊接技巧现在越来越多的电路板采用表面贴装元件，同传统的封装相比，它可以减少电路板的面积，易于大批量加工，布线密度高。贴片电阻和电容的引线电感大大减少，在高频电路中具有很大的优越性。表面贴装元件的不方便之处是不便于手工焊接。为此，本文以常见的ＰＱＦＰ封装芯片为例，介绍表面贴装元件的基本焊接方法。1、所需的工具和材料焊接工具需要有２５Ｗ的铜头小烙铁，有条件的可使用温度可调和带ＥＳＤ保护的焊台，注意烙铁尖要细，顶部的宽度不能大于１ｍｍ。一把尖头镊子可以用来移动和固定芯片以及检查电路。还要准备细焊丝和助焊剂、异丙基酒精等。使用助焊剂的目的主要是增加焊锡的流动性，这样焊锡可以用烙铁牵引，并依靠表面张力的作用光滑地包裹在引脚和焊盘上。在焊接后用酒精清除板上的焊剂。2、焊接方法（１）．在焊接之前先在焊盘上涂上助焊剂，用烙铁处理一遍，以免焊盘镀锡不良或被氧化，造成不好焊，芯片则一般不需处理。（２）．用镊子小心地将ＰＱＦＰ芯片放到ＰＣＢ板上，注意不要损坏引脚。使其与焊盘对齐，要保证芯片的放置方向正确。把烙铁的温度调到３００多摄氏度，将烙铁头尖沾上少量的焊锡，用工具向下按住已对准位置的芯片，在两个对角位置的引脚上加少量的焊剂，仍然向下按