电子装配第4章 焊接和元器件装配

第4章焊接和元器件装配•4.1电烙铁•4.1.1电烙铁的分类•电烙铁是用来熔化焊锡、熔接元件的一种工具，根据烙铁心与烙铁头位置的不同可分为内热式和外热式两种。•1．外热式电烙铁•外热式电烙铁由：1烙铁头、2烙铁头固定螺钉、3外壳、4木柄、5后盖、6插头、7接缝和8烙铁心组成。因烙铁头放在烙铁心内故称之为外热式。图4.1电烙铁外形•烙铁头的温度可以通过烙铁头固定螺钉来调节。外热式电烙铁的规格有多种，常用的有25W,45W,75W,100W等。•2．内热式电烙铁•内热式电烙铁由手柄、连接杆、弹簧夹、烙铁头、烙铁心等组成。内热式电烙铁发热快、热效率高、体积小、重量轻，故目前用得较多。•3．吸焊电烙铁•吸焊电烙铁用于对焊点进行拆焊。主要由含电热丝的外壁、弹簧及柱状内心组成。•4．气焊烙铁•这种烙铁采用液化气、甲烷等气体燃烧来加热，适合在供电不方便的地方使用。•4.1.2电烙铁的正确选用和使用方法•在焊接的时候为了不产生虚焊、不伤及电路板和元器件，必须根据被焊接焊件的大小、位置、质地选择不同的形状、不同功率的电烙铁及掌握不同的电烙铁的握法。•电烙铁的选用可参考以下几个原则：•（1）烙铁头顶端温度要根据焊料的熔点，一般比焊料熔点高出30～80℃。•（2）烙铁头的形状要与被焊接物件的要求和电路板装配密度相适应。通常，尖头适合小功率焊件，椭圆形焊头用于一般的焊接。•（3）按照焊件的不同来选择烙铁的功率，集成电路适合采用20W以下的内热式电烙铁；焊接较粗电缆及同轴电缆时可选用50W以下内热或45W～75W的外热式电烙铁；至于焊接金属底盘等较大元件，则应考虑采用100W以上外热式电烙铁。•电烙铁使用中的注意事项。•（1）新买的电烙铁或者使用时间较长，烙铁头出现凹坑等情况的电烙铁，需要用锉刀挫成所需形状，然后通电，使烙铁头的温度刚能熔锡时，涂上一层松香，然后涂一层锡，如此进行二三次，烙铁就可以使用了。•（2）在焊接过程中发现温度略微过高或过低，可调节烙铁头的长度，外热式须松开紧固螺丝，内热式可直接调节。•（3）在用电烙铁焊接过程中，如较长时间不使用烙铁，最好把电源拔掉。•（4）更换烙铁心时，要注意电烙铁内部的三个接线柱，其中有一个是接地线的，该接线柱应与地线相连。•4.2焊料和焊剂的选用•4.2.1焊料•焊料一般用熔点较低的金属或金属合金制成。使用焊料的主要目的是把被焊物连接起来，对电路来说构成一个通路，所以对焊料有以下几个要求：•（1）焊料的熔点要低于被焊接物。•（2）易于与被焊物连成一体，要具有一定的抗压能力。•（3）导电性能要较好。•（4）结晶的速度要快。•4.2.2助焊剂•1．助焊剂的作用•助焊剂和以前在印制电路板设计和制作中讲到的阻焊剂的作用刚好相反，它是帮助被焊物和焊料之间的焊接的。助焊剂一方面在焊接过程中清除氧化物和杂质，另一方面在焊接结束后保护刚形成的温度较高的焊点，使其不被氧化。这就是助焊剂所能实现的两个重要的作用。此外，助焊剂还具有以下几个作用。•（1）帮助焊料流动，焊料和助焊剂是相溶的，这将会加快液态焊料的流动速度。•（2）能加快热量从烙铁头向焊料和被焊物表面传递。一般使用的助焊剂的熔点要比焊料低，所以在加热过程中应先熔化成液体填充间隙湿润焊点，在此过程中一方面清除氧化物和杂质，另一方面传递热量•2．助焊剂的分类•助焊剂分为无机、有机和树脂三大系列。常用的松香即属于树脂系列。•（1）无机助焊剂。这一类助焊剂主要由氯化锌、氯化铵等混合物组成，助焊效果较理想，但腐蚀性大。如对残留物清洗不干净，将会破坏印制电路板的绝缘性。俗称焊油的多为这类焊剂。•（2）有机焊剂。有机焊剂多为有机酸卤化物的混合物，助焊性能也较好，但具有有机物的特性，遇热分解、有腐蚀性。•（3）树脂焊剂。树脂焊剂通常从树木的分泌物中提取，属于天然产物，不会有什么腐蚀性。松香是这类焊剂的代表。目前有一种常用的松香酒精焊剂是用松香溶解在无水酒精中形成的，松香占到23%～30%。具有无腐蚀、绝缘性能好、稳定和耐湿等特点，且易于清洗，并能形成焊点保护膜。•3．助焊剂的选用•（1）如果电子元件的管脚以及电路板表面都比较干净，可使用纯松香焊剂，这样的焊剂活性较弱。•（2）如果电子元件的管脚以及焊接面上有锈渍等，可用无机焊剂。但要注意，在焊接完毕后清除残留物。•（3）焊接金、铜、铂等易焊金属时，可使用松香焊剂。•（4）焊接铅、黄铜、镀镍等焊接性能差的金属和合金时，可选用有机焊剂的中性焊剂或酸性焊剂，但要注意清除残留物。•4.3元件的装配和焊接工艺•4.3.1元件装配•为了保证产品质量，在印制电路板上进行元件装配时，必须严格遵守操作规程。正常的元件装配需要有以下流程：元器件检测、老化筛选、元器件成形、元件插装、焊接和成品调试等。•1．元器件和导线的焊前加工•分别介绍多股导线和同轴电缆的端头处理。•（1）多股导线。多股导线的内部有多根细的芯线，芯线较容易被弄断。焊接多股导线时，首先要用剥线钳剥离导线的绝缘层，要正确选择口径合适的剥线钳；接着需要把多股导线的线头进行捻头处理，即按芯线原来的捻紧方向继续捻紧，使其成为一股，然后再上锡。•（2）同轴电缆。同轴电缆具有四层结构，最外层是绝缘层；接着是金属网层亦叫屏蔽层，由金属线编织而成；第三层是绝缘体，具有一定的厚度，一般由塑料等有机物做成，用于隔离屏蔽层和最内部的金属导线。•2．元器件的成型•虽然印制电路板上的元件插孔是根据原件的具体形状安排的，但在元件插上去的时候还是需要做一些调整，比如说，新的电阻一般呈直线状，在放到电路板上去的时候肯定需要处理引脚。大规模生产时，元器件成型多采用模具成型。平常我们可以用尖嘴钳或镊子成型。•注意在手工成型过程中任何弯曲处都不允许出现直角，即要有一定的弧度，否则会使得折弯处的导线截面变小，电器特性变差。•3．元器件的插装和排列•（1）插装。元件的插装一般有卧式和立式。卧式插装式将原件水平地紧贴在印制电路板上。这种插装稳定性好，容易排列，维修方便。立式插装的优点是元件密度大，拆卸方便。下面介绍一些特别元件的安装。•①变压器。变压器一般本身带有固定脚，安装时把固定脚插入印制电路板上对应的孔位，然后焊接即可。•②大电容。较大的电容器可用弹性夹固定在电路板上。•③磁棒。磁棒一般用塑料支架固定，将支架插到电路板上的对应位置，从反面将塑料熔化，冷却固定。•（2）排列。要求有数据的面在上面，排列时要求方向一致。•4．印制电路板的检查和修复•在插装元件前一定要检查印制电路板的可焊性，要求板面干净、无氧化发黑和污染。在组装、维修过程中，遇到印制电路板铜箔翘起、断裂、焊盘脱落等情况，可予以修复。对于断裂的铜箔可采用搭接和跨接两种方式。搭接法是一种将断裂处的两个端头搭接起来的方法，具体做法如下：•①刮掉距两个端头5mm的那一段的表面上的阻焊剂和涂覆层。•②用酒精擦拭这两个部位。•③给这两个部位上锡，再把一段镀锡导线焊接上去。•5．元器件插装后的引脚处理•元器件插到印制电路板上的插孔后，其引线穿过焊盘还应留有1～2mm，这样才可以保证锡焊后的焊点具有一定的机械强度。•6．导线和套管色标的规定•①直流电路：正极棕色；负极蓝色；接地线为浅蓝色。•②交流三相电路：第一、二、三相分别为绿黄、绿、红色；零线为浅蓝色；安全用接地线为黄绿双色线。•③半导体三极管：发射极、集电极、基极分别为蓝、红、黄色。•④半导体二极管：阳极为蓝色；阴极为红色。•⑤晶闸管：阳极为蓝色；阴极为红色；控制极为黄色。•⑥双向晶闸管：主电极为白色；控制极为黄色。•⑦场效应管：源、栅、漏极分别为白、绿、红色。•⑧有极性电容：正、负极分别为蓝、红色。•⑨光耦合器件：输入端阴极、阳极分别为红、蓝色；输出端发射极为黄色，集电极为白色。•⑩电子管：控制栅为绿色，灯丝为白色。•红、蓝、白、黄、绿的代用色依次为粉红、天蓝、灰、橙、紫色。•4.3.2焊接工艺•在完成电子线路的组装后，焊接便成为一个最主要的工作。一块电路板上有很多焊点，只要其中一个出了问题，就会影响整个电路的工作。不仅要保证焊接质量，还要提高焊接速度。电路板要能适合不同的工作环境，要能承受一定的压力，并且要在预定的工作年限内有效地工作。因此，制作电路板必须符合一定的标准，就焊点而言，有以下几个要求：•①焊点要有足够的强度。•②焊点要可靠，具有良好的导电性能。•③焊点表面要光滑、干净。•1．焊接过程•（1）焊接的温度和时间的掌握。焊接过程中如果温度过低，则焊锡熔化缓慢，流动性差，在还没有湿润引线和焊盘时，焊锡就可能已经凝固，从而形成虚焊。这种焊点看上去不光亮，表面粗糙。这时就需要增加电烙铁的温度。但如果温度过高，会使得焊锡快速扩散开，焊点处存不住锡，焊剂分解过快，产生炭化颗粒，也会造成虚焊。温度过高还可能导致焊盘脱落。•（2）焊料的施加。在焊接过程中需要给焊点添加焊料，添多了会使焊点过大甚至出现虚焊，添少了会降低焊点的机械强度，这有个经验积累过程。•（3）重焊处理。如果焊点需要重新焊接，先观察原焊点处的焊锡是否光亮，如已经发黑最好用吸焊器把原来的焊锡吸掉。•（4）拆焊。在焊接、维修过程中可能会出现把焊上去的元件取下来进行更换的情况，拆焊是一个非常麻烦的事情，拆焊过程中的过度加热和弯折极易造成元件损坏，焊盘脱落。所以要尽可能避免焊前元件插装出错。•（5）工业焊接。目前电子产品的批量生产基本上是采用自动化焊接系统。只要设计出来的产品稳定性和可靠性得到保障，那么自动焊接系统生产的产品也会具有很高的稳定性、可靠性和标准性。•①波峰焊。前面曾经对波峰焊的大致情况做过介绍，下面来详细介绍。波峰焊适合大面积、大批量的印制电路板的焊接。元件自动装配机加上波峰焊机是现在大量采用的自动焊接系统。波峰焊的工艺流程为：装配完的印制电路板放到传送装置的夹具上→预热室→喷涂助焊剂→波峰焊→冷却室→印制电路板光滑性处理→取下印制电路板。•②高频加热焊。这种焊法主要应用了高频感应电流可以加热具有一定电阻的导体的原理，将环形或垫圈形的焊锡放在高频感应圈的空缺处，再把电路板放在焊锡的上方，给高频感应圈通电即可熔化焊锡达到与波峰焊中的焊料喷涂装置同样的效果。•4.3.3焊接质量的检测•电子产品在装配焊接完毕后，并不是直接进行通电测试，而是采用人工的方式来检查电路板的焊接质量。目前这步主要靠目视和手触法来进行。用这两种方法能发现的焊接缺陷主要有以下几种：•（1）堆焊。这种情况主要是由于焊接不熟练造成的，表现在焊点看上去像一个丸子，根本原因是焊料加的太多。•（2）空洞。主要由于焊盘的插线孔太大，导致焊料没有足够的凝结力来填满整个插线孔。•（3）桥接。桥接是指焊料将印制电路板的铜箔连接起来的现象，桥接容易造成线路短路。（4）浮焊。浮焊是指焊料与焊盘的结合不紧密，像是浮在焊盘上一样，表现在这种焊点表面不光滑，有白色颗粒状。•（5）焊点拉尖。这种情况发生时，焊点的形状如同石钟。