手工焊接技术

2018-11-13 13:16:00
陆启蒙
原创
2979

本文列出了电子装联手工焊接全过程的工艺技术要求。

本文既适用于电子装联中小批量、 多品种印制板的组装连接; 也适用于整机、 机柜的组装连接及导线、电缆的连接操作、检验和验收。

一、概述

焊接通常分为熔焊、钎焊、及接触焊三大类,在电子装联中主要使用的是钎 焊。

钎焊按照使用焊料熔点的不同分为硬焊(焊料熔点温度高于 450℃)和软焊 (焊料熔点低于 450℃) 浸润:加热后呈熔融装态的焊料(锡铅合金)沿着工作金属的凹凸表面,靠 毛细管的作用扩展。 如果焊料和工件表面足够清洁, 焊料原子与工作金属原子就 可以接近到能够相互结合的距离, 即接近到原子引力互相起作用的距离, 上述过

程为焊料的浸润。

当θ=0°时,完全润湿;θ﹤90°时为润湿;θ﹥90°为不润湿。 润湿良好时,接触角明显小于 30°。

二、焊接的工艺要素

手工焊接的主要工具是电烙铁, 要通过焊接人员熟练掌握锡焊技术, 合理选 用烙铁、焊料、焊剂以及焊接的温度和时间等要素,才能保证焊接的质量。

1、工作金属材料应具有良好的可焊性。

常用元器件引线(需成型) 、导线及接点等基本都采用铜材料制成。金、银 的可焊性较好,但价格贵。铁、镍的可焊性较差,一般在其表面先镀上一层锡、 铜、金或银金属,以提高其可焊性。

2、工件金属表面应洁净。

工件金属表面若存在氧化物或污垢,会严重影响与焊料在界面上形成合金 层,造成虚焊、假焊。

3、正确选用助焊剂及焊料

电子装联中常用的是树脂类助焊剂。松香基焊剂、水深焊剂(一般用于波峰 焊),助焊剂是一种略带酸性的易熔物质。 Sn60 或 Sn63,或采用 GB3131-82R HISnPb39锡铅焊料,形状任选(直径有 0.5、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、2.0、 2.5mm等);

4、控制焊接温度和时间。 温度过低,会造成虚焊。温度过高,会损坏元器件和印制电路板。合适的温 度是保证焊点质量的重要因素。 在手工焊接时, 控制温度的关键是选用具有适当 功率的电烙铁和掌握焊接时间。 电烙铁功率较大时应适当缩短焊接时间, 电烙铁 功率较小时可适当延长焊接时间。 根据焊接面积的大小, 经过反复多次实践才能 把握好 焊接工艺的两个要素。焊接时间短,会使温度太低,焊接时间过长,会使 温度太高。一般情况下,焊接时间不超过 3 秒。

三、锡焊材料

1、焊料

① 焊料的熔点低于母材工业,在熔化时能在母材表面形成合金,并与母材连 为一体。除特殊要求外,手工焊接一般应采用符合 GB3131的 HLSn60Pb或 HLSn63Pb 线关焊料,焊料直径按连接点的大小选择。 (该焊剂的优点:熔点低,使焊接时 加热温度低,可防止元器件和 PCB损坏;熔点和凝固点一致, 可使焊点快速凝固, 不会因半融状态时间间隔长而造成焊点结晶疏松, 强度降低,这一点尤其对自动 焊接更有重要意义; 流动性好,表面张力小, 表面张力小,有利于提高焊点质量; 强度高,导电性好。)

② 铅锡合金的熔点一般为:183℃。 (受锡铅组份的多少及其它少量元素超过 一定量的影响,其熔点会有所改变) 。

③ 无铅焊料,由于铅及其化合物是污染环境的有毒物质,使用无铅焊料是一 种必然的发展趋势。与上述常用的有铅比,无铅焊料的熔点增高( Sn-0.7Cu 约 221℃、Sn-3.5Ag 约 227℃左右),密度与润湿性降低,成本提高,机械性能等也 有所变化。 国内对无铅焊料及其及组装的工艺技术, 沿用至今不是完全成熟,但 这是今后的的方向。

2、助焊剂

①选用要求:有良好的热稳定性和润湿性;助焊后的残渣少,并应无腐蚀, 易清除;不产生有害气体和刺激性气味。

②助焊剂作用有三:

(a) 去除金属表面的氧化物、硫化物、油等污垢,使焊 料与被焊金属之间接近原子间的距离; 

(b) 使金属表面和空气之间遮挡起来,起 到防止再氧化作用;

(c) 使焊锡的表面张力降低,提高流动性,使焊料在润湿状 态下进行锡焊。

③松香助焊剂的分类

四、焊接工具

1、电烙铁是手工焊接的基本工具。常用的分外热式、内热式、恒温式、 吸锡式等几种。下面简单几种常用的电烙铁。

) 外热式电烙铁:结构简单,价格较低,使用寿命长,但其体积大,升温较 慢,热效率低。



) 内热式电烙铁:具体体积小、重量轻、升温快和热效率高等优点,因而在 电子装配工艺中得到广泛的应用。20W 内热式电烙铁的实用功率相当于 25~40W 的外热式电烙铁,烙铁点部温度可达 350℃左右。

) 恒温电烙铁:无论是外热还是内热式电烙铁的温度一般都超过 300℃,这 对焊接晶体管、集成电路等是不利的。在质量要求较高的场合,通常需要恒 温电烙铁。分电控和磁控两种。




) 感应(电阻)式烙铁、储能式烙铁。

) 烙铁头的选择和尺寸的选择:烙铁头太小则热容量小,焊接时会使温度下 降大,恢复温度时间长。扁平的、钝的烙铁头要比细的、尖的烙铁头传递更 多的热量,以能够方便焊接的同时,要心可能地选择大的烙铁头,这样即可 以以更低的温度得到更多的热量,同时也可以延长烙铁头的使用寿命。 本文列出一些常用的烙铁头的形状,根据使用场合进行合理选择。

2、电烙铁的使用与保养

(1)电烙铁的电源线最好选用纤维纺织花线或橡皮软线, 这两种线不易被烫 坏。

(2)使用前,测量插头与外壳是否漏电或短路,正常时阻值应为无穷大。

(3)新烙铁刃口表面镀有一层铬, 不易沾锡。 使用前先用锉刀或砂纸将镀铬 层去掉,通电加热后涂上少许焊剂,待烙铁头上的焊剂冒烟时,即上焊锡,使烙 铁头的刃口镀上一层锡, 这时电烙铁就可以使用了。新型的则不需要, 因为出厂 加工成适用于印制电路板焊接要求的形状。

(4)在使用间歇中, 电烙铁应搁在金属的烙铁架上,这样即安全, 又可适当 散热,避免烙铁头“烧死” 。对已“烧死”的烙铁头,应按新烙铁的要求重新上 锡。

(5) 烙铁头使用较长时间后会出现凹槽或豁口, 应及时用锉刀修整, 否则会 影响焊点质量。对多次修整的烙铁头,应及时更换,否则会使烙铁头温度过高。

(6)在使用过程中, 电烙铁应避免敲打碰跌,因为在高温时的振动, 最易使 烙铁芯损坏。

五、手工焊接工艺

1、操作姿势及训练

一般烙铁离开鼻子的距离应至少不小于 30cm,通常以 40cm为宜。

(a) 反握法:动作稳定,长时操作不易疲劳,适于大功率烙铁的操作。

(b) 正握法:适于中等功率烙铁或带弯头电烙铁的操作。

(c) 握笔法:一般在操作台上焊 PCB等焊件时多采用此法。


(a) 连续锡焊时焊锡丝的拿法;

(b) 断续锡焊时焊锡丝的拿法。

五步法训练:

(1) 准备; (2) 加热; (3) 加焊锡; (4) 去焊锡; 其中:

(2) 加热要靠焊锡桥,非流水线作业中,一次焊接的焊点形状是多种 多样的,实际上也不可能不断烙铁头, 这样就需要借助形成热量传递的焊锡桥 (见 图 1)。

(3) 加焊锡要适量,过多过少都会造成焊点缺陷(见图 2)。

(5) 去烙铁烙 铁的撤离也是有讲究的,这需要在实际操作中体会 , (见图 3)。

2、焊接方式

焊接的方式有搭焊、插焊、绕焊(钩焊)三种形式。其中搭焊主要要用于高 频电路、扁平封装电路及待调试元器件。插焊主要适用于电阻器、电容器、电感 器、晶体管、双列直插集成电路、电连接器等,使用最广泛。而绕焊、钩焊主要 适用于波段开关、接线柱及有关的电连接器等。

① 绕焊:是将被焊元器件的引线或导线绕在焊接点的金属件上(绕 1~2 圈),用尖嘴钳夹紧,以增加绕焊点强度,缩小焊点(导线绝缘层应离焊点 1~ 3mm ,以免烫伤),然后进行焊接。 这种焊接方式强度高, 一般用于眼孔式焊接点、 焊片及柱形焊接点。常见焊接点绕焊示例见下图。

② 钩焊:将被焊接元器件的引线或导线钩接在焊接点的眼孔中,夹紧,形 成钩形,使导线或引线不易脱落。钩焊的机械强度不如绕焊,但操作方便适用于 不便绕焊,而且要有一定的强度或便于拆焊的地方, 如一些小型继电器的焊接点、 焊片等。

③ 搭焊:适用于要求便于调整或改焊的临时焊接点上;或要求不高的产品 上。

根据图纸相关要求及工艺做好生产前准备 , 包括选择合适的焊剂、 助 焊剂、电烙铁(含合适功率及烙铁头) 。 清洁处理:待焊的导线、元器件引线、接线端子及印制电路板均应进行清 洁处理,并保证其可焊性。

电烙铁准备:

①烙铁头应完全插入加热器内,加热部分与手柄应牢固可靠。 将烙铁头加热至可以熔化焊热的温度, 在头部浸一层薄而均匀的焊料, 并用清洁 潮湿的海绵或湿布擦试烙铁头表面。 在焊接过程中, 还需随时蹭去烙铁头上的杂 质。

②电烙铁最好采用自动调节功率电烙铁, PCB 板的组装件的焊接一般采用 30~50W电烙铁;微型元器件及片状元器件建议采用 10~20W电烙铁;大型接线 端子和接地线的焊接建议采用 50~75W电烙铁或更高。

加焊剂:

①所有焊接部位均应使用焊剂。使用液态焊剂时,应薄而均匀地涂 于连接部位;使用带焊剂芯的线状焊料时, 除重焊或返工外, 不再使用液态焊剂。

②适量的焊剂是必不可缺的,但不要认为越多越好。过量不但增加清洗工作量, 而且延长加热时间, 降低工作效率。 若当加热不足时又容易夹到焊锡中形成“夹 渣”缺陷;对于开关的焊接,过量焊剂易流到触点处,从而造成接触不良。

加热:

①将电烙铁置于连接部位,热能通过焊剂迅速传递并达到焊接温度。 应避过长的加热时间, 过高的压力和温度。

②对电子元器件的焊接,建议烙铁头 部温度为 250℃~280℃,但任何情况下不得超过 320℃。 加焊料:焊料应加在烙铁头和连接部位的结合部, 并保持作为热传导的焊料 桥的存在,焊料应适量,并要覆盖住整个连接部位,形成凹形焊锡轮廓线。根据 连接部位的结构特征,焊接操作时间一般不超过 3s。热敏元件焊接时应采取必 要的散热措施且时间尽可能不超过 2s。


八、拆焊技术

所谓拆焊或叫解焊:就是在电子产品的生产过程中, 不可避免地要因为装错、 损坏或因调试、 维修的需要而拆换元器件的过程。 在实实际际操作中拆焊比焊接 难度高,如拆焊不正确, 很容易将元器件损坏或损坏印制电路板焊盘,这也是焊 接工艺中的一个重要的工艺手段。

1、修复总数及返工准则

① 对任何一块印制电路板组装件,修复(包括焊接和粘结)的总数不应超 过六处。一个元器件或一个连接器的一次修复 (一根或多根引线的操作) 为一处。

② 对任意 25cm 2 面积,涉及焊接操作的修复不超过三处。

③ 对任意 25cm

2 面积,涉及粘结的修复应不超过二处。

④ 任何一个焊点允许最多有二次返工。 (根据要求)

⑤ 拆除元器件,只应在安装密度足以保证其它相邻元器件完整性的情况下, 方可进行。(根据要求)

⑦ 拆除的元器件一般不应再使用,应换上相同的元器件(根据要求)

2、拆焊原则

拆焊的步骤一般是与焊接的步骤相反的,拆焊前一定要弄清楚焊接点的特 点,不可盲目动手。

① 不损坏拆除的元器件、导线、原焊接部位的结构件。

② 拆焊时不可损坏印制电路板上的焊盘与印制导线。

③ 对已判断为损坏的元器件,可先行将引线剪断,再行拆除,这样可减少 其他损伤的可能性。

④ 在拆焊过程中,应尽量避免拆动其他元器件或变动其它元器件的位置, 如确实需要,要做好复原工作。 (根据要求)

3、拆焊工具

常用的拆焊工具:恒温烙铁、热脱器、吸锡枪、吸锡绳、真空吸尘器、斜口 钳、长嘴钳、热风枪、还端头的热割装置、 刀片、毛笔、刷子、相应的的溶剂等。

① 镊子以端头较尖,硬度较高的 不锈钢为佳,用以夹持元器件或借助电烙 铁恢复焊孔。

② 吸锡绳用以吸取焊接点上的焊锡。专用的价格昂贵,可用镀锡的编织套 浸以助焊剂代用,效果显著。

③ 吸 焊枪,用于吸去熔化的焊锡,使焊盘与元器件引线或导线分离,达到 解除焊接的目的。

4、拆焊的操作要点

① 严格控制加热的温度和时间。因拆焊的加热时间和温度较焊接时要长、 要高,所以更要严格控制温度和加热时间,以免将元器件烫坏或使焊盘翘起、断 裂。宜采用间隔加热法来进行拆焊。

② 拆焊时不要用力过猛。在高温状态下,元器件封装的强度都会下降,尤 其是塑封器件、陶瓷器件等,过分的用力拉、摇、扭都会损坏元器件和焊盘。

吸去拆焊点上的焊料。拆焊前,用吸锡工具吸去焊料,有时可以直接将 元器件拔下。即使还有少量锡连接,也可以减少拆焊的时间,减少元器件及印制 电路板损坏的可能性。 如果在没有吸锡工具的情况下, 则可以将印制电路板或能 移动的部件倒过来, 用电烙铁加热拆焊点,利用重力原理,让焊锡自动流向烙铁 头,也能达到部分增锡的目的。

5、印制电路板上元器件的拆焊方法

从 PCB板组装件拆除之前, 任何敷形涂层必须清除, 应暴露出要修复处理 焊盘上的焊料, 并不得污染需复焊的焊点。

限制条件:

a. 不得用电烙铁清除涂层。高温将会造成涂层炭化,也有可能使 PCB层压 基材分层,起白斑等。

b. 用来切割修复焊盘周围的工具不应太锋利,以避免损坏印制电路板组装 件。

c. 使用热割端头时必须小心,避免熔化邻近的焊点。

d. 溶剂很多时候可能使涂层介质膨胀,也可能邻近修复、改装的电子元器 件的涂层破坏。为此,溶剂使用时间最长应限于 15min 之内。


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