電子制作手工焊接技術(shù)全攻略
手工焊接的工具
任何電子產(chǎn)品,從幾個(gè)零件構(gòu)成的整流器到成千上萬個(gè)零部件組成的計(jì)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?具有合適的焊接時(shí)間。
焊接與助焊劑
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(gè)整體的金屬或合金都叫焊料。這里所說的焊料只針對(duì)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(huì)產(chǎn)生一薄層氧化膜,這將阻礙焊錫的浸潤(rùn),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(duì)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(shí)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(shí)不必再用助焊劑
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(shì)掌握正確的操作姿勢(shì),可以保證操作者的身心健康,減輕勞動(dòng)傷害。為減少焊劑加熱時(shí)揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)對(duì)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(dòng)作穩(wěn)定,長(zhǎng)時(shí)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(tái)上焊接印制板等焊件時(shí),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(duì)人體有害的一種重金屬,因此操作時(shí)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。
“
手工焊接操作的基本步驟
掌握好電烙鐵的溫度和焊接時(shí)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(gè)步驟,如圖所示。
圖4 手工焊接步驟
1 .基本操作步驟
⑴ 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。
⑵ 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(gè)焊件全體,時(shí)間大約為 1 ~ 2 秒鐘。對(duì)于在印制板上焊接元器件來說,要注意使烙鐵頭同時(shí)接觸兩個(gè)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(shí)均勻受熱。
⑶ 步驟三:送入焊絲(圖 (c) )
焊件的焊接面被加熱到一定溫度時(shí),焊錫絲從烙鐵對(duì)面接觸焊件。注意:不要把焊錫絲送到烙鐵頭上!
⑷ 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。
⑸ 步驟五:移開烙鐵(圖 (e) )
焊錫浸潤(rùn)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(shí)間大約也是 1 至 2s 。
2 .錫焊三步操作法
對(duì)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(jiǎn)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(rùn)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(shí)間不得滯后于移開烙鐵的時(shí)間。
對(duì)于吸收低熱量的焊件而言,上述整個(gè)過程的時(shí)間不過 2 至 4s ,各步驟的節(jié)奏控制,順序的準(zhǔn)確掌握,動(dòng)作的熟練協(xié)調(diào),都是要通過大量實(shí)踐并用心體會(huì)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(shí)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(duì)待。試想,對(duì)于一個(gè)熱容量較大的焊點(diǎn),若使用功率較小的烙鐵焊接時(shí),在上述時(shí)間內(nèi),可能加熱溫度還不能使焊錫熔化,焊接就無從談起。
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(duì)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(shí),烙鐵頭長(zhǎng)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(shí)擦拭烙鐵頭。對(duì)于普通烙鐵頭,在腐蝕污染嚴(yán)重時(shí)可以使用銼刀修去表面氧化層。對(duì)于長(zhǎng)壽命烙鐵頭,就絕對(duì)不能使用這種方法了。
靠增加接觸面積來加快傳熱
加熱時(shí),應(yīng)該讓焊件上需要焊錫浸潤(rùn)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(duì)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(duì)焊接面施加壓力,企圖加快焊接,這是不對(duì)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(shí)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(zhǎng)時(shí)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(shí),而且撤離時(shí)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(dòng)
切勿使焊件移動(dòng)或受到振動(dòng),特別是用鑷子夾住焊件時(shí),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(shí)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(shí),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(duì)焊接非常有利。過量使用松香焊劑,焊接以后勢(shì)必需要擦除多余的焊劑,并且延長(zhǎng)了加熱時(shí)間,降低了工作效率。當(dāng)加熱時(shí)間不足時(shí),又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開關(guān)、接插件的時(shí)候,過量的焊劑容易流到觸點(diǎn)上,會(huì)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(huì)透過印制板上的通孔流走。對(duì)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(shí)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(qǐng)讀者注意鑒別。
焊點(diǎn)質(zhì)量及檢查
對(duì)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(gè)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(shí)好時(shí)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(huì)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(shí)可長(zhǎng)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(gè)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(dòng)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(jì)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(tái)有成千上萬個(gè)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(shí)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(shí)間掌握不好,太長(zhǎng)或太短;焊接中焊錫尚未凝固時(shí),焊接元件松動(dòng)。
2 .對(duì)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(rùn)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
從外表直觀看典型焊點(diǎn),對(duì)它的要求是:
1. 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(duì)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。
2. 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。
3. 表面平滑,有金屬光澤;無裂紋、針孔、夾渣。
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