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1、目录目录 一 概述 二 焊接概念及分类 三 焊接原理和要素 四 焊料和助焊剂 五 手工焊接设备 六 手工焊接说明 七 焊接方法 八 焊接注意事项 九 IPC A 610D介绍 十 焊接标准简介 一 概述 l焊接是电子产品组装过程中的重要工艺 焊接质量的好坏 直接 影响电子产品的工作性能 l 优良的焊接质量 可为电路提供良好的稳定性 可靠性 l 不良的焊接方法会导致元器件损坏 留下隐患 影响电子设备 的可靠性 l 目前产品焊点数量成百上千甚至可上万 而一个不良焊点都会 影响整个产品的可靠性 焊接质量是电子产品质量的关键 l 了解焊接基本知识 掌握熟练得焊接操作技能用于产品生产对 于生产一线的技术
2、人员是十分重要的 二 焊接概念及分类 焊接 同种或异种被焊工件的材质 通过加热或加 压或两者并用 或用填充材料 使工件的材质达到原子间 的键和而形成永久性连接的工艺过程 熔焊 将两工件接口加热至熔化状连接 压焊 对焊件施加压力 加热或不加热 完成焊件连接 钎焊 焊件间通过添加焊料进行连接 焊接分类 软钎焊 温度低于450 硬钎焊 温度低于450 钎 焊 钎焊说明 采用比被焊件熔点低的金属材料作焊料 将焊件和焊料加热 到高于焊料的熔点而低于被焊物的熔点的温度 利用液态焊料润 湿被焊物 并与被焊物相互扩散 实现连接 电子产品安装工艺中所谓的 焊接 就是 软钎焊的一种 主要使用锡 铅等低熔 点合金材
3、料作焊料 因此俗称 锡焊 本次培训所讲焊接主要指的是焊锡 焊接是将焊料 被焊金属同时加热到最佳温度 依靠熔融焊 料添满被焊金属间隙并与金属形成合金结合的一种过程 三 焊接原理及要素 不同于使用浆糊粘合两层纸那样的物理变化 从微观的角度分析 焊接主要包括两个过程 一个是润湿过程 另一个是扩散过程 加上焊点形成可称为焊接三阶段 1 润湿 又称浸润 指熔融焊料在金属表面形成均匀 平滑 连续并附着牢固的焊料层 焊接时应使焊锡流淌 流淌的过程一般是松香在前面清除氧化膜 焊锡紧跟其后 所以说润湿基本上是熔化的焊料沿着物体表面横向流动 浸润程度主要决定于焊件表面的清洁程度及焊料的表面张力 润湿的好坏用润湿角
4、表示 2 扩散 纵向流动 伴随着熔融焊料在被焊面上扩散的润湿现象还出现焊料向固体金属内部扩 散的现象 例如 用锡铅焊料焊接铜件 焊接过程中既有表面扩散 又有晶界扩散和晶内扩散 锡铅焊料中的铅只参与表面扩散 而锡和铜原子相互扩散 这是不同金属性 质决定的选择扩散 正是由于这种扩散作用 在两者界面形成新的合金 从而使 焊料和焊件牢固地结合 3 合金层 焊点 形成 扩散的结果使锡原子和被焊金属铜的交接处形成合金层 从而形成牢固的 焊接点 焊点界面的厚度因温度和焊接时间不同而异 一般在3 10um 之间 上图是元件焊接的合金层生成示意图 只有焊锡与焊盘金属的表面有合金层形成 焊锡才能牢固的附着在PCB
5、板上 只有在焊锡和元件的交接面形成的合金层 才能使焊锡与元件牢固连接 只有这两个合金层都很好 才能使元件牢固的固定在PCB 的焊盘上 合金通过扩散和溶解形成 良好的合金层危险的状态 金属间化合物扩大扩散 过热 薄且均一的合金层 扩散 溶解 合金層 IMC 焊锡研究的主要对象 由焊锡与其被焊金属介面之间 所形成的各种共合物 统称 Intermetalic Compound 简称IMC l焊接要素 焊接是综合的 系统的过程 焊接的质量取决于下列要素 1 焊接母材的可焊性 所谓可焊性 是指液态焊料与母材之间应能互相溶解 即两种原子之间要有良好的亲和力 为了提高可焊性 一般采用表面镀锡 喷锡 镀银 镀
6、镍金等措施 2 焊接部位清洁程度 焊料和母材表面必须 清洁 两者之间没有氧化层 更没有污染 当焊料与被焊接金属之间存 在氧化物或污垢时 就会阻碍熔化的金属原子的自由扩散 就不会产生润湿作用 元件引脚或PCB 焊盘氧化或污染是产生 虚焊 的主要原因之一 3 助焊剂 助焊剂可破坏氧化膜 净化焊接面 使焊点光滑 明亮 电子装配中的助焊剂通常是松香 4 焊接温度和时间 温度太低易形成冷焊点 过高温度易使焊点质量变差 焊接时间 完成润湿和扩散两个过程需2 3S 1S 仅完成润湿和扩散两个过程的35 一般 IC 三极管焊接时间小于3S 其他元件焊接时间为4 5S 5 焊接方法 焊接方法和步骤非常关键 主要
7、讲解见第七节介绍 四 焊料 助焊剂 1 焊料 凡是用来熔合两种或两种以上的金属面 使之形成一个整体的金属 的合金都叫焊料 我们 电子装配中 焊接使用的是锡铅焊料 即通常所说的焊锡是 一种锡和铅的二元锡铅合金 它是一种软焊料 在电子装配领域 以点路连接为目的 焊料須具备以下性能 a 其熔點比母材的熔點要低 b 与大多數金屬有良好的親和性 c 焊料本身具良好的机械性能 d 有良好的導電性 e 焊料和被結合材料經反應后不產生脆性金屬化合物 l按共晶点的配比配制的合金称为共晶 合金 锡铅合金焊锡的共晶点配比为锡 63 铅37 这种焊锡称为共晶焊锡 熔化温度为183 l当锡的含量高于63 溶化温度升高
8、强度降低 l当锡的含量少于10 时 焊接强度差 接头发脆 焊料润滑能力变差 l在共晶温度下 焊锡由固体直接变成 液体 无需经过半液体状态 共晶焊锡 的熔化温度比非共晶焊锡的低 这样就 减少了被焊接的元件受损坏的机会 同 时由于共晶焊锡由液体直接变成固体 也减少了虚焊现象 锡 铅合金二元金相图 2 助焊剂 助焊膏 l助焊剂的作用是清除金属表面氧化物 硫化物 油和其它污染物 并防止在加 热过程中焊料继续氧化 l同时它还具有增强焊料与金属表面的活性 增加浸润的作用 除去氧化膜 去除金属表面 的氧化膜 使 焊锡浸润 防止再氧化 将去除了氧化 膜的位置覆盖 并通过加熱 防止再氧化 降低表面張力 降低焊锡
9、的表面 張力 使焊锡扩 展 焊锡表面的 完成状态 整修焊锡的 表面 防止 短络等 焊剂 酸化膜 焊 锡 焊锡丝 焊料和助焊剂的结合 焊剂 松香 焊锡合金 焊锡丝是管状的 由焊剂与焊锡合金制做在一起 在焊锡管 中夹带固体焊剂 3 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 使焊接仅在需要焊接的焊接点上进行 阻焊剂的作用 防止焊锡桥连造成短路 使焊点饱满 减少虚焊 而且有助于节约焊料 由于板面部分为阻焊剂膜所覆盖 焊接时板面受到的热冲击 小 因而不易起泡 分层 五 焊锡工具 工具的种类 一般的手工焊接常用工具有 1 电烙铁 2 烙铁头清洁海绵 3 焊料除去裝
10、置 4 烙铁尖溫度測定器 5 其它辅助工具 l电烙铁 1 电烙铁的种类及构造 电烙铁是电子组装最常用的工具之一 用于焊接 维修 及更换元器件等用途 常 用的普通电烙铁有外热式 内热式两类 按电烙铁消耗的功率来分 又有20瓦 30瓦 50瓦 60瓦 90瓦 150瓦等多种 规格 热能 电能 特殊烙铁分类 恒温电烙铁 烙铁头内 装有磁铁式的温度控制器 来控制通电时间 实现恒温的目的 调温电烙铁 普通的内热式烙铁增加一个功率 恒温控制器 常用可控硅电路调节 使用 时可以改变供电的输入功率 吸锡电烙铁 吸锡电烙铁是将活塞式吸锡器与电烙铁溶于一体 汽焊烙铁 用液化气 甲烷等可燃气体燃烧加热烙铁头的烙铁
11、适用于供电不便或无法供 给交流电的场合 不论哪种电烙铁 都是在接通电源后 电阻丝绕制的加热器发热 直接通过传热筒加热 烙铁头 待达到工作温度后 就可熔化焊锡 进行焊接 温度恒温控 制器 温度调节按 钮 内热式烙铁 2 烙铁尖清洁器 烙铁尖长时间使用會沾上污物 在去除污物時使用清洁器 清洁器 的种类一般是带水的海綿 3 焊料 除去裝置 维修过程中 如果需要更換部件 就必須先除去焊料再更換 部件 主要使用的是吸锡线加热除锡 4 其它辅助工具 1 剪鉗 2 镊子 3 防静电毛刷 4 防靜电手环 指套 备注 所有工具要经常保养 检查 使其保持良好的状态 1 烙铁手动焊接过程 焊接工序作用說明 预热 清
12、洗 焊料开始熔化 焊料合金形成 焊缝形成 焊料固化 辅助热传导 去除氧化物 降低表面張力 防止再氧化 熔剂蒸发 受熱 松香熔化 覆蓋 在基材和焊料表面 使傳 熱均勻 放出活化劑 与成离子狀 態的基材表面的氧化物反 應 使之溶解在焊劑中 從而除掉氧化物 熔融焊 料表面張力小 使潤濕良 好 覆蓋高溫焊料表面 控制氧化改善焊縫質量 焊接温度变化曲线 六 电烙铁手工焊接说明 3 焊接作业要点 清洁焊接表面确保焊料与被焊接金属的原子达到互相吸引距离 阻止原子互相吸引和接近的是金属表面的氧化物和污垢 因此 无氧化物和污垢的 表面对焊接来说至关重要 加热到最佳焊接溫度 烙铁传导給被焊接件的热量随接触面积 压
13、力及角度等 因數变化 欲尽快达到所需的焊接溫度就必需稍稍增大接触压力 被加熱后的金屬 原子运动加速并迅速产生扩散 其扩散量与加热時间及溫度成正比 金屬间化合物的形成 金屬被加熱到一定溫度后 只要我們适時 适處地添加 合适的焊料 就會在2 3秒鐘內產生各种物理的 化學的變化 從而生成一定量的合 金 金屬間化合物 因為整個過程极短 我們的操作必需敏捷 熟练并 准确掌握火候 焊点确定 当焊料的润湿状态 光泽及填充量已均勻時 应迅速撤离烙铁 撤离烙 铁時 手应回收 以免形成拉尖 同時应轻轻旋转一下 這樣可吸收多余的焊料 七 焊接方法 1 烙铁的选择 选用电烙铁一般遵循以下原则 a 烙铁头的形状要适应被
14、焊件物面要求和产品装配密度 b 烙铁头的顶端温度要与焊料的熔点相适应 一般要比焊料熔点高30 80 c 电烙铁热容量要恰当 烙铁头的温度恢复时间要与被焊件物面的要求相适应 选择电烙铁的功率原则 a 焊接集成电路 晶体管及其它受热易损件的元器件时 考虑选用20W 内热式或25W 外热式电烙鐵 b 焊接较粗导线及同轴电缆时 考虑选用50W 内热式或45 75W 外热式电烙铁 c 焊接较大元器件时 如金属底盘接地焊片 应选100W 以上的电烙铁 选择合适的烙铁头 a 选择合适的烙铁头能使工作更有效率及增加烙铁头之耐用程度 选择错误的烙铁头会影响焊铁不能 发挥最高效率 焊接质量也会因此而减低 b 烙铁
15、头越大 热容量相对越大 烙铁头越小 热容量也越小 进行连续焊接时 使用越大的烙铁头 温度跌幅越少 此外 因为大烙铁头的热容量高 焊接的时候能够使用比较低的温度 烙铁头就不 易氧化 增加它的寿命 短而粗的烙铁头传热较长而幼的烙铁头快 而且比较耐用 扁的 钝的烙铁 头比尖锐的烙铁头能传递更多的热量 c 一般来说 烙铁头尺寸以不影响邻近元件为标准 尖刀型 扁平 烙鐵適合於焊接排針 排線等焊點較 大的部品需要较多锡量 可使用镀锡层表面面积较大之烙铁头 圓錐型烙鐵適合於焊接高密度焊點小 的部品 在较密集的电路板上进行焊接 使用较幼细的烙铁头能减低锡桥之形成机会 2 焊接姿势 掌握正确的操作姿勢 可以保证
16、操作者的身心健康 減轻劳动伤害 正確的作业姿勢应该是上身挺直 头部离开作业面20 30cm 另外 女性作业者应注意不要使前面的头发垂下來 3 烙铁的手持方式 烙铁的手持方式对操作的速度 手腕的疲劳來說有非常 大的关系 因此 必須考率到操作位置 基板的大小类型型 元件 安裝等 再決定最合適的手持方法 一般手持方法如下 a 鉛筆型 一般在操作臺上焊接印制板等焊件時 多采用此 方法 b 握手型 此方法長時間操作不易疲勞 適于大功率電烙鐵 的操作 握手式拿法 执笔式拿法 4 焊料的拿法 用拇指和食指捏住焊锡线前端3 5cm的地方 如下图 注意 焊錫使用前应检查表面清洁狀況 焊料的拿法 5 烙铁头保养 经常使其含水 过多 过少均不可 事先切割为V字型 圆型 距型等 利用裂缝进行清洗 如清洗不当 焊剂会烧焦 易于产生焊锡渣 热传导变差等不良 进行焊接工作前 必须先把清洁海绵湿水 再挤干多余水份 这才可以使烙铁头得到最好的清 洁效果 如果使用非湿润的清洁海绵 会使烙铁头受损而导致不上锡 清洗時的温度劣化 温度劣化 温度回复 水量过多 温度劣化较大 温度恢复時間较长 良好的状态 温度恢复可较快稳定 并
