第12章焊接技术

第12章焊接技术12.1锡焊一、焊接的分类焊接一般分为熔焊、压焊、钎焊三大类。熔焊是指在焊接过程中，焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法，如电弧焊、气焊、激光焊、等离子焊等。压焊是指在焊接过程中，必须对焊件加压力（加热或不加热）完成焊接的方法，如超声波焊、高频焊、电阻焊、脉冲焊、摩擦焊等。一、焊接的分类钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作焊料，将焊件和焊料加热到高于焊料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态焊料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。钎焊按照使用焊料的不同，可分为硬钎焊和软钎焊两种。焊料熔点大于450℃为硬钎焊，低于450℃为软钎焊。按照焊接方法的不同又可分为锡焊（如手工烙铁焊、波峰焊、再流焊、浸焊等）、火焰钎焊（如铜焊、银焊等）、电阻钎焊、真空钎焊、高频感应钎焊等。二、锡焊及其特点锡焊属于软钎焊，它的焊料是锡铅合金，熔点比较低，共晶焊锡的熔点只有183℃，是电子行业中应用最普遍的焊接技术。锡焊具有如下特点：（1）焊料的熔点低于焊件的熔点。（2）焊接时将焊件和焊料加热到最佳锡焊温度，焊料熔化而焊件不熔化。（3）焊接的形成依靠熔化状态焊料浸润焊接面，由毛细作用使焊料进入间隙，形成一个结合层，从而实现焊件的结合。三、锡焊的条件1．焊件应具有良好的可焊性–金属表面被熔融焊料浸润的特性叫作可焊性。–有些金属材料具有良好的可焊性，但有些金属如钼、铬、钨等，可焊性非常差。即使是可焊性比较好的金属，如紫铜、黄铜等，由于其表面容易产生氧化膜，为了提高可焊性，一般需要采用表面镀锡、镀银等措施。三、锡焊的条件2．焊件表面必须清洁–焊件由于长期储存和污染等原因，其表面有可能产生氧化物、油污等。故在焊接前必须清洁表面，以保证焊接质量。3．要使用合适的焊剂–焊剂的作用是清除焊件表面氧化膜，并减小焊料融化后的表面张力，以利于浸润。不同的焊件，不同的焊接工艺，应选择不同的焊剂。如镍铬合金、不锈钢、铝等材料，不使用专用的特殊焊剂是很难实施锡焊的。三、锡焊的条件4．要加热到适当的温度–在焊接过程中，既要将焊锡熔化，又要将焊件加热至熔化焊锡的温度。只有在足够高的温度下，焊料才能充分浸润，并扩散形成合金结合层。12.2锡焊机理一、焊料对焊件的浸润–熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续并附着牢固的.–焊料浸润性能的好坏一般用浸润角θ表示，它是指焊料外圆在焊接表面交接点处的切线与焊件面的夹角。–当θ90时，焊料不浸润焊件。–当θ=90时，焊料润湿性能不好。–当θ90时，焊料的浸润性较好，且θ角越小，浸润性能越良好。θ90θ=90θ90一、焊料对焊件的浸润浸润作用同毛细作用紧密相连，光洁的金属表面，放大后有许多微小的凹凸间隙，熔化成液态的焊料，借助于毛细引力沿着间隙向焊接表面扩散，形成对焊件的浸润。由此可见，只有焊料良好地浸润焊件，才能实现焊料在焊件表面的扩散。二、扩散浸润是熔融焊料在被焊面上的扩散，伴随着表面扩散，同时还发生液态和固态金属间的相互扩散，如同水洒在海绵上而不是洒在玻璃板上。两种金属间的相互扩散是一个复杂的物理—化学过程。如用锡铅焊料焊接铜件时，焊接过程中既有表面扩散，也有晶界扩散和晶内扩散。锡铅焊料中的铅原子只参与表面扩散，不向内部扩散，而锡原子和铜原子则相互扩散，这是不同金属性质决定的选择扩散。正是由于扩散作用，形成了焊料和焊件之间的牢固结合。三、结合层形成结合层是锡焊的关键。如果没有形成结合层，仅仅是焊料堆积在母材上，则称为虚焊。结合层的厚度因焊接温度、时间不同而异，一般在1.2~10μm之间。由于焊料和焊件金属的相互扩散，在两种金属交界面上形成的是结合层多种组织。如锡铅焊料焊接铜件，在结合层中既有晶内扩散形成的共晶合金，又有两种金属生成的金属间的化合物，如Cu2Sn、Cu6Sn5等。12.3元器件装置前的准备一、元器件引线的加工成型元器件在印制电路板上的排列和安装方式主要有两种，一种是规则排列卧式安装，另一种是不规则排列立式安装。加工时，不要将引线齐根弯折，并用工具保护好引线的根部，以免损坏元器件。在焊接时，应尽量保持其排列整齐，同类元件要保持高度一致，且各元件的符号标志向上（卧式）或向外（立式），以便于检查。二、镀锡元器件引线一般都镀有一层薄薄的钎料，但时间一长，其表面将产生一层氧化膜，影响焊接。因此，除少数镀有银、金等良好镀层的引线外，大部分元器件在焊接前都要重新进行镀锡。镀锡，实际上就是锡焊的核心——液态焊锡对被焊金属表面浸润，形成一层既不同于被焊金属，又不同于焊锡的结合层。这一结合层将焊锡同待焊金属这两种性能、成份都不同的材料牢固地结合起来。而实际的焊接工作只不过是用焊锡浸润待焊零件的结合处，熔化焊锡并重新凝结的过程。1．镀锡的要求（1）待镀面应清洁焊剂的作用主要是加热时破坏金属表面氧化层，对锈迹、油迹等杂质并不起作用。各种元器件、焊片、导线等都可能在加工、存贮的过程中，带有不同的污物，轻则用酒精或丙酮擦洗，严重的腐蚀污点只能用机械办法去除，包括刀刮或砂纸打磨，直到露出光亮的金属为止。（2）加热温度要足够要使焊锡浸润良好，被焊金属表面温度应接近熔化时的焊锡温度，才能形成良好的结合层。因此，应根据焊件大小供给它足够的热量。考虑到元器件承受温度不能太高，因此必须掌握恰到好处的加热时间。（3）要使用有效的焊剂松香是使用最多的焊剂，但松香多次加热后就会失效，尤其是发黑的松香基本上不起作用，应及时更换。2．镀锡的方法镀锡的方法有很多种，常用的方法主要有电烙铁手工镀锡、锡锅镀锡、超声波镀锡等。（1）电烙铁手工镀锡电烙铁手工镀锡是指直接使用电烙铁对电子元器件的引线进行镀锡。其优点是方便、灵活。缺点是镀锡不均匀，易生锡瘤，且工作效率低。适用于少量、零散作业。电烙铁手工镀锡时应注意事项：a．烙铁头要干净，不能带有污物和使用氧化了的锡。b．烙铁头要大一些，有足够的吃锡量。c．电烙铁的功率及温度应根据不同元器件进行适当选择。电阻、电容温度可高一些，一般可达到350~400℃。而对晶体管则温度不能太高，以免烧坏管子，一般控制在280~300℃左右。实践证明，镀锡温度超过450℃时就会加速铜的溶解和氧化，导致锡层无光，表面粗糙等。电烙铁手工镀锡时应注意事项d．镀锡前，应对元器件的引线部分进行清洗处理，以利于镀锡。e．应选择合适的助焊剂，常使用松香酒精水。f．镀锡时，引线要放在平整干净的木板上，其轴线应与烙铁头的移动方向一致。烙铁头移动速度要均匀，不能来回往复。g．多股导线镀锡时，要先剥去绝缘层，并将多股导线拧紧，然后在进行镀锡。12.4手工焊接技术一、焊接的操作要领–1．焊接姿势焊接时应保持正确的姿势。一般烙铁头的顶端距操作者鼻尖部位至少要保持20cm以上，以免焊剂加热挥发出的有害化学气体吸入人体。同时要挺胸端坐，不要躬身操作。并要保持室内空气流通。2．电烙铁的拿法电烙铁一般有正握法、反握法、握笔法三种拿法。如图12-2所示。–正握法适用于中等功率电烙铁或带弯头电烙铁的操作。–反握法动作稳定，长时间操作不易疲劳，适用于大功率电烙铁的操作。–握笔法多用于小功率电烙铁在操作台上焊接印制电路板等焊件。3．焊锡丝的拿法焊锡丝的拿法根据连续锡焊和断续锡焊的不同分为两种拿法。如图12-3所示。焊锡丝一般要用手送入被焊处，不要用烙铁头上的焊锡去焊接，这样很容易造成焊料的氧化，焊剂的挥发。因为烙铁头温度一般都在300℃左右，焊锡丝中的焊剂在高温情况下容易分解失效。在焊锡丝成份中，铅占有一定的比例。铅是对人体有害的重金属。故焊接完毕后要洗手，避免食入。二、焊接操作的步骤焊接操作一般分为:准备施焊、加热焊件、填充焊料、移开焊丝、移开烙铁五步。称为“五步法”。1234512.5电子线路手工焊接工艺一、印制电路板的焊接印制电路板在焊接之前要仔细检查，看其有无断路、短路、金属化孔不良，以及是否涂有助焊剂或阻焊剂等。否则，在整机调试中，会带来很大麻烦。一、印制电路板的焊接焊接前，首先要将需要焊接的元器件作好焊接前的准备工作，如整形、镀锡等。然后按照焊接工序进行焊接。一般的焊接工序是先焊接高度较低的元器件，然后焊接高度较高的和要求较高的元器件等。次序是：电阻→电容→二级管→三级管→其它元器件等。晶体管焊接一般是在其它元件焊接好后进行。要特别注意，每个管子的焊接时间不要超过5~10s，并使用钳子或镊子夹持管脚散热，防止烫坏管子。焊接结束后，需要检查有无漏焊、虚焊等现象。检查时，可用镊子将每个元器件的引脚轻轻提一提，看是否摇动，若发现摇动，应重新焊接。二、集成电路的焊接MOS集成电路特别是绝缘栅型MOS电路，由于输入阻抗很高，稍有不慎即可能使内部击穿而失效。双极型集成电路不象MOS集成电路那样娇气，但由于内部集成度高，通常管子隔离层都很薄，一但受到过量的热也容易损坏。无论哪种电路，都不能承受高于200℃的温度。因此，焊接时必须非常小心。二、集成电路的焊接集成电路的安装焊接有两种方式，一种是将集成电路块直接与印制电路板焊接，另一种是将专用插座（IC插座）焊接在印制电路板上，然后将集成电路块插在专用插座上。前者的优点是连接牢固，但拆装不方便，也易损坏集成电路。后者利于维护维修，拆装方便，但成本较高。在焊接集成电路时，应注意以下几点：（1）集成电路引线如果是经过镀金银处理的，切不可用刀刮，只需用酒精擦洗或绘图橡皮擦干净即可。（2）对CMOS集成电路，如果事先已将各引线短路，焊接前不要拿掉短路线。（3）焊接时间在保证浸润的前提下，尽可能短，每个焊点最好用3s焊好，最多不超过4s，连续焊接时间不要超过10s。（4）使用的电烙铁最好是20W内热式，接地线应保证接触良好。若用外热式，最好是电烙铁断电后，用余热焊接，必要时还要采取人体接地等措施。在焊接集成电路时，应注意以下几点：（5）使用低熔点焊剂，一般不要高于150℃。（6）工作台上如果铺有橡皮、塑料等易于积累静电的材料，集成电路块和印制电路板等不宜放在台面上。（7）当集成电路不使用插座，而是直接焊接到印制电路板上时，安全焊接顺序应是地端→输出端→电源端→输入端。（8）焊接集成电路插座时，必须按集成电路块的引线排列图焊好每一个点。三、几种易损元件的焊接1．有机材料铸塑元件接点的焊接2．簧片类元件接点的焊接四、导线焊接技术导线与接线端子、导线与导线之间的焊接一般采用绕焊、钩焊、搭焊三种基本的焊接形式。1．导线同接线端子的焊接（1）绕焊：（2）钩焊：（3）搭焊：2．导线与导线的焊接导线与导线之间的焊接以绕焊为主，如图12-9（a）、（b）所示。主要操作步骤如下：（1）将导线去掉一定长度的绝缘层。（2）端头上锡，并套上合适的套管。（3）绞合，施焊。（4）趁热套上套管，冷却后套管固定在接头处。五、拆焊在调试或维修电子仪器时，经常需要将焊接在印制电路板上的元器件拆卸下来，这个拆卸的过程就是拆焊，有时也称为解焊。拆焊比焊接困难得多，若掌握不好，将会损坏元器件或印制电路板。第六节焊点的要求及质量检查一、焊点的质量要求焊接结束后，要对焊点进行外观检查。因为焊点质量的好坏，直接影响整机的性能指标。对焊点的基本质量要求有下列几个方面。1．防止假焊、虚焊和漏焊2．焊点不应有毛刺、砂眼和气泡3．焊点的焊锡要适量4．焊点要有足够的强度5．焊点表面要光滑6．引线头必须包围在焊点内部7．焊接表面要清洗二、常见焊点的缺陷及分析焊点缺陷外观特点危害原因分析焊料过少焊料未形成平滑面机械强度不足焊丝撤离过早松香焊焊缝中夹有松香渣强度不足，导通不良（1）助焊剂过多或已失效（2）焊接时间不足，加热不够（3）表面氧化膜未去除过热焊点发白，无金属光译，表面较粗糙焊盘容易剥落，强度降低电烙铁功率过大，加热时间过长冷焊表面呈现豆腐渣状颗粒，有时可能有裂纹强度低，导电性不好焊料未凝固前焊件抖动或电烙铁瓦数不够浸润不良焊料与焊件交面接触角过大强度低，不通或时通时断（1）焊件清理不干净（2）助焊剂不足或质量差（3）焊件未充分加热不对称焊锡未流满焊盘强度不足（1）焊料流动性不好（2）助焊剂不足或质量差（3）加热不足松动导线或元器件引线可移动导通不良或