手工焊接技術(shù)

孫建強(qiáng) （天津富士通天電子有限公司 天津300456）

手工焊接技術(shù)

孫建強(qiáng) （天津富士通天電子有限公司 天津300456）

主要從手工焊接的意義、使用工具、焊接步驟、焊接三要素、典型不良及發(fā)生機(jī)理、焊接不良維修等方面系統(tǒng)介紹了手工焊接技術(shù)，為需求者提供理論幫助。

手工焊接 焊接溫度 焊接時(shí)間 焊錫量

手工焊接是利用溶化的焊錫，使元器件固定，并保證有效的電路導(dǎo)通的一種技術(shù)工藝。目前廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品的批量生產(chǎn)過(guò)程中。同時(shí)，新產(chǎn)品的研制和調(diào)試樣機(jī)時(shí)，產(chǎn)品/設(shè)備故障修理時(shí)都需要使用電烙鐵進(jìn)行手工焊接，即使是在使用自動(dòng)焊接設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)中，也離不開(kāi)手工焊接。

在手工焊接中，電烙鐵把電能轉(zhuǎn)化用于焊接的熱能，它是傳統(tǒng)的焊接工具，現(xiàn)在還在廣泛使用。

自動(dòng)化恒溫電烙鐵采取了很好的防靜電措施，適合焊接高內(nèi)阻/低耐壓的元器件；可調(diào)式內(nèi)熱電烙鐵（見(jiàn)圖1）是現(xiàn)在最為常用的焊接工具，它的發(fā)熱元件裝在烙鐵頭內(nèi)部，烙鐵頭是用紫銅材料制成的，可以根據(jù)不同的焊接對(duì)象調(diào)整焊接溫度，并選擇不同形狀的烙鐵頭，或者根據(jù)焊接的需要對(duì)烙鐵頭進(jìn)行修整，以確保良好的焊接質(zhì)量。

對(duì)烙鐵頭的一般要求是，尖端表面光亮，沒(méi)有不能掛錫的氧化層，尖端的直徑不大于印制電路板上焊盤(pán)的直徑（見(jiàn)圖2）。

在使用過(guò)程中，用于受熱和氧化層的作用，烙鐵頭的尖端可能被氧化/銹蝕蝕，不掛錫的烙鐵頭不能用來(lái)焊接，這時(shí)就必須對(duì)烙鐵頭進(jìn)行清潔和修整，除去銹蝕。另外，為了延長(zhǎng)電烙鐵的使用壽命，通常在30 min不使用時(shí)關(guān)閉電源，每次使用完電烙鐵，應(yīng)在前端鍍錫，防止頭部氧化/銹蝕（見(jiàn)圖3）。

近年來(lái)，有一種長(zhǎng)壽命電烙鐵也在廣泛使用，從外觀上看，它和普通電烙鐵沒(méi)有太大差別，但它的烙鐵頭前端被深鍍了一層鐵鎳合金，鐵鎳合金保護(hù)烙鐵頭在高溫下不容易被氧化/銹蝕，所以不需要修整。烙鐵頭臟了，只需在相對(duì)較軟的物質(zhì)（如浸水的纖維棉）上擦拭干凈。目前，也有一些公司使用電動(dòng)烙鐵清潔器，只需將電烙鐵頭部插入清潔孔，按壓下觸壓開(kāi)關(guān)，清潔器內(nèi)部的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)橡膠轉(zhuǎn)刷旋轉(zhuǎn)，即可將烙鐵頭清潔干凈（見(jiàn)圖 4）。

因此，電烙鐵在使用時(shí)一定要保護(hù)好烙鐵頭，避免其和硬質(zhì)鐵器等磕碰，使表面的鐵鎳合金層破壞，從而導(dǎo)致烙鐵頭的氧化/銹蝕。

手工焊接使用的焊錫絲里包裹了活性助焊劑，在焊接時(shí)，助焊劑首先溶化，并浸滿焊接部位使氧化層被清除。

手工焊接操作通常可分為如下幾個(gè)步驟：

①烙鐵頭清潔：除去先端的焊錫鍍層。

②尖端鍍錫：為使焊錫導(dǎo)熱良好。

③電烙鐵移至焊接部位，使烙鐵先端與焊盤(pán)和引腳同時(shí)解除接觸，爬錫順暢。

④焊錫移至焊接部位。

⑤溶化焊錫：對(duì)于焊接面積較大的部位，可一邊加錫，一邊在焊接面范圍內(nèi)來(lái)回移動(dòng)電烙鐵，以確保良好的焊錫浸潤(rùn)。

⑥焊錫離開(kāi)。

⑦電烙鐵離開(kāi)。

⑧靜止：確保焊錫充分冷卻，元器件牢固地連接。

⑨電烙鐵收藏。

⑩清潔：對(duì)于無(wú)接點(diǎn)的部品，可使用IPA（異丙醇）清潔焊接表面的助焊劑殘留；對(duì)于附著的焊錫粒，可用竹鑷子或陶瓷鑷子去除后使用吸取器將其吸走。

?檢查：通常使用4倍以上的放大鏡對(duì)焊接部位實(shí)施目視檢查；焊點(diǎn)較密集（間距0.5 mm以下）時(shí)，使用8倍以上放大鏡或顯微鏡檢查；有條件的或要求焊接質(zhì)量較高的場(chǎng)合應(yīng)追加X(jué)射線或加電檢測(cè)。

有些初學(xué)者，在學(xué)習(xí)焊接的時(shí)候，用烙鐵頭燙焊錫絲，把溶化的焊錫搬運(yùn)到焊點(diǎn)上，這是不正確的操作方法。焊錫絲里的助焊劑受到高溫很快就會(huì)失去幫助焊接的作用，變?yōu)闅堅(jiān)Ｓ檬ブ竸┑暮稿a去焊接焊點(diǎn)，質(zhì)量必然下降。

保證焊接品質(zhì)的3個(gè)主要因素是：①焊接溫度；②焊接時(shí)間；③焊錫量。

焊接溫度是指焊接時(shí)溶化焊錫進(jìn)行焊接的烙鐵頭先端的溫度，主要通過(guò)電烙鐵自身來(lái)控制，對(duì)于可調(diào)式電烙鐵，則要依據(jù)工藝要求由作業(yè)者進(jìn)行調(diào)整。溫度設(shè)定的是否合適，可通過(guò)在烙鐵頭先端加少量焊錫，然后觀察錫煙升騰的狀態(tài)確認(rèn)：自然勻速的一縷青煙向上升騰，表明溫度適中；淡淡的且緩慢的升騰或不升騰，表明溫度過(guò)低；煙霧較大，且快速升騰，表明溫度過(guò)高。也可通過(guò)皮膚感觸來(lái)判斷：將電烙鐵移至距離面部皮膚2～3 cm左右，能明顯感覺(jué)到溫?zé)幔砻鳒囟冗m中；感覺(jué)不到熱度表明溫度過(guò)低；有灼熱感表明溫度過(guò)高（這種方法存在安全隱患，不建議使用采用）。當(dāng)然，最好的溫度確認(rèn)方法是使用專用的溫度傳感器測(cè)量，這種方法準(zhǔn)確、可靠。

焊接時(shí)間是指電烙鐵接觸焊點(diǎn)的時(shí)間，可通過(guò)心中默數(shù)1，2，3……的方法來(lái)把握：具體說(shuō)就是將電烙鐵移至焊接處，接觸焊盤(pán)開(kāi)始數(shù)1、2，將焊錫移至烙鐵頭并溶化開(kāi)始數(shù)3、4，直至溶化的焊料完全浸潤(rùn)焊盤(pán)和焊點(diǎn)。

如有明確的焊接時(shí)間要求，為確保準(zhǔn)確的焊接時(shí)間，可使用計(jì)時(shí)器或在焊接治具上安裝定時(shí)報(bào)警裝置，以免因?yàn)楹附訒r(shí)間不足或過(guò)長(zhǎng)造成的焊接不良。

焊錫量是指每個(gè)焊點(diǎn)所需的焊錫量多少，可通過(guò)焊點(diǎn)形狀判斷，也可通過(guò)焊錫定量供給裝置來(lái)控制。良好的焊錫量，從外觀狀態(tài)來(lái)看，焊料牢牢的凝固在焊盤(pán)或引線的金屬表面，并形成理想的/無(wú)缺陷的錐狀焊點(diǎn)。

從焊點(diǎn)的形狀來(lái)觀察焊接過(guò)程，可判斷出焊接質(zhì)量的好壞：好的焊點(diǎn)表面光亮，說(shuō)明焊接溫度/時(shí)間合適；錐形的焊點(diǎn)沿著焊接對(duì)象光滑過(guò)渡，微微向內(nèi)凹陷，說(shuō)明焊錫量合適，潤(rùn)濕良好。

抽風(fēng)機(jī)可以使焊點(diǎn)盡快凝固，增加焊點(diǎn)強(qiáng)度;從撤掉烙鐵到液態(tài)焊料完全凝固這段時(shí)間里，焊點(diǎn)不能受到任何震動(dòng)，這樣的焊點(diǎn)組織密實(shí)，強(qiáng)度高。

下面介紹幾種常見(jiàn)的焊接缺陷及發(fā)生機(jī)理：

①冷焊或虛焊（見(jiàn)圖6）：

造成這一現(xiàn)象的第一種原因是：焊接過(guò)程中，焊點(diǎn)在未凝固狀態(tài)下受到外力震動(dòng)或沖擊，使得焊點(diǎn)組織疏松，強(qiáng)度極低，焊點(diǎn)上的焊錫與元器件脫焊。

第二種原因是：焊接時(shí)烙鐵頭未同時(shí)與焊盤(pán)和引角接觸，造成受熱不均，融化的焊料向著溫度高的一方浸潤(rùn)，而使另一方浸潤(rùn)不充分。

第三種原因是：烙鐵頭的溫度低過(guò)焊接時(shí)間短，焊料未完全溶化，造成浸潤(rùn)不充分。

②夾氣，夾渣（見(jiàn)圖7）：

焊接時(shí)，涂布在母材上的助焊劑開(kāi)始了清除表面氧化膜的反應(yīng)，假如被清除的氧化層氣體和殘?jiān)鼇?lái)不及跑掉，被凝固的焊料包在里面，就形成了夾氣/夾渣的缺陷，為電化學(xué)腐蝕提供了條件。元器件和印刷電路板的可焊性越差，夾氣/夾渣的缺陷就越嚴(yán)重。

③焊珠（見(jiàn)圖8）：

人們發(fā)現(xiàn)，焊料雖然溶化了，但并未浸潤(rùn)焊接部位，再將焊錫絲送到焊接部位，盡管溶化的焊料很多，仍然沒(méi)有浸潤(rùn)被焊接部位的金屬表面，焊料未被吸收，即使延長(zhǎng)加熱時(shí)間，焊料也無(wú)法浸潤(rùn)進(jìn)去，從而形成珠狀焊點(diǎn)。這就是因?yàn)楹附硬课坏目珊感圆钤斐傻模@種可焊性差的元器件也極易造成冷焊/虛焊的發(fā)生。

從上面的例子可以看出，焊接過(guò)程不好以及元器件自身的可焊性差極易造成焊接不良的發(fā)生。除此之外，元器件的設(shè)計(jì)/制造標(biāo)準(zhǔn)化與否同樣會(huì)給焊接品質(zhì)造成較大的影響。

如，印刷電路板的孔與引線間隙大小，會(huì)直接決定焊接質(zhì)量的好壞，印刷電路板的孔與引線間存在一定間隙，這叫做配合間隙（圖9是間隙與不合格率之間的關(guān)系圖）。

從上圖可見(jiàn)，相應(yīng)合適的間隙應(yīng)在0.2～0.3 mm，間隙大，焊點(diǎn)的不合格率就增加；間隙小，焊點(diǎn)的質(zhì)量高，但是往板子上插裝元器件困難。這個(gè)配合間隙還能起到另一個(gè)作用，在焊接雙面印刷電路板時(shí)，由于毛細(xì)作用，融化的焊料在焊接時(shí)能夠被潤(rùn)濕，自動(dòng)流到孔和沿線的皮和間隙里，對(duì)于雙面板來(lái)說(shuō)，引線與焊盤(pán)的電器連接不僅發(fā)生在焊盤(pán)上方，孔的配合間隙里的連接也是重要的組成部分。可見(jiàn)，合理的設(shè)計(jì)印刷板，是提高焊接質(zhì)量的可靠性的重要條件。

電子產(chǎn)品的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會(huì)損壞某些元件，對(duì)于已經(jīng)損壞的元器件，必須從印刷電路板上拆下來(lái)。在電路板的焊接面上找到相應(yīng)的焊點(diǎn)，用電烙鐵溶化焊料，就能把引線從焊孔中拉出來(lái)。焊接部位應(yīng)加熱到恰好使焊料溶化為止，拉出引線也要?jiǎng)幼髦?jǐn)慎。加熱時(shí)間太長(zhǎng)，拉動(dòng)過(guò)于猛烈都會(huì)造成印制電路板的焊盤(pán)脫落，這一點(diǎn)應(yīng)引起注意；也可使用手動(dòng)吸錫槍，吸錫槍內(nèi)壓緊的彈簧在釋放彈力后，帶動(dòng)活塞產(chǎn)生抽吸作用，但焊料必須首先溶化，才能被吸到吸錫槍里。最好的方式是使用電動(dòng)拆錫設(shè)備，它可以使吸嘴通電加熱來(lái)融化焊料，其內(nèi)部有一個(gè)電泵，電泵能產(chǎn)生真空吸力，可以方便地吸掉焊點(diǎn)上的焊料，比手動(dòng)吸錫槍的功能更好，連雙面印制板孔里的焊料也能吸掉。

綜上所述，手工焊接由于其品質(zhì)保證條件的多樣性，因此對(duì)操作者的技能要求較高；由于其品質(zhì)的不易探測(cè)性，往往焊接完成品的不良在通電后才能顯現(xiàn)出來(lái)。因此焊接技術(shù)的可靠性已越來(lái)越多地被電子廠商所關(guān)注，尤其是在汽車行業(yè)，焊接已被AIAG組織作為特殊工藝過(guò)程加以體系化控制，并出臺(tái)了CQI-17錫焊系統(tǒng)評(píng)估體系。■

2012-05-09