焊锡工艺基础知识与重点

裝配中利用熱或壓力使兩種金屬原子的殼層相互擴散,依靠原子間的內聚力使兩金屬永久地牢固結合在一起的方法稱為焊接。

焊接通常分為熔焊、釬焊和接觸焊三大類。在無線點整機裝配中主要採用釬韓。所謂釬焊，是指加熱熔化成液體的金屬把固體金屬連接在一起在方法。在釬焊中起速接作用的金屬材料稱為釬料，即焊料。

採用錫鉛焊料進行的焊接稱為錫焊，也叫錫鉛焊。錫焊的的焊接溫度低，使用簡單的工具（電絡鐵）就可實現，方法簡單。整修焊點、拆換元器件都很容易。只要有電源，不受其它條件的限制。加上成本低，易實現自動化焊接點等特點，所以是無線電整機裝配中使用最普遍的一種焊接方法。

焊點的形成過程是這樣的：焊料借助於焊劑的作用，經過加熱熔化成液態，進入被焊金屬的縫隙，在焊接物的表面，形成金屬合金使兩塊金屬體牢固地連接在一起，成為焊接點，也就是焊點。形成的金屬合金就是焊錫中錫和鉛的原子進入被焊金屬的晶格中生成的。

釬焊除了錫焊以外，還有銅焊、銀焊等多種，在特殊焊接中常使用它們。

錫焊除採用手工焊接外，目前常用的機器焊接方法有浸焊、波峰焊等。

近年來不用焊料和焊劑的無錫焊接法，如壓接焊、繞接焊等，也在無線電裝配中得到應用。無錫焊接也分為手工和機器焊接兩種。

焊劑的選用是否合適，是決定焊接質量的重要因素。選用焊劑，首先要考慮的因素是被焊金屬的性能及氧化、污染情況。其次要考慮焊劑對被焊器件的腐蝕、導電性等影響。焊劑的選用應從下列幾方面考慮：

1、 對可焊性較強的金屬。鉑、金、銀、銅和錫等金屬，可焊性較強，為減少焊劑對金屬材料的腐蝕，一般使用松香或鬆香酒精溶液作焊劑。有一種鬆香焊錫絲，其絲芯中裝有鬆香，焊接起來尤為方便。

2、 對可焊性較差的金屬。鉛、黃銅、青銅、鈹青銅及帶有鎳層的金屬可焊性較差，應選用中性焊劑或活性焊錫絲。活性焊錫絲的絲芯由鹽酸二乙胺等胺鹽加松香組成，其焊接性能要比一般焊錫絲好，最適用於開關、接插件等熱塑性塑料件的焊接。

3、 焊接半密封器件必須選用焊接後殘留物無腐蝕性的焊劑，以防滲入被銲件內清洗不淨的殘留物對器件產生不良影響。

4、 焊接高阻抗的半導體器件，如場效應管、MOS集成電路等，應避免採用絕緣性能較差的焊劑，因為焊接後若清洗不淨，會使其輸入輸出阻抗降低，影響電氣性能。

（2）       烙鐵頭的頂端溫度要適合焊料的熔點。烙鐵頭頂端的溫度，在沒有接觸焊接點應當比焊料的熔點高出30-80℃。溫度太低，焊錫不易溶化，焊接時間長，會損壞元器件，如晶體管、絕級導線外皮等。而且由於溫度不夠高會使焊接點強度降低，焊點表面發暗，不光亮，或者形成假焊。溫度太高時，既容易損壞元器件和導線絕緣，又會使烙鐵頭加速氧化，浪費電能，同時還會使焊料在液化時流動太快，不能暫留在烙鐵頭上好控制。

（3）       烙鐵頭的溫度恢復時間要適合被焊物面的熱要求。溫度恢復時間是指在焊接週期內，烙鐵頭頂端溫度因散熱而降低後，再恢復到最高溫度所需要的時間。這個時間太長，對於一些精密電子器件和導線是不利的，容易使它們造成傷害。這個時間一般與烙鐵的功率、熱容量及烙鐵頭的形狀、長短和粗細有關。

焊接操作首先要注意操作姿勢和安全衛生。焊接操作一般是全天連續進行的。長年累月，如果不注意健康和安全生產，勢必危害人的身體。焊接時應保持正確的毅然姿勢,即烙鐵頭的頂端距操作者鼻尖部位至少要保持20CM以上的距離,要挻胸端座,不要躬身操作.室內焊接人數較多,或用自動焊接機接時,焊劑產生大量的煙罩室內。頁這些煙中含有許多有毒物質。焊料中的鉛，雖然幾乎不蒸發，但用指尖操作，焊料的微細粉未會粘附到手指上，所以要養成飯前洗手的習慣。如室內煙太大，則必須設通風裝置，以保持空氣流通。其次，焊接操作必須熟練掌握焊接的各個步驟及各個步驟應注意的事項，這是保證高質量焊接的關鍵。

第一步，加溫焊接點。將烙鐵頭放在焊接點，使焊接點加溫。這時應注意準確掌握火候，操作要快捷熟練。也就是必須在有限的幾秒鐘內練熟地將金屬工件加熱到最佳焊接溫度，然後訊速判斷“何時”向“何處”填充多少焊料為宜。如果烙鐵頭上帶有少量焊料，則可以使烙鐵頭上的熱量較快的傳到焊接點上。

第二步，填充焊料。在焊接點上的溫度達到適當溫度，應及時將焊錫絲放置到焊接點上熔化。操作時必須掌握好焊料的特性，充分利用它的特性，而且要對焊點的最終理想形狀到心中有數。為了這焊點的理想形成，必須在焊溶化後，將依附在焊接上的烙鐵頭按焊接點的形狀移動。如果總的焊料量已足夠時，應迅速將焊料拿開。

第三步，拿開電烙鐵。當焊料量的潤濕狀態、到光澤、焊料等均合適並無針孔時，應迅速將電烙鐵拿開。拿開電烙的時間、方向、速度，對焊點的質量和外觀起關鍵作用。一般應使烙鐵頭沿焊點水平方向移動，在焊料接近飽滿、尚未完全揮發時快速時使烙鐵頭離開焊接。這樣能保證焊接點光亮、平滑、無毛刺。

有時為了加快焊接速度，可以採取下列簡化步驟：可使電烙鐵與焊錫絲同時移向焊接點。如果採用無芯焊錫絲或焊錫條。則在焊接點先塗以焊劑。在快要使烙鐵頭接角焊接點時，用烙鐵頭溶化一段焊錫絲，然後迅速使烙鐵頭接觸焊接點，並在焊接點上移動，使溶化的焊料流布焊接點並滲入被焊物面的縫隙。最後應在焊劑未完全揮發之前拿開電烙鐵。

a)     電烙鐵的操作方法

焊接時烙鐵將熱量傳給焊接件時的接觸壓力、接觸面積和接觸角度都很重要，同時為了考慮烙鐵如何省力、平穩等因素，對不同的銲件有不同的操作方法。

電烙鐵的拿法

拿電烙鐵的幾種常用方法是：

1)       操作台上焊接面板佈線的姿勢:由於面板組裝件的接線栓或銲線片較大，通常採用“一把抓“的方試拿烙鐵。這樣可增加接觸壓力,加快焊接升溫。另外，這種焊接往往需要瓦數大的烙鐵，採取這種拿法，即省力又便於操作。

2)       在機架接線片上佈線的姿勢:由於機架往往比較高，烙鐵頭應比較高，烙鐵頭應朝上，以便於向銲件施加壓力。值得注意的是，如果是用於拆卸焊過的導線，有時會因導線的彈性作用使用使焊料飛濺，彈回的焊料會引起意外傷害事故，所以應戴防護眼鏡。

3)       在操作台上焊接小型銲件時的佈線方法:由於所用電烙鐵瓦數較小，就不必採用“一把抓”的方法，只要給銲件施加適當壓力和保持合適角度即可。

4)       焊接印製電路板時的常見拿法:由於被銲件的熱容量小，烙鐵重量輕，故可採用握鉛筆的姿勢，這樣便於手腕靈活轉動和調整的傳導。

b)     烙鐵頭的接觸方法

烙鐵頭的熱量傳給被銲件時，與其接觸面積、接觸壓力等因素有關。焊接印製電路板時，由於接觸角度Ø不同，熱的傳導速度或是導線側快，或是鉛箔側快。不論哪種方法都要達到一個目的，即必須在幾秒鐘內將熱容量、比熱、熱傳導係數都不同的金屬件加熱到相同的溫度。接線柱焊接時，原則上烙鐵頭是置於導線裸頭一側，在將接線柱與繞接導線同時加熱到相同溫度的位置上加熱。

c)     焊料的充真方法

1．焊料的拿法：一般用電烙鐵焊接時，右手拿電絡鐵，左手拿焊料。用拇指和食指輕輕地捏住焊絲，端部留出3-5CM，借助中指往前送料，這樣就能自由地充真焊料。一般連續焊接時均採用這種方法。

2．焊料的充填方法：當被焊金屬的溫度在烙鐵頭的作用下達到足以使焊料溶化的溫度時，應不失時機地充填焊料。因為這時焊劑容易在金屬表面擴散，並且起淨化效果。充填焊料，應先在與烙鐵頭工作面相接的被焊金屬側給予水量焊料，使熱傳導性能不同的金屬的溫度保持一致，然後在距烙鐵頭加熱部位的最遠處，也是焊料必須達到的接線柱的另一側填加焊料。這時因為焊料有從低溫處向高溫處流動的特性。最後，從里外焊接。當捲繞的導線充分吸收焊料形成一層薄薄的焊料層後，立即停止送料，拿走電烙鐵。

3．烙鐵頭的撤離：烙鐵頭何進撤離焊接點，其時機也是極為重要的。如果停送焊料後，還繼續加熱，將使已形成的焊料流淌，從面造成拉尖，並繼續進行合金化反應，使焊點表面粗糙，失去金屬光澤，顏色發白。如加熱時間過短，則會造成虛焊。因此，撤離電烙鐵時，要掌握時機，動作要迅速，以免形成拉尖。撤烙鐵的同時，輕輕旋轉一下，這時可以吸除多餘焊料的技巧。

八、        焊接操作的具體手法

在保證得到優質焊點的目標下，具體的焊接操作手法可以因人而異，以下前人總結的方法，對初學者的指導作用不可忽略。

a)        保持烙鐵頭的清潔

焊接時，烙鐵頭長期處於高溫狀態，又接觸焊劑等弱酸性物質，其表面很容易氧化並沾上一層黑色雜質。這些雜質形成隔熱層，防礙了烙鐵頭與銲件之間的熱傳導。因此，要注意隨時在烙鐵架上蹭去雜質。用一塊濕布或海綿隨時擦拭烙鐵頭，也是常用的方法之一。對於普通烙鐵頭，在污染嚴重時可以使用銼刀銼去表面氧化層。對於長壽命烙鐵頭，就絕對不能使用這種方法了。

b)        靠增加接觸面積來加快傳熱

加熱時，應該讓銲件上需要焊錫浸潤的各部分均勻受熱，而不是僅僅加熱銲件的一個部分，更不要採用烙鐵對銲件增加壓力的辦法，以免造成損壞或不易覺察的隱患。有些初學者企圖加快焊接，用烙鐵頭對焊接面施加壓力，這是不對的。正確的方法是，要根據銲件的形狀選用不同的烙鐵頭，或者自己修整烙鐵頭，讓烙鐵頭與銲件形成面的接觸而不是點或線的接觸。這樣，就能大大提高效率。

c)        加熱要靠焊錫橋

在非流水線作業中，焊接的焊點形狀是多種多樣的，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，作為加熱時烙鐵頭與銲件之間傳熱的橋樑。由於金屬溶液的導熱效率遠遠高於空氣，使銲件很快就被加熱到焊接溫度。應該注意，作為焊錫橋的錫量不可保留過多，以免造成焊點誤連。

d)        烙鐵撤離有講究

烙鐵的撤離要及時，而且撤離時的角度和方向與焊點的形成有關。圖5-17所示為烙鐵不同的撤離方向對焊料的影響。

沿烙鐵軸向45º撤離

向上方撤離

水平方向撤離

垂直向下撤離

垂直向上撤離

 

e)        在焊錫凝固之前不能動

切勿使銲件移動或受到振動，特別是用鑷子夾住銲件時，一定要等焊錫凝固後在移走鑷子，否則極易造成虛焊。

f)         焊錫用量要適中

手工焊接常使用管狀焊錫絲，內部已裝有鬆香和活化劑製成的助焊劑。焊錫絲的直徑有0.5、0.8、1.0…5.0MM等多種規格，要根據焊點的大小選用。一般，應使焊錫絲的直徑略小於焊盤直徑。

焊錫過多

焊錫過少

合適的錫量合適的焊點

 

如上圖所示，過量的焊錫不但無必要地消耗了較貴的錫，而且還增加焊接時間，降低工作速度。更為嚴重的是，過量的錫很容易造成不易察覺的短路故障。焊錫過少也不能形成牢固的結合，同樣也是不利的。特別是焊接印製板引出導線時，焊錫用量不足，極容易造成導線脫掉落。

g)        焊劑用量要適中

適量的助焊劑對焊接非常有利。過量使用松香焊劑，焊接以後勢必需要擦除多餘的焊劑，並且延長了加熱時間，降低了工作效率。當加熱時間不足時，又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開關、接插件的時候，過量的焊劑容易流到觸點處，會造成接觸不良。合適的焊劑量，應該是松香水僅能浸濕將要形成的焊點，不會透過印製板流到元件面或插孔裡。對使用松香芯焊絲的焊接來說，基本上不需要在塗松香水。目前，印製板生產廠的電路板在出廠前大多進行過松香浸濕處理，無需再加助焊劑。

h)        不要使用烙鐵頭作為運載焊料的工具

有人習慣用烙鐵頭沾上焊錫再去焊接，結果造成焊料的氧化。因為烙鐵頭的溫度一般都在300ºC左右，焊錫絲中的焊劑在高溫時容易分解失效。特別應該指出的是，在一些陳舊的圖書中還介紹過這種方法，請讀者註意鑑別。

九、        焊點質量及檢查

對焊點的質量要求，應該包括電氣接觸良好、機械結合牢固和美觀三個方面。保證焊點質量最關鍵餓一點，就是必須避免虛焊。

a)        虛焊產生的原因及危害

虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的，它使焊點成為有接觸電阻的連接狀態，導致電路工作不正常，出現時好時壞的不穩定現象，噪聲增加而沒有規律性，給電路的調試、使用和維護帶來重大的隱患。此外，也有一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長時間內，保持接觸尚好，因此不容易發現。但在溫度、濕度和振動等環境條件的作用下，接觸表面逐步被氧化，接觸慢慢的焊點情況進一步惡化，最終甚至使焊點脫落，電路完全不能正常工作。這一過程有時可長達一、二年。

據統計數字表明，在電子整機產品的故障中，有將近一半是由於焊接不良引起的。然而，要從一台有成千上萬個焊點的電子設備裡，找出引起故障的虛焊點來，實在不是一件容易的事。所以，虛焊是電路可靠性的一大隱患，必須嚴格避免。進行手工焊接操作的時候，尤其要加以注意。

一般來說，造成虛焊的主要原因為：焊錫質量差；助焊劑的還原性不良或用量不夠；被焊接處表面未預先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過高或過低，表面有氧化層；焊接時間太才長或太短，掌握得不好；焊接中焊錫尚未凝固時，焊接元件鬆動。

b)        對焊點的要求

1.         可靠的電氣連接

焊接是電子線路從物理上實現電器的主要手段。錫焊連接不是靠壓力，而是靠焊接過程形成的牢固連接的合金層達到電器連接的目的。如果焊錫僅僅是堆在銲件的表面或只有少部分形成合金層，也許在最初的測試和工作中不會發現焊點存在問題，但隨著條件的改變和時間的推移，接觸層氧化，脫離出現了，電路產生時通時斷或者乾脆不工作，而這時觀察焊點外表，依然連接如初，這是電子儀器使用中最頭疼的問題，也是產品製造中必須十分重視的問題。

2.         足夠的機械強度

   焊接不僅起到電氣連接的作用，同時也是固定元器件，保證機械連接的手段。這就有個機械強度的問題。作為錫焊材料的鉛錫合金，本身強度是比較低的，常用鉛錫焊料抗拉強度約為3~4.7KG/CM，只有普通鋼材的10%。要想增加強度，就要有足夠的連接面積。如果是虛焊點，焊料僅僅堆在焊盤上，自然就談不到強度了。

        常見的缺陷是焊錫未流滿焊點或焊錫量過少而造成強度較低；還可能因焊接時焊料尚未凝固，就使銲件振動而引起的焊點結晶粗大（像豆腐渣狀）或有裂紋，從而影響機械強度。

3.         光潔整齊的外觀

    良好的焊點要求焊料用量恰到好處，外表有金屬光澤，沒有拉尖、橋接等現象，並且不傷及導線的絕緣層及相鄰元件。良好的外表是焊接質量的反映，注意：表面有金屬光澤是焊接溫度合適、生成合金層的標誌，這是不僅僅是外表美觀的要求。

 典型的焊點的外觀要求是：

1)      形狀為近似圓錐而表面微凹呈慢坡狀（以焊接導線為中心，對稱成裙形拉開）。虛焊點     表面往往呈凸形，可以鑑別出來。

2)        焊料的連接面呈半弓形凹面，焊料與銲件交界處平滑，接觸角盡可能小。

3)        表面有光澤且平滑。

4)        無裂紋、針孔、夾渣。

焊點的外觀檢查，除用目測（或借助放大鏡，顯微鏡觀測）焊點是否合乎上述標準以外，還對整塊印製電板進行以下幾個方面焊接質量的檢查：漏焊；焊料拉尖；焊料引起導線間短路（即所謂“橋接”）；導線及元器件絕緣的損傷；焊料飛濺。

      檢查時，除目測外還要用指觸、鑷子撥動、拉線等辦法檢查有無導線斷線、焊盤剝離等缺陷。

c)        通電檢查

      在外觀檢查結束以後認為