焊接培训资料

焊接的基础知识一、焊接的概念 焊接是金属连接的一种方法。利用两金属件连接处的加热熔化或加压，或两者并用，以造成金属原子之间或分子之间的结合，从而使两种金属永久连接，这个过程称为永久连接。电子装配时使用的主要焊接方法是钎焊，就是在固体待焊材料之间，熔化比待焊材料金属熔点低的焊料，使焊料进入待焊材料之中，并发生化学变化，从而使待焊材料与焊料实现永久连接。在电子电路中,焊接的方式有多种,各种方式的适用性也不尽相同。在小批量的生产和维修中多采用手工电烙铁焊接；成批或大量生产时则采用浸焊和波峰等自动化焊接。本处主要以手工电烙铁焊接为主进行介绍。1.电烙铁 电烙铁是进行手工焊接最常用的工具，它是根据电流通过加热器件产生热量的原理而制成的。其标称功率P=U2/R,其中U=220V,R则为电烙铁的内阻,即烙铁心的电阻值。由此式可看出，电烙铁的功率越高，其内阻越小。电烙铁的标称功率有20，35，50，75，100，150，200，300W等，应根据需要进行选用。常用的电烙铁有普通电烙铁、温控电烙铁、防静电电烙铁等另外还有半自动送料电烙铁、超声波电烙铁、吸锡式电烙铁等。下面简单介绍几种常见电烙电的构造及其选用。（1）普通电烙铁 普通电烙铁按对烙铁头的加热方式可分为内热式与外热式两种，其外形及结构如图1-1所示。内热式电烙铁的电热丝置于烙铁头内部，热量能被烙铁头充分吸收，效率较高；外热式电烙铁的电热丝则包在烙铁头上。这两种电烙铁的共同特点是构造简单，价格便宜，但烙铁头的温度不能有效控制，只能靠调节烙铁头的长度来进行微调。（a）外热式（b）内热式 （2）控温电烙铁 控温电烙铁借助于内部的自动开关来控制保持烙铁头温度在设定值。由于烙铁头温度恒定，故可提高焊接质量，并且省电。（3）防静电电烙铁 主要用于一些有防静电要求的电路装配与检测中（如对集成电路、场效应管等元件的焊接），它主要是对烙铁头进行接地处理从而达到静电屏蔽的作用。（4）热风焊枪 利用焊枪端头的喷嘴喷出来的高温空气来熔化焊料，从而达到对元器件的焊接或拆焊的目的。它多用于表面贴装元件的拆焊。在电烙铁中主要是用烙铁头来传导热量完成焊接。它的形状有多种，根据用途的不同可适当选用或整形。良好的烙铁头应表面平整、光亮、上锡良好。烙铁头经过长时间使用后表面会受到焊剂和焊料的侵蚀，造成高低不平，影响焊接质量，这时就要用刀修平，重新上锡。二、焊料 焊料由易熔金属构成，焊接时熔化，与待焊金属材料结合，在待焊材料表面形成合金层，将待焊材料连接在一起。整机装配、维修时焊料多采用锡铅焊料，其配比为含锡63%、铅37%，锡60%、铅40%又称共晶焊锡，（我们采用的是第二种），共晶点的温度为183。其优点为：焊点温度低，减少了元器件、印制电路板等被焊物件受热损坏的机会；由于共晶焊锡可以由液体直接变成固体，减少了焊点冷却过程中元器件松动而出现的虚焊现象，共晶焊锡的抗拉强度和剪切强度高。新型焊料及其发展 锡型焊料因优异的性能和低廉的成本,一直是电子组装焊接中的主要焊接材料。但铅及其化合物属于有毒物质，且锡铅合金不能满足近代电子工业对可靠性的要求，故铅焊料将逐渐停止使用。目前较理想的替代锡铅焊料的无毒合金是锡基合金，它主要是以锡为主，添加银、锌等金属元素，形成以锡-银、锡-锌为基体,再加取适量的其他金属元素所组成的三元、多元合金。三、焊剂 焊剂是焊接时添加在焊点上的化合物，它是进行锡铅所必须的辅助材料，焊接时待焊材料 表面首先要涂覆焊剂。为了方便，有的焊料中已加入了焊剂，如松香心焊锡丝等。（1）焊剂的作用 1)利用熔化时焊剂的活化性，溶解待焊材料表面的氧化物和杂物。2）焊接时，焊剂熔化后在焊料和待焊材料表面形成一层薄膜，隔绝了与外界空气的直接接触，防止待焊材料和焊料在加热高温下与空气中的氧气发生氧化反应。3）可减少熔化后焊料表面的张力，增加其流动性，有助于润温而形成良好的焊点。（2）常用焊剂简介 1）松香酒精助焊剂 松香酒精助焊剂有微弱的酸性，腐蚀性很小，因而广泛地应用于印制板电路，以及其它可焊性较好的金属间焊接中。2）中性焊剂活化性强，焊接性能好，对待焊材料无腐蚀性，焊接时不产生刺激性有害气体，适用于待焊材料为镍合金、铜和铜合金、银和白金等可焊性较差金属的锡铅焊。在通常的手工电烙铁焊接中，多选用松香做助焊剂。四、电烙铁的焊接 手工焊接适用于新产品的试制，小批量生产的产品焊接，电路故障检修以及在高可靠性要求的场合和其它不便于使用机器焊接的场合，它是最普遍、最基本的焊接方法。电烙铁焊接一般要经过三个步骤：焊接前的准备（包括元器件引线和印制板表面清洁、预焊、元器件引线成型与插装）、焊接及焊点检验。1.1.待待焊焊材材料料的的预预加加工工 现在一般新元器件的可焊性都较好,可不需进行预加工即可直接焊接,而一些旧元器件或待焊材料(元器件引丝、接线柱所以要先对这些待焊材料进行预加工处理。外理的步骤主要为：先清洁待焊材料，去除其表面的氧化层或污物，然后对其进行预焊锡处理，预焊接的方法有两种，一是在焊料中进行浸锡，另一种是用带有焊料的烙铁头去加热涂有焊剂的待焊材料,利用焊剂的助焊作用,使待焊材料焊接 处表面全都均匀地镀上薄薄的一层焊料.对于元器件引线(焊接处)的清洁,可用刀片刮去(或用细砂纸磨去)引线上的污染物和氧化物.有些元器件有镀金合金引出线.因其基材不易搪锡,不能把镀金层刮掉,可用粗橡皮擦去表面脏物.印制线路板表面一般涂有焊料和焊剂等保护层,可直接进行焊接.未经涂覆的印制板可用细砂纸磨光、清洗、洪，再涂覆焊料或焊剂。2.2.手手工工焊焊接接 手工焊接的基本要领 做到良好焊接的条件是：待焊材料具有清洁的金属表面；加热最佳待焊接温度；金属扩散时产生金属化合物合金。对形成焊点的质量要求，应包括电接触良好、机械性能好和美观三个方面。而正确的焊接操作步骤，是保证焊点质量的主要措施，因此必须进行严格、大量的训练以便能熟练焊接操作技能。电烙铁和焊料握持方法：焊接时，电烙铁的握持方法因为而异，可能灵活掌握是几种常见的电烙铁握法。焊接操作步骤 在各方面的条件都准备好以后，就可以进行焊接了。在手工电烙铁焊接中，对初学者而言，可采用五工序法来进行。1）准备 将加热好的电烙铁（烙铁头应熔化有一部分焊料）和带有助焊剂的焊料对准已经预加工好 的待 焊材料。2）烙铁预热 用电烙铁加热待焊接处，要掌握好烙铁头的角度，使焊点与烙铁头的接解面积大一些 且应 有一定压力。3）送焊料 待焊接料加热到一不定温度后，从烙铁头的对面送上焊料并熔化焊料。4）移开焊料 当焊料熔化到一量后，移开焊料。5）撤去电烙铁 当焊接点上的焊料接近饱满、焊剂尚未完全挥发、焊点最光亮、流动性最强的时候，应迅速撤去电烙铁。正确的方法是：电烙铁迅速回带一下，同时轻轻旋转一下朝焊点45方向迅速撤去，要掌握好电烙铁撤去的时间，如果停止填充焊料后仍继续加热，则本来已充分吸收成型的焊料就会流淌，从而造成焊点太大，表面粗糙、拉尖，失去金属光；如果填充焊料时加热时间过短，则焊点不能充分润湿，造成松香焊、虚焊等不完全焊接。对于焊接技术较为熟练的人或热量小的焊件，也可采用三工序法。它的方法与五工序法较为相似，只不过将第二、三步和第四、五步简化为两个步骤，其余要示均同于五工序法。对于一般焊点来说，从烙铁预热待焊材实到移开的总焊接时间应在3s左右，太短焊料熔化不充分；太长则会烫伤元件及线路板。对大焊点可适当延长焊接时间。（4）印刷线路板的焊接 印刷线路是用来连接与安放电路元件的材料，在印刷线路板上，各元器件由于各自外形、条件不同，摆置的方法也不尽相同，一般被焊元器件的安置方式如图所示。图(a)印制线路板上一般被焊件的装置方法 在对印刷线路板进行焊接时，最好选用（2040）W的电烙铁，烙铁浆的形状应以不损伤印刷线路为原则，并适当增加烙铁头的接触面积，最好选用凿形的烙铁头并将棱角部分锉圆。焊接时烙铁头不能对印制加太大的压力，以防止焊盘受压翘起。可以用大拇指、食指和中指三个手指握住烙铁手柄，小指垫在印制板上支撑烙铁，以便自由调整接触角度、接触面积、接触压力，使待焊材料均匀受热。在对双面印制板的金属化孔上焊接时，要将整个元件的安装座（包括孔内）都充分浸透焊料，焊接加热时间应长一些。（5）接线柱的焊接 在将导线元件或元器件引线与接线柱焊接时，首先要将导线的端部临时固定在接线柱上，这种操作称为绕挂，图2.3-6是几种绕挂的方法。焊接时，应使导线或元件绕挂排列整齐、连接牢固。如果绕接处松弛，焊料凝固后会因导线松动而无泽，造成虚焊。绕接后，多余的引线部分应剪掉。（6）插焊 焊接导线与管状接线柱时，应将导线的末端插入接线柱中进行焊接，称为插焊。导线的剥线长度应比接线柱孔深长约1mm，芯线的端面切成斜面并进行预焊。插焊可按以下几个步骤进行 1）将焊锡填入接线孔内。首先用电烙铁加热接线柱，然后用松香焊料熔入接线柱孔内壁全面润湿焊实，如下图所示。2）焊接 将导线商插入已熔化的焊料中，在焊料润湿芯线的同时，慢慢地插到底。如果接线柱的上部是斜面槽形，导线应沿着长的一侧内插入并贴紧。3）凝固 当焊料已充分润湿芯线和内壁后，尖立即停止加热。在焊料充分凝固之前，不得钥触动导线。3.3.焊焊接接检检验验 焊件焊接结束后，对于焊点的质量优劣主要从三个方面来衡量。（1）电气连接应可靠 在焊点处应为一个合格的短路点，与之相连的各点间的接触电阻值应为零。（2）足够的机械强度 要有一定的抗拉、抗震强度，使各焊件在机械上形成一体。（3）外观的检查 首先要看焊料的润湿情况和焊点的几何形状，然后从焊点的亮度、光泽等方面进行检查。一个良好的焊点，应是明亮、平滑、焊料充足并成裙状拉开，焊锡与焊盘结合处的轮廓约可见，并且无裂纹、针孔、拉尖的现象。4.对对于于常常见见的的焊焊点点分分析析如如下下。（1）在焊接印制线路板上焊件时焊点常见的缺陷及原因分析如表2.3-1所示。表表2.3-1 焊焊点点常常见见缺缺陷陷及及原原因因分分析析特点危害产生原因焊点缺陷焊料面呈凸形浪费焊料，且可能包藏缺陷焊料撤离过迟焊料过多焊料未形成平滑面机械强度不足焊料撤离过早焊料过少焊料与焊件之间有明显黑色界限，焊料向界线处凹陷电路不能正常工作元器件，导线等焊件表面清洁不好，焊剂质量不好虚焊焊缝中夹有松香渣强度不足，导通不良，有可能时通时断加焊剂过多或已失效；焊接时间不足，加热不足；表面氧化膜未去除松香焊焊点发白，无金属光泽，表面较粗糙焊盘容易剥落，强度降低电烙铁功率太大，加热时间过长过热表面呈豆腐渣颗粒，有时可有裂纹强度低，导电性不好焊料未凝固前焊点处有拌动冷焊焊料与待焊材料交界面接触角过大，不平滑强度低，不通或时通时断待焊料清理不干净；助焊剂不足或质量差；待焊件未充分加热浸润不良焊料未流满焊盘强度不足焊料流动性不好助焊剂不足或质量差；加热不足不对称导线或元器件引线可移动导通不良或不导通焊锡未凝固前引线移动造成空隙；引线未处理好，浸润或不浸润松动出现尖端外观不佳，易造成桥接现象电路电压高时会造成打火现象助焊剂过少，而加热时间过长；电铬铁撤离角度不当拉尖相邻焊点连接到一起形成电气短路焊锡过多；电烙铁撤离方向不当桥接目测或低倍放大镜可见有孔强度不足，焊点易腐蚀焊盘孔与引线间隙太大针孔隙引起根部有时有喷火式焊料隆起，内部藏有空洞暂时导通，但长时间易引起导通不良引线与孔间隙过大或引线浸润性不良气泡焊点剥离断路焊盘镀层不良剥离（2）对接线端子上焊导线时常见缺陷如图所示。4.焊焊点点的的拆拆除除 在电路的调试和检修中，常需对电路中的一些元器件、连线等进行拆除，这称为拆焊。在拆焊时，应注意时间及方法的掌握，以免损坏焊件或印制板。针对不同拆焊对象，需采用不同的方法来进行。（1）印制线路板上的盘式焊点焊件的拆除 一般可分为如下几种。1）分点拆除法 对于电阻、电熔等只有两个焊点的元件，可先用烙铁加执一点时用镊子将引脚拉出来，然后再用同样的方法拆除另外一点，即可拆下待拆焊件。2）集中拆焊法 对于集成电路、波段开关等多引脚元器的拆除，应采用专用的一些工具来进行。可先用电烙铁和吸锡器等专用工具，将各焊点的焊料 逐 个去除，再用空心针头将各引脚 逐个与焊盘分离，然后即可拆下元器件；或用专用烙铁头同时加热元器件的所有引脚，熔化焊料从而拔出待拆元器件。3）间断加热拆焊法 对于中频变压器、线圈等多引脚且塑料骨架的元器件，可先用电烙铁加热，尽量去除焊点焊料，再用空心针头或镊子挑开焊盘与线脚间的残留焊料，然后用烙铁头对引脚未能挑开的个别焊点加热，趁焊料熔化时拔下元器件。（2）其他接线柱焊点的拆除 对于一般的接线绕柱焊接、插焊焊点，可用电烙铁加热焊点，趁焊料熔化时用镊子或尖嘴钳拔开引线并拆除；若某些焊点实在不易拆除，可直接将待拆引线沿焊点根部剪断，然后再拆除残余线头，以便重新焊接。焊接作为一种实践性极强的技能，要熟练掌握这门技术，除了应具备必要的理论知识外，更重要的是要经过反复、刻苦地锻炼，严格地遵循焊接工艺规程，不断总结提高，才能做到得心应手。五、其他焊接方法介绍 浸焊和波峰焊是自动化的钎焊工艺。随着电子技术的飞速发展，电子整机产品日趋小型化和微型化，电路也随之越来越复杂，印制电路板上元器件排列密度越来越高，手工焊接已不能同时满足对焊接高效率和高可靠性的要求。采用自动化焊接，可以大大提高焊接速度，并使焊点质量有较高的一致性。1.浸 焊 图2.3是浸焊工艺的流程图。经过预焊的元器件由前面的装接工序插装到印制板上，由传送带传送，经过泡沫助焊剂槽被喷上助焊剂，加热器将助焊剂烘干，然后经过装有熔融焊料的锡锅进行一次性焊接，待焊料凝固后再送到切头机剪去过长的引脚。为防止锡锅的高温损坏不耐高温的元器件以及半开放元器件，需事先用耐高温胶带贴封这些元器件。另外，对未安装元器件的安装孔也需贴上胶带，以免焊锡城填入孔中。图2.3浸焊工艺流程图 浸焊的效率比手工焊接效率高，但焊接质量较差，焊点需作检查和修整。浸焊的设备也较简单，由于锡锅炉内的焊料表面是静止的，表面氧化物易沾在焊点上，因而需经常清除，浸焊是初始的自动化焊接，目前一般作为波峰焊的前道工序。2.波峰焊 波峰焊接工艺是目前应用最为广泛的自动化焊接工艺，不但生产效率高，而且焊接质量高，因而在工厂里它取代了大部分传统的焊接工艺。下图所示为波峰焊的工艺流程图，波峰焊接系统示意图及波峰发生器如图2.3-11所示。波峰焊设备系统复杂，自动化程度较高，价格也较昂贵，由于整个工序经过浸焊和波峰焊两次焊接，所以焊点质量高，但也容易造成印制板翘曲、阻焊剂脱落及烫坏元器件等。喷泡沫助焊剂 气刀 热风 预热板（1）预热板（2）浸焊锡锅 冷却 铲头 刷锅屑 喷泡沫助焊剂 预热板（1）预热板（2）波峰焊锡锅 高温高压气刀 清洗机械手 消静电器 波峰发生器示意图 3.再流焊 再流焊又称回流焊、重熔焊，是随微电子产品而发展起来的一种新的焊接技术。它是将加工好的粉状焊料用液态粘合剂混成糊状焊膏，再用它将元器件粘贴到印制板上，然后加热使焊料再次熔化而流动，从而达到焊接的目的。常用的再流焊加热方法有热风加热、红外线加热和汽相加热。再流焊的焊接效率高，焊点质量好，多用于片式元件的焊接，在自动化生产的微电子产品焊接中应用广泛。4.表面安装技术（SMT技术）表面安装技术是现在极为流行的元器件装配、焊接技术，它直接将无引脚的元器件平卧在印制电路板上进行焊接安装，如图所示。元器件的表面安装 采用表面安装技术，可减少焊接工序，提高了生产效率，降低了印制电路板的体积，改善了电路的高频特性，并可进行计算机控制，实现全自动安装。表面安装技术的工艺流程如图所示，其中的焊接工艺的有前面所介绍的波峰焊和再流焊两种。安装印刷板 点胶（膏）烘干 焊接 清洗SMT工艺流程图 除此而外，在电子装配过程中，针对不同产品焊接特点，还有许多先进的焊接工艺，如超声焊（利用超声振荡变换成焊件之间的机械振奋荡，使结合面之间产生高温而相互晶化实现焊接，主要适用于对塑性较小的零件焊接，特别是金属与塑料的焊接），电子束焊接（利用空间定向高速运行的电了束在撞击工件后将部分动能转化为热能，从而使被焊工件熔化，形成焊接），激光焊接（利用激光器发出的高能量的小激光束可用来焊接厚度从几个微米50mm的特殊场合、特殊要求的特殊工件，具有无污染、高速度的特点）等方法。