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焊接技术
焊接技術
在電子設備的裝配和修理工作中,電路和元器件的焊接是經常遇到的,焊接技術本身並不復雜,似乎簡單易行,因此許多人都忽視了它的重要性,實際上它的工藝質量對整機生性能指標和可行性有很大的影響.隨著電子設備的復雜化,超小型化和對可行性要求的不斷提高,焊接可靠度的重要性越來越突出.如果我們在裝配維修工作中,不按工藝要求,草率焊接,往往會帶來元器虛焊,假焊,或使電路板銅箔起泡脫落等弊病,也有可能損壞元器件.因此,作為一個從事電子技術的工作人員.必須能熟練地進行焊接操作.正確地掌握焊接技術要領,這樣才能提高工作效率,保證工作質量.
焊接的方式有很多種,我們主要使用的焊接是錫焊,由於它具有準備工作簡單,成本低,可行性高,不易損壞印刷電路板,拆換元件方便,焊接溫度底,加熱容易等優點,在電子設備中,特別是在印刷電路板上元器件的連接中應用得最為普遍.錫焊包括手工焊接:
浸焊和波峰焊.後兩種焊接主要適用於工廠中的大批量生產,本章主要嘗習手工焊接方面的工藝技術,因為它是錫焊接技術的基礎,目前在小批量生產和維修工作中用得極為廣泛.
1-1焊接原理
利用加熱或其它方法,使焊料與被焊接金屬原予之間互相吸引（相互擴散）,依靠原予間的內聚力使兩種金屬永久地牢固結合,這種方法稱為焊接.焊接通常分為熔焊,針焊及接觸焊三大類,在電子設備裝配和維修中主要采用的是針焊.什麼是針焊呢?
針焊就是用加熱把作為焊料的金屬熔化成液態,把另外的被焊固態金屬（母材）邊接在一起,並在焊點發生化學變化的方法.在針焊中連接作用的金屬材料的熔點.針焊按照使用焊料的熔點不同分硬焊（焊料熔點高於450℃）和軟焊（焊料熔點低於450℃）.
採用錫鉛焊料進行焊接稱為錫鉛焊,它是軟焊的一種,錫燭點的形成,是將加熱熔化成液態的錫鉛焊料,借助於焊劑的作用,溶於焊接金屬材料的縫隙,如果熔化的焊錫和被燭接的金屬的結合面上,不存在任何其它雜質,那麼焊錫中的錫和鉛的任何一種原子會進入到焊接金屬材料的晶格,在焊接面間,形成金屬合金,並使連接在一起,得到牢固可靠的焊接點,例如:
用錫鉛焊料焊接紫銅時,錫向銅中擴散,形成銅-錫-銅結合,即在結合處下成CU3Sn.CU6SN5.CU31SN8和其它金屬化合物.
被焊接的金屬材料與焊錫生成合金的條件取決於以下幾種;
1:
焊接的金屬材料具有良好的可焊性.所謂可焊性是指被焊接的金屬材料與焊錫在適當的溫度和助焊劑的作用下,焊錫原子容易被焊金屬原子相結合,以便生成良好的焊點.例如:
煤堆放於牆角一段時間后,牆會變黑;
2:
被焊金屬材料表面和焊錫應得保持清潔接觸,應清除被焊金屬表面的氧化膜.因為氧化膜會阻礙焊錫金屬原子與被焊金屬間的結合,在焊接處難以生成真正的合金,容易形成虛焊或假焊.
3:
應選用助焊性能最佳的助焊劑,助焊劑的性能一定要適合被焊接金屬材料的性能,使它在溶化時能熔解被焊金屬表面的氧化膜和污垢,並增強熔化后焊錫的流動性,保證焊點獲得良好的焊接.
4:
焊錫的成分及性能應在被焊接金屬材料表面產生溉潤現象,使焊錫與焊金屬原子間因內聚力作
用而融為一體.
5:
焊接要具有足夠的溫度,使焊錫溶化並向被焊金屬縫隙滲透和向表層擴散,同時使被焊接金屬材料的溫度上升到焊接溫度,以便與熔融焊錫生成金屬合金.
6:
焊接的時間不掌握適當,過長易損壞焊接部位和元器件,過短則達不到焊接要求,不能保證焊接質量.
從以上的分析可見,錫焊的本身,包括被焊接金屬材料與焊之間有足夠的溫度,在助焊劑作用下的化學和物理過程,方能在接處生成合金,形成焊接點.但是要得到良好的導電性能,足夠的機械強度,清潔美觀的高質量焊點,除保證上述幾個條件外,在實際施焊中,還要掌握好焊接工具的正確使用和施焊中的一系列工藝要求,才能達到目的,下面兩節,將分析焊接工具及手工焊接要點;
1-2電烙鐵的機造與選用
焊接必須選用合適的焊接工具,不同種類的焊接,所用的工具也不同.在手工進行的錫鉛焊中,使用最方便,最普遍的是電烙鐵,在電子電器的裝配維修中,它更是經常使用的必備工具,本節我們將對常用的幾種鉻鐵進行介紹,以使讀者明確它們的機造,學會正確選擇,使用和維修的方法.
一:
電烙鐵的種類及構造
黨有的電烙鐵有外熱式和內熱式兩大類,隨著接技術的不斷改進,近年業出現了吸錫電烙鐵和恆溫電烙鐵.不論哪種電烙鐵,它們的工作原理基本上是相似的,都是在接通電源后,電阻絲繞制成的加熱器發熱,直接通過傳熱筒加熱烙鐵頭,待達到工作溫度后,就可熔化焊錫,進行焊接,對電烙鐵地求熱量充足,溫度穩定,耗電少,效率高,安全耐用,漏電流小,感應微弱,對元器件不應有磁性影響;
（一）.外熱式電烙鐵
常用的外熱式電烙鐵按規格分,有25W,45W,75W,100W,200W和300W等種,各部分的作用如下:
1:
烙鐵頭:
由紫銅做成,用螺絲釘固定在傳熱筒中,它是電烙鐵用於焊接的工作部分,它可以制成各種不同形狀,以滿足各和不同焊接物面的要求;
2:
傳熱筒:
為一鐵質圓筒,內部固定烙鐵頭,外部纏繞電阻絲—加熱器,加熱器的熱量就通過它傳到烙鐵頭上.
3:
加熱器:
電阻絲分層纏繞在傳熱筒上,層間絕緣一般選用雲母片.加熱器的作用是通過電流並轉成熱能,使烙鐵頭的溫度升高.
4:
充架:
木柄和鐵殼為整個電鉻鐵的支架,.使用時手持木柄,既不燙手又比較安全.
外熱式電烙鐵,無論是焊接大型元部件,還是小型元器件,都比較適用.這種電烙鐵烙鐵頭細而長,可以方便地調整長度,借以控制溫度.但它效率較低,目前很多場合已逐步被內熱式電烙鐵代替.
（二）.內熱式電烙鐵
內熱式電烙鐵常用的規格有20W,35W,50W等.外形和內部結構由烙鐵頭,發熱器,連接杆和手柄組成.它的各部分作用與外熱式電烙鐵基本相同,只是在組合上它的發熱器（烙鐵器）裝置於烙鐵頭空腔內部,幫稱內熱式電烙鐵.它的連接杆既起支架作用,又起傳熱筒的作用.
由於熱器件在烙鐵頭內部,熱量能完全傳到烙鐵頭上,所以,它具有發熱快.熱量利用率高（可達85-90%以上）,體積小.重量輕和耗電省等優點,最適用於晶體管等小型電子器件和印刷線路板的焊接.
（三）吸錫電烙鐵
修理中,吸錫電烙鐵常用於拆換元器件,拆換元器件時用它可以方便地除去焊點的焊錫.操作時,先用吸錫電烙鐵頭加熱焊點,詩焊錫熔化後按動吸錫裝置,即可將熔錫吸走.與普通電烙鐵相比,吸錫電烙鐵拆焊效率高,不易損傷元器件,特別是拆除焊點多的元器件時使用更為方便.
（四）恆溫電烙鐵
恆溫電烙鐵是借助於電烙內部的磁性開關自動控制通電時間而達到溫的目的.
二電烙鐵的選用
電烙鐵的選用主要考慮以下四個因素:
1.設備的電路結構形式;
2.被焊器件的吸熱.散熱狀況;
3.焊料的特性;
4.使用是否方便;
選用的電烙鐵的功率,加熱形式和烙鐵頭的形狀等應滿足上述四方面的要求.
一般小件焊接,例如小型元器件,電路板等,適合選用20-25W的電烙鐵;大件焊接,例如接線柱,電子管收音機和擴音機裝配.維修等,適合選用35-75W的.但是,我們選用電烙鐵的功率時,首先應該注意電烙鐵的加熱方式.加熱方式相同的電烙鐵,一般是功率越大,烙鐵頭的溫度越高,熱容量也越大.若加熱方式不同,相同瓦數的電烙鐵的實際功率卻相差很大.一個20W內熱電烙鐵的實際功率,就相當于25-45W外熱式電烙鐵的實際功率.
烙鐵頭的形狀要適合焊接面的要求和焊點的密度.烙鐵頭通常有直軸式和彎軸式兩种.直軸式頭便於垂直操作,它的頭端是焊接工作面,一般與軸的垂直面成10°-25°的夾角,也有采用45°夾角的,外形如馬蹄形,使用起來比較理想;根據不同裝配物體的焊接需要,烙鐵頭還可以制成另外幾种形狀.如在烙鐵頭切面上鑽有小孔,便於在針狀部分焊,頭端細小的,可在焊接面較小的部位使用.焊接小型元件和電路板銅箔的烙鐵頭,直徑最好是4-5mm.
（1）使用前必須檢查兩股電源線與保護接地線的接頭,不要接錯,因為這種接線錯誤很容易操作人觸電.
（2）電烙鐵初使用時,首先將烙鐵頭上一層錫.浸錫的方法是將烙鐵頭加熱後,擦去氧化層蘸上鬆香,然後浸在溶錫中.電烙鐵使用一段時間後,應將烙鐵頭取下,去掉與傳熱筒接觸部分的氧化層,再將烙鐵頭裝上,避免今後取不下烙鐵頭.使用過程中不能任意敲擊,應輕拿輕放,以免損壞內部發熱器件.
（3）電烙鐵的焊劑,一般應使用鬆香或中性焊劑,不宜選用酸性焊劑,以免腐蝕電子元器件及烙鐵頭與發熱器.
（4）烙鐵頭要經常保持清潔.使用中常在石棉氈上擦幾下以除去氧化層,使用一個時期後,表面還可能出現不能上錫（“燒死”）的現象,這時先用刀刮去焊錫,再用銼刀清除表面黑灰色的氧化層,重新浸錫.烙鐵頭使用過久,還會出現腐蝕凹坑,失去原有形狀,影響正常焊接,這時應用銼刀對其整形,加工成符合要求的形狀再浸錫.
（5）電烙鐵工作時要放在特制的烙鐵架上,以免燙壞其它物品.烙鐵在工作臺上,一般應放在右上方以便操作.
四.電烙鐵的拆裝與故障處理
以W-20型內熱式電烙鐵為例來說明它的拆裝步驟.拆卸時,首先擰鬆柄上頂緊道線的制動鏍釘,旋下手柄,然後拆下電源線和烙鐵芯引線,最後拔下烙鐵頭.安裝時的次序和作法剛好與拆卸相反,只是在旋緊手柄時,勿使電源線隨手柄扭動,以免將電源線接頭部位絞壞,造成短路.
電烙鐵的電路故障一般有短路和開路兩种.如果是短路,接上電源後會燒斷保險絲,短路的地方一般在手柄中或插頭中的接線處.如果接上電源幾分鐘後,烙鐵還不發熱,那麼一定是有關路現象.這時應旋開手柄,用萬用表歐姆擋（R*100）測烙鐵芯兩個接柱間的電阻值如果是2KΩ左右,一定是電源線或接頭脫焊,應更換電源線或重新連接;如果是測出電阻值無窮大,那就是烙鐵芯的電阻絲燒斷,更換烙鐵芯,故障即可排除.
1-3焊接技術
在電子電器的修理和業餘裝配中,所用焊接都是手工焊接,如前所述,一個焊點的失誤,有時可造成機工作失常,嚴重影響裝修質量,所以在電子電器的修理和業餘裝配中,焊接是關鍵工藝之一,本節裝修中不可缺少的幾種焊接工藝和拆焊方法.
一.焊料.焊劑的選用
凡是用來熔合兩種或兩種以上的金屬面,使之成為一個整體的金屬或合金都叫焊料.按組成部份,常用焊料可分為錫鉛焊料.銀焊料及銅焊料.在電子設備裝配和維修中常用的錫鉛焊料,也叫焊錫.
焊錫是一种錫鉛合金.錫和鉛都是軟金屬,它們的熔點較低,一般配制的焊料熔點都在250℃以下.純錫的熔點為232℃,它具有較好的浸潤性,但熱流動性並不好;鉛的熔點溫度比錫高,約327℃,具有較好的熱流動性,但浸潤性能差.兩者按不同的比例組成合金,其熔點和其它物理性能等都有所變化.不同成分焊錫的熔點和凝固點的溫度不同,鉛錫各為50%的合金,其熔點為182℃,182℃到212℃間為半凝固狀態.這種合金的含錫量低,可用於一般焊接中,但由於熔點高,在電子設備中一般不采用.鉛錫為62%/38%的合金叫共晶焊錫.它的熔點和凝固點都是182℃,由液態到固態幾乎不經過半凝固狀態,所以焊點凝固迅速,縮短了焊接時間.這種焊錫接強度較好,適合在電子線路焊接中使用.在印刷線路板上焊接元件時,通常都采用低溫焊錫絲,這是一種空心焊錫絲,心內有鬆香焊劑,熔點為140℃,其中含錫51%,含鉛31%,含鎘18%以降低焊點溫度.外徑有Φ2.5mm.Φ2mm.Φ1.5mm和Φ1mm等幾種.
焊劑的選用
金屬在空氧中,特別是在加熱的情況下,表面會生成一薄層氧化膜,在焊接時,它會阻礙焊錫的浸潤,也影響接點合金的形成,采用焊劑（也稱助焊劑）能改善焊接性能.焊劑有破壞金屬氧化物,使氧化物漂浮在焊錫表面的作用,有利於焊接;它又能覆蓋在焊料表面,防止焊料或金屬繼續氧化;它還有增強焊料與金屬表面的活性,增加浸潤能力.
但是焊劑用得不適當,會影響焊接的質量,選用焊劑除了考慮被焊金屬的性能及氧化.污染情況外,還應從焊劑對焊接物面的影響,如焊劑的腐蝕性.導電性及焊劑對元器件損壞的可能性等方面全面考慮.例如:
1.對鉑.金.銀.銅.錫等金屬,或帶有錫層的金屬材料,焊接性能較強,可用鬆香或鬆香酒精液作焊劑.
2.由於鉛黃銅.鈹表銅及帶有鎳層的金屬焊接性能較差,如仍使用鬆香焊劑,則焊接較為困難.在焊接這幾种金屬時,應選用中性焊劑.
3.作為板金屬的焊劑,可用無機系列的焊劑,如氧化鋅和氧化銨的混合物,這種焊劑有很強的活性,對金屬的腐蝕性很強,揮發氣體對電路和元器件有破壞作用,施焊後必須清洗乾凈,在電子線路焊接中,一般禁上使用這類焊劑.
4.焊接半密封器件,必須選用焊後殘留物無腐性的焊劑,以防滲入被焊件內部的焊劑殘留物對器件產生不良影響.
幾種常用的焊劑配方見下表:
名稱
配方
鬆香酒清焊劑
鬆香15-20g,無水酒清70g,溴化水楊酸10-15g.
中性焊劑
凡士林（醫用）100g,三乙醇胺10g,無水酒精40g,水楊酸10g.
無機焊劑
氧化鋅40g,氧化銨5g,鹽酸5g,水50g.
二.手工焊接
（1）對焊接點的質量要求
采用焊接的方法進行連接的點,稱為焊接點,簡稱焊點.對焊點的質量要求,應包括電接觸良好,機械性能牢固和美觀三個方面.其中最關鍵的一點,就必須避免假焊和虛焊.假焊和虛焊主要是由金屬表面的氧化物和污垢造成的.假焊使電路完全不通,虛焊使焊點成為有接觸電阻的連接狀態,從而使電路工作時噪聲增加,產生不穩定狀態,使電路的工作狀態時好時壞沒有規律,給電路檢修工作帶來很大的困難.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,保持焊點的接觸尚好,因而電路工作正常,但在溫度.濕度和捺動等環境條件下工作一段時間後,接觸表面逐步被氧化,接觸電阻慢慢變大,最後導致電路工作不正常,這一過程有時可長達一.二年.所以,虛焊是電路可靠性的一大隱患,必須盡力避免,進行手工焊接時,尤其要引起重視.
（2）手工焊接要點
1.焊接時的姿勢和手法
一般應坐著焊接.焊接時,要把桌椅的高度調整適當,挺胸端坐,操作者鼻尖與烙鐵尖的距離應在20cm以上,選好電烙鐵的形狀和采用恰當的烙鐵握法.電烙鐵的握法一般有兩种,常見的握法是”握筆式”,這種握法使用的電烙鐵頭一般是直型的,適合小型電子設備和印刷電路板的焊接.第二種是”拳握式”,這種握法使用的電烙鐵功率大,烙鐵頭為彎形.它適合於大型電子設備的焊接.
2.被焊處表面的焊前清潔和搪錫
清潔焊接元器件引線的工具.可用廢鋸條做成的刮刀,焊接前,應先刮去線上的油污,氧化層和絕緣漆,直到露出紫銅表面,使其上面不留一點臟物為止.對於有些鍍金.鍍銀的可伐合金引出線,因為其基材難於搪錫,所以不能把鍍層刮掉,可用粗橡皮擦去表面的臟物.引線作清潔處理後,應盡快搪好錫,以免表面重新氧化.搪錫可在錫鍋內進行,也可用電烙鐵搪錫,搪錫前應將引線先蘸上焊劑.
扁平形集成電路的引線,一般在焊前不作清潔處理,但要求元器件在使用前妥善保存,不要弄臟引線.
3.烙鐵溫度和焊接時間要適當
不同的焊接對象,烙鐵頭需要的工作溫度是不同的.焊接導線接頭時,工作溫度以306-480℃為宜;焊接印刷線路板導線上的元件時,一般以430℃-450℃為宜.因為過量的熱量會降低銅箔的粘接力,甚至使銅箔脫落;焊接細線條印刷線路板或極細導線時,烙鐵頭工作溫度應在290℃-370℃為宜;而在焊接熱敏元器件時,其溫度至少要480℃,這樣才能保證烙鐵頭接觸器件的時間盡可能的短.
電源電壓在220V左右時,20W烙鐵頭的工作溫度約為290℃-400℃,40W烙鐵頭約400℃-510℃左右.我們可以選擇適當瓦數烙鐵,焊接時,在3-5秒內使焊點達到要求的溫度.而且在焊好時,熱量不致大量散失,這樣才能保證焊點的質量和元器件的安全.
4.恰當掌握焊點形成的火候
焊接時,不要將烙鐵頭在焊點上來回磨動,應將烙鐵頭的搪錫面緊貼焊點.等到焊錫全部熔化.並因表面張力緊縮而使表面光滑後,速將烙鐵頭從斜上方約45°角的方向移開.這時,焊錫不會立即凝固,要注意不使被焊接元件移動,否則焊錫會凝成砂粒狀或附著不牢固,形成虛焊;也不要向焊錫吹氣,待其慢慢冷卻凝固.
烙鐵移開後,如果使焊點帶出尖角,這是焊錫時間過長,焊劑老化引起的.這時,應重新焊接.
5.焊完後的清潔
焊好的焊點,經檢查質量合格後,應用無水精酒把焊劑清洗干凈.
（三）幾種焊接實踐
1.一般結構的焊接
（1）焊接前接點的連接方式
對一般結構,焊接前常見的連接方式有綱繞.鉤接.插接和搭接四種形式.采用這四種連接方式的焊接分別稱為綱焊.鉤焊.搭焊和插焊.四種連接方式中,綱繞較復雜.
（2）焊接步驟
焊接前先要清潔烙鐵頭,可將烙鐵頭放在鬆香或石棉氈上摩擦,擦掉烙鐵頭上的氧化層及污物,並借此觀察烙鐵頭溫度是否適宜.焊接過程中,工具安放整齊,電烙鐵要拿穩對準,要一手拿電烙鐵,一手拿焊錫絲.
2.印刷線路板的焊接
（1）印刷線路板上焊接件的裝置方法
在印刷線路板上,由於它們自身的條件不同,所以裝置的方法也各相同.
（2）印刷線路的焊接特點及焊接注意事項
印刷電路板是用粘合劑把銅箔壓粘在絕緣板上的.銅箔與這些絕緣材料的粘合壓力,本來就不強.高溫時更差,一般附銅箔板允許連續使用的溫度,遠低於焊接溫度.因為銅箔與絕緣板的膨脹系數不同,如果焊接時溫過高,時間過長,就會引起印刷線路板起泡,變形,甚至使銅箔脫落.另外,裝置在印刷線路板上的元器件,一般都選用小型元器件,而小型元器件,尤其是晶體管,集成電路等,耐高溫性能差.如果采用低熔點焊料,又會給焊點的機械強度和其它方面帶來不利影響,所以在焊接印刷線路時,烙鐵頭的溫度要適當,焊接加溫時間一般以2-3秒為宜.焊接點上的焊料與焊劑也要適量,焊料以包著引線灌滿焊盤為宜.
（3）焊接步驟
a.將溫度合適的烙鐵頭與焊錫絲同時對準焊點,並在烙鐵頭上先熔化少量的焊錫和鬆香.
b.在烙鐵頭上的焊劑尚未揮發完時,將烙鐵頭與焊錫絲同時接觸焊接點,開始熔化焊錫.
c.在焊錫熔化到適量和焊接點上焊錫充分的情況下要迅速移開焊錫絲和烙鐵頭,這幾乎是同時完成的,但要注意移開焊錫絲的時間決不要遲於離開烙鐵頭的時間.
d.連續焊接時,因每焊完一個焊接點時烙鐵頭上尚餘下少量焊點和未完全揮發的焊劑,所以可省去第一步驟,一個焊點接一個焊點不斷進行焊接.
3.集成電路的焊接
集成電路的接點多而密,在焊接時,烙鐵頭應選用尖形的,焊接溫度以230℃±10℃為宜,焊接時間要短,焊料與焊劑都應嚴格控制,只需用烙鐵頭挂少量焊錫,輕輕在器件引線與接點上即可.
另外,焊接集成電路時,應將電烙鐵的外殼妥善接地或將電烙鐵外殼與印刷線路板用導線連接,也可拔下烙鐵的電源插頭趁熱焊接,這樣可以避免因電烙鐵的絕緣不好,或內部發熱器對外殼的感應電壓損壞元器件.
在工廠,人們常常把錫鉛焊的手工焊接過程歸納成八字”一刮,二鍍.三測.四焊”.”刮”指被焊件表面的清潔工作,有氧化層的要刮去,有油污的可擦去.”鍍”指對被焊部位搪錫.“測”指結搪過錫的元件檢查,在電烙鐵高溫下是否變質.”焊”,是指最後把測試合格的.已完成上述三個步驟的元器件焊到電路中去.
（四）拆焊
在裝配與修理中,有時需要將已焊接的焊點和元件拆除,這個過程就是拆焊.在實際操作上,拆焊要比焊接更困難.拆焊元器件哉導線時,需要使用恰當的方法和利用必要的工具,這樣才不會損壞元器件或破壞原焊接點.
1.拆焊工具
常用的拆焊工具除普通的電烙鐵外,還有如下幾種:
（1）吸錫器
吸錫器是用來吸除焊點上存錫一種工具,它的形式有多種.常用的有球形吸錫器,球形吸錫器是利用橡皮囊壓縮空氣,將熱熔化的焊錫通過特別的吸錫吸入球體內,球內
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