孫建強 （天津富士通天電子有限公司 天津300456）

手工焊接技術

孫建強 （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)生機理、焊接不良維修等方面系統(tǒng)介紹了手工焊接技術，為需求者提供理論幫助。

手工焊接 焊接溫度 焊接時間 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通的一種技術工藝。目前廣泛應用在電子產(chǎn)品的批量生產(chǎn)過程中。同時，新產(chǎn)品的研制和調試樣機時，產(chǎn)品/設備故障修理時都需要使用電烙鐵進行手工焊接，即使是在使用自動焊接設備的生產(chǎn)企業(yè)中，也離不開手工焊接。

在手工焊接中，電烙鐵把電能轉化用于焊接的熱能，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；可調式內(nèi)熱電烙鐵（見圖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)不同的焊接對象調整焊接溫度，并選擇不同形狀的烙鐵頭，或者根據(jù)焊接的需要對烙鐵頭進行修整，以確保良好的焊接質量。

對烙鐵頭的一般要求是，尖端表面光亮，沒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的直徑（見圖2）。

在使用過程中，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焊接，這時就必須對烙鐵頭進行清潔和修整，除去銹蝕。另外，為了延長電烙鐵的使用壽命，通常在30 min不使用時關閉電源，每次使用完電烙鐵，應在前端鍍錫，防止頭部氧化/銹蝕（見圖3）。

近年來，有一種長壽命電烙鐵也在廣泛使用，從外觀上看，它和普通電烙鐵沒有太大差別，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，只需在相對較軟的物質（如浸水的纖維棉）上擦拭干凈。目前，也有一些公司使用電動烙鐵清潔器，只需將電烙鐵頭部插入清潔孔，按壓下觸壓開關，清潔器內(nèi)部的轉子帶動橡膠轉刷旋轉，即可將烙鐵頭清潔干凈（見圖 4）。

因此，電烙鐵在使用時一定要保護好烙鐵頭，避免其和硬質鐵器等磕碰，使表面的鐵鎳合金層破壞，從而導致烙鐵頭的氧化/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，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：為使焊錫導熱良好。

③電烙鐵移至焊接部位，使烙鐵先端與焊盤和引腳同時解除接觸，爬錫順暢。

④焊錫移至焊接部位。

⑤溶化焊錫：對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)來回移動電烙鐵，以確保良好的焊錫浸潤。

⑥焊錫離開。

⑦電烙鐵離開。

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：對于無接點的部品，可使用IPA（異丙醇）清潔焊接表面的助焊劑殘留；對于附著的焊錫粒，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倍以上的放大鏡對焊接部位實施目視檢查；焊點較密集（間距0.5 mm以下）時，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量較高的場合應追加X射線或加電檢測。

有些初學者，在學習焊接的時候，用烙鐵頭燙焊錫絲，把溶化的焊錫搬運到焊點上，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失去幫助焊接的作用，變?yōu)闅堅Ｓ檬ブ竸┑暮稿a去焊接焊點，質量必然下降。

保證焊接品質的3個主要因素是：①焊接溫度；②焊接時間；③焊錫量。

焊接溫度是指焊接時溶化焊錫進行焊接的烙鐵頭先端的溫度，主要通過電烙鐵自身來控制，對于可調式電烙鐵，則要依據(jù)工藝要求由作業(yè)者進行調整。溫度設定的是否合適，可通過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：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，表明溫度過低；煙霧較大，且快速升騰，表明溫度過高。也可通過皮膚感觸來判斷：將電烙鐵移至距離面部皮膚2～3 cm左右，能明顯感覺到溫熱，表明溫度適中；感覺不到熱度表明溫度過低；有灼熱感表明溫度過高（這種方法存在安全隱患，不建議使用采用）。當然，最好的溫度確認方法是使用專用的溫度傳感器測量，這種方法準確、可靠。

焊接時間是指電烙鐵接觸焊點的時間，可通過心中默數(shù)1，2，3……的方法來把握：具體說就是將電烙鐵移至焊接處，接觸焊盤開始數(shù)1、2，將焊錫移至烙鐵頭并溶化開始數(shù)3、4，直至溶化的焊料完全浸潤焊盤和焊點。

如有明確的焊接時間要求，為確保準確的焊接時間，可使用計時器或在焊接治具上安裝定時報警裝置，以免因為焊接時間不足或過長造成的焊接不良。

焊錫量是指每個焊點所需的焊錫量多少，可通過焊點形狀判斷，也可通過焊錫定量供給裝置來控制。良好的焊錫量，從外觀狀態(tài)來看，焊料牢牢的凝固在焊盤或引線的金屬表面，并形成理想的/無缺陷的錐狀焊點。

從焊點的形狀來觀察焊接過程，可判斷出焊接質量的好壞：好的焊點表面光亮，說明焊接溫度/時間合適；錐形的焊點沿著焊接對象光滑過渡，微微向內(nèi)凹陷，說明焊錫量合適，潤濕良好。

抽風機可以使焊點盡快凝固，增加焊點強度;從撤掉烙鐵到液態(tài)焊料完全凝固這段時間里，焊點不能受到任何震動，這樣的焊點組織密實，強度高。

下面介紹幾種常見的焊接缺陷及發(fā)生機理：

①冷焊或虛焊（見圖6）：

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

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

第三種原因是：烙鐵頭的溫度低過焊接時間短，焊料未完全溶化，造成浸潤不充分。

②夾氣，夾渣（見圖7）：

焊接時，涂布在母材上的助焊劑開始了清除表面氧化膜的反應，假如被清除的氧化層氣體和殘渣來不及跑掉，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/夾渣的缺陷就越嚴重。

③焊珠（見圖8）：

人們發(fā)現(xiàn)，焊料雖然溶化了，但并未浸潤焊接部位，再將焊錫絲送到焊接部位，盡管溶化的焊料很多，仍然沒有浸潤被焊接部位的金屬表面，焊料未被吸收，即使延長加熱時間，焊料也無法浸潤進去，從而形成珠狀焊點。這就是因為焊接部位的可焊性差造成的，這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，元器件的設計/制造標準化與否同樣會給焊接品質造成較大的影響。

如，印刷電路板的孔與引線間隙大小，會直接決定焊接質量的好壞，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系圖）。

從上圖可見，相應合適的間隙應在0.2～0.3 mm，間隙大，焊點的不合格率就增加；間隙小，焊點的質量高，但是往板子上插裝元器件困難。這個配合間隙還能起到另一個作用，在焊接雙面印刷電路板時，由于毛細作用，融化的焊料在焊接時能夠被潤濕，自動流到孔和沿線的皮和間隙里，對于雙面板來說，引線與焊盤的電器連接不僅發(fā)生在焊盤上方，孔的配合間隙里的連接也是重要的組成部分?？梢姡侠淼脑O計印刷板，是提高焊接質量的可靠性的重要條件。

電子產(chǎn)品的超負荷運轉，可能會損壞某些元件，對于已經(jīng)損壞的元器件，必須從印刷電路板上拆下來。在電路板的焊接面上找到相應的焊點，用電烙鐵溶化焊料，就能把引線從焊孔中拉出來。焊接部位應加熱到恰好使焊料溶化為止，拉出引線也要動作謹慎。加熱時間太長，拉動過于猛烈都會造成印制電路板的焊盤脫落，這一點應引起注意；也可使用手動吸錫槍，吸錫槍內(nèi)壓緊的彈簧在釋放彈力后，帶動活塞產(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拆錫設備，它可以使吸嘴通電加熱來融化焊料，其內(nèi)部有一個電泵，電泵能產(chǎn)生真空吸力，可以方便地吸掉焊點上的焊料，比手動吸錫槍的功能更好，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保證條件的多樣性，因此對操作者的技能要求較高；由于其品質的不易探測性，往往焊接完成品的不良在通電后才能顯現(xiàn)出來。因此焊接技術的可靠性已越來越多地被電子廠商所關注，尤其是在汽車行業(yè)，焊接已被AIAG組織作為特殊工藝過程加以體系化控制，并出臺了CQI-17錫焊系統(tǒng)評估體系。■

2012-05-09