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第四章 常用工具与焊接技术4.1任务一 认识各种常用工具在电子整机装配过程中，需要用到很多工具，常用的工具有钳子、镊子、起子、吸锡器以及电烙铁等。4.1.1看一看 各种类型工具一、钳子钳子根据功能及钳口形状的不同可分为尖嘴钳、斜口钳、扁嘴钳、剥线钳、钢丝钳等。尖嘴钳头部较细，如图2-1所示，适用于绕制元件引线或硬导线以及在狭小空间下的操作，夹持小螺母、小零件等，刀口还可剪断细小的金属丝是电子产品组装中使用较多的工具。斜口钳又称偏口钳，主要用于剪切导线，但不能用来剪切螺钉或较粗的钢丝，以免损坏钳口，如图2-2所示为其外形。 图2-1 尖嘴钳 图2-2 斜口钳扁嘴钳又称平嘴钳，钳口平直无纹路，可用于校直或弯曲元器件的管脚和导线，外形如图2-3所示。剥线钳是专用于剥除电线的绝缘层，外形如图2-4所示。使用时应注意将导线放入合适的槽口，剥除绝缘层时不能伤到内部的芯线。 图2-3 扁嘴钳 图1-4 剥线钳 钢丝钳又称平头钳，头部较宽，外形如图2-5所示，适用于螺母紧固的装配操作以及剪断较粗的钢丝，但不允许用作敲击工具。 图2-5 钢丝钳 图2-6 镊子二、镊子镊子有尖头和圆头两种，最常用的是尖头镊子。一般可用来夹持较细的导线、拉直元件引脚、元件引脚弯曲等，用镊子夹持元件焊接还起到散热作用，如图2-6所示为其外形。三、起子起子又称螺丝刀或改锥，主要用来拧螺丝，不同大小的起子对应于不同尺寸螺丝。常见的起子有“+”字形和“-”字形，如图2-7所示。无感起子是一种采用塑料、有机玻璃或竹片等非磁性材料为材质的特殊起子，专门用来调节中频变压器或振荡线圈的磁心，它不会对电路产生任何干扰，如图2-8所示。图2-7 普通起子 图2-8 无感起子四、吸锡器吸锡器可配合电烙铁进行印制电路板上焊点的拆焊，尤其是所拆元器件的引脚较多时，利用吸锡器进行拆焊，能较容易将元器件完整的拆下，如图2-9所示为其外形。图2-9 吸锡器 五、烙铁架电烙铁在加热状态下其烙铁头的温度很高，不能将其随便放置在工作台上，必须使用专用的烙铁架，如图2-10所示为其外形。图2-10 烙铁架4.1.2学一学 电烙铁的类型结构及使用电烙铁是手工焊接的主要工具，它是根据电流通过加热器件产生热量的原理制成的。常见的电烙铁有内热式、外热式和吸锡式等形式。一、电烙铁的类型结构1、内热式电烙铁内热式电烙铁通常由烙铁头、烙铁芯、手柄、电源线等组成，其烙铁芯安装在烙铁头的内部，热量能充分的被烙铁头吸收。具有发热快、热效率高、体积小、重量轻、耗电少等优点，其外形如图2-11所示。手工焊接中使用最多的是功率为35W的内热式电烙铁，一般通电2分钟左右就可以进行焊接。由于35W电烙铁的烙铁芯的电热丝很细，热量较集中，使用不当很容易烧断，另外烙铁芯与电源线是通过两个接线柱连接的，机械强度较差，使用过程中不能敲击以损坏。一旦烙铁芯烧断后只能进行更换。 图2-11 内热式电烙铁 图2-12 外热式电烙铁2、外热式电烙铁 外热式电烙铁的组成部件与内热式相类似，不同的是烙铁芯包在烙铁头的外面，其外形如图2-12所示。外热式电烙铁的体积相对较大，热效率较低、发热较慢。3、温控式电烙铁 温控式电烙铁是指烙铁头的温度可以控制的电烙铁。根据控制方式的不同，可分为电控式和磁控式两种。如图2-13所示为电控式电烙铁，在其手柄内部装有控温电路，通电后，可根据焊接的要求自主调节烙铁头的温度，是温度恒定在某一值。图2-13 电控式温控电烙铁4、吸锡式电烙铁 吸锡式电烙铁是将活塞式吸锡器与电路图融为一体的拆焊专用工具，如图2-14所示。操作时将烙铁加热，在熔化焊点上的焊锡后，按动吸锡按钮，即可将焊锡吸掉。图2-14 吸锡式电烙铁5、台式电烙铁 台式电烙铁是一种具有温度调节及锁定功能的焊接工具，其升温快速、能瞬时温度补偿、防静电、温控精确稳定，如图2-15所示为其外形。 图2-15 台式电烙铁 图2-16 烙铁头的外形6、烙铁头烙铁头一般是以紫铜为主材制成，根据表面电镀层的不同，可分为普通型和长寿型。普通型烙铁头通常外表镀锌，镀层的保护能力较差，在高温时容易氧化、易受助焊剂的腐蚀，使用时烙铁头要经常清理和修整，始终保持烙铁头端面包裹着焊锡。长寿型烙铁头是在紫铜外面电镀一层铁镍合金，它可以防腐蚀、不易氧化、不用修整，只要将烙铁头加热后放在湿布或湿海绵上擦洗干净即可。为了保证可靠方便的焊接，必须选择形状和尺寸合适的烙铁头，常见的烙铁头形状有圆锥形、圆斜面形、凿式等，图2-16所示是几种常见的烙铁头外形。二、电烙铁的使用1、安全检查用万用表检查电源插头之间的电阻值大小，通过电阻值来确定电烙铁是否有短路、开路等情况。一般35W电烙铁的正常阻止在1.4K左右。2、新烙铁头的处理一般普通型新烙铁头不宜直接使用，要对烙铁头进行处理。具体方法是将电烙铁加热，等温度正常后，用平锉锉去烙铁头头部的镀镍层，并注意修整烙铁头的形状，锉好之后迅速在所锉表面加上焊锡，防止头部氧化。旧的烙铁头如果因氧化严重而发黑，也可同样处理。3、使用注意事项(1)电烙铁在使用中，不能用力敲击，要防止跌落；烙铁头上焊锡较多时，可用百洁布擦拭，不可乱甩，以防烫伤他人。(2)焊接过程中烙铁不能随便乱放，不焊接时应将烙铁放在烙铁架上，同时注意电源线不要被烙铁烫到，防止出现安全事故。(3)焊接中要保持烙铁头的清洁，可用浸湿的百洁布或湿海棉及时的进行擦拭。(4)使用结束后，应及时切断电源，等烙铁完全冷却后，再将电烙铁收回工具箱。4.2任务二 手工焊接技术 手工焊接就是利用电烙铁加热焊件和焊料，实现金属材料的可靠连接的一种工艺技术。是最普遍、最基本的焊接方法，常用于电子产品的维修和小批量生产中。4.2.1学一学 手工焊接的技术一、焊料及焊剂1、焊料焊料是一种易熔的金属及其合金，它的熔点比被焊金属的熔点低，熔化时能在被焊金属表面形成合金层，从而将被焊金属连接在一起。按照焊料成分的不同，有铅锡焊料、银焊料、铜焊料等。在一般电子产品的焊接中，主要使用铅锡焊料，手工焊接常用的有松香芯的焊锡丝，这种焊锡丝熔点较低，而且内含松香助焊剂，使用极为方便。常用焊锡丝的直径有0.5、0.8、1.0、5.0mm等多种规格，要根据焊点的大小选用，一般，应使焊锡丝的直径略小于焊盘的直径。2、助焊剂要达到一个好的焊点，被焊物必须要有一个完全无氧化层的表面，但金属一旦曝露于空气中就会生成氧化层，这种氧化层无法用传统溶剂清洗，此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用，当助焊剂清除氧化层之后，干净的被焊物表面，才可与焊锡结合。在电子产品装配中通常选择松香作为助焊剂。3、阻焊剂 阻焊剂是一种耐高温的阻焊涂料。它能把不需要焊接的部分保护起来，在焊接过程中起到一种阻焊的作用。二、手工焊接的操作手法与卫生焊剂加热挥发出的化学物质对人体是有害的，如果操作时鼻子距离烙铁头太近，则很容易将有害气体吸入。一般烙铁离开鼻子的距离应至少不小于30cm，通常以40cm时为宜。1、电烙铁拿法如图2-17所示。反握法动作稳定，长时间操作不宜疲劳，适于大功率烙铁操作。正握法适于中等功率烙铁或带弯头电烙铁的操作。一般在操作台上焊印制板等焊件时多采用笔握法。 a.反握法 b.正握法 c.笔握法 a.连续焊接 b.断续焊接图2-17 电烙铁的握法 图2-18 焊锡丝的拿法2、焊锡丝的两种拿法如图2-18所示。焊接时可将成卷的焊锡丝拉直30cm左右，或者截成30cm左右，用左手的拇指和食指轻轻捏住焊锡丝，端头留出35cm，借助其他手指的配合把焊锡丝向前送进。3、卫生与安全由于焊丝成分中，铅占一定比例，众所周知铅是对人体有害的重金属，因此操作时应戴手套或操作后洗手，避免食入。使用电烙铁要配置烙铁架，一般放置在工作台右前方，电烙铁用后一定要稳妥放置在烙铁架上，并注意导线等物不要碰烙铁头，以免被烙铁烫坏绝缘后发生短路。三、焊接前的准备为了提高焊接的质量和速度，避免虚焊等缺陷，应该在装配以前对焊接表面进行可焊性处理镀锡。镀锡也叫“搪锡”，实际就是液态焊锡对被焊金属表面浸润，形成一层既不同于被焊金属又不同于焊锡的结合层。如图2-19所示，a图为电烙铁不动，元器件移动；b图为元器件不动，电烙铁来回移动。通常在镀锡之前应对元件引脚进行去处氧化层处理，可用刮刀刮除或用镊子来回拉直引脚。对于多股引线首先应去处绝缘层，将露出的引线以450角的方向拧紧，然后再在其外表镀上一层薄而均匀的焊锡。a.方法一 b.方法二图2-19 电烙铁镀锡四、焊接方法手工焊接的方法通常分为五个步骤，具体操作如图2-20所示。a.准备 b.加热 c.加焊锡丝 d.去焊锡丝 f.撤离烙铁图2-20 焊接步骤示意图1、步骤一：准备施焊左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡。2、步骤二：加热焊件烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为12秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。例如，图(b)中的元器件引线与焊盘要同时均匀受热。3、步骤三：送入焊丝焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝直接送到烙铁头上！4、步骤四：移开焊丝当焊丝熔化一定量后，立即向左上45方向移开焊丝。5、步骤五：移开烙铁焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上45方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大约也是12s。对于热容量小的焊件，例如印制板上较细导线的连接，可以简化为三步操作。即准备(同以上步骤一)；加热与送丝(烙铁头放在焊件上后即放入焊丝)；去丝移烙铁(焊锡在焊接面上浸润扩散达到预期范围后，立即拿开焊丝并移开烙铁，并注意移去焊丝的时间不得滞后于移开烙铁的时间)。五、焊接要点 在焊接过程中除了应严格按照焊接步骤操作外，还应注意以下几个方面。1、焊件表面要处理好焊接时焊件金属的表面应保持清洁，因此在焊接前要对焊件进行清理工作，去处焊件表面的氧化层、油污、锈迹、杂质等。2、保持烙铁头的清洁焊接时，烙铁头的温度很高，并且经常接触助焊剂，在其表面容易形成黑色的杂质，影响焊接质量及美观，应及时用浸湿的百洁布或湿海棉及时的进行擦拭。3、加热焊件的位置要合理焊接时，烙铁头应同时给两个焊件加热，使得两个焊件受热均匀，防止出现虚焊的现象。对于圆斜面形的烙铁头在焊接时应将其斜面向上，利于观察焊锡的量。4、焊接时间要适当从加热焊件到撤离电烙铁的时间一般应在23s内完成。如果时间过长，会使得焊点中的助焊剂完全挥发，失去助焊的作用，导致焊点表面粗糙、颜色发黑、无光泽、形状不好；如果时间过短，焊接处的温度达不到焊接要求，焊料不能充分熔化，容易造成虚焊。5、焊料供给要恰当焊料的供给量要根据焊件的大小来定，过多造成浪费且使得焊点过于饱满，过少则不能使得焊件牢固结合，降低了焊接强度。另外，焊料供给的位置应在焊点上离烙铁头较远的部位，利用焊料由低温处向高温处流动的特性自动填充到整个焊点。6、电烙铁的撤离方向要正确撤离电烙铁是整个焊接过程中相当关键的一步，当焊点接近饱满可，助焊剂尚未完全挥发、焊点最光亮、流动性最强的时候，应以向右上45方向迅速移开烙铁。电烙铁撤离的方向会对焊点的焊锡量造成一定的影响，如图2-21所示为电烙铁的撤离方向与焊锡量的关系。图2-21 电烙铁撤离方向与焊锡量的关系7、焊锡凝固要注意在焊点上的焊锡没有凝固之前，切勿使焊件移动或受到振动，特别是用镊子夹住焊件时，一定要等焊锡凝固后再移走镊子，否则极易造成焊点结构疏松或虚焊。4.2.2练一练 印制电路板的手工焊接印制电路板的焊接可采用自动化焊接和手工焊接两种方式，有关自动化焊接技术将在下一任务中介绍，此处只是介绍印制电路板的手工焊接。印制电路板的手工焊接技术是电子产品装配过程中重要技能之一。如图2-22所示为印制电路板手工焊接实际操作图。图2-22 印制电路板手工焊接一、元器件引脚成形元器件引脚成形是指在焊接前把元器件引脚弯曲成一定的形状。引脚的成形要根据焊盘插孔之间的距离以及插装的要求来进行，目的是为了使元器件在印制板上的插装能迅速准确，并保证元器件在印制板上排列整齐美观、便于焊接。对于轴向双引脚的元器件(如电阻、二极管等)，通常可采用卧式成形和立式成形两种，如图2-23所示。元器件的成形一般要借助镊子来完成，对于引脚较粗的元器件可借助尖嘴钳来进行。成形时首先要将元件引脚拉直、去除氧化层并镀锡，然后根据焊盘插孔之间的距离合理的进行成形操作。 a.卧式成形 b.立式成形图2-23 元器件引脚成形二、装配工艺及焊接要求印制电路板手工焊接的装配流程为：待装元件准备引脚成形、镀锡插装焊接剪引脚检查。1、装配工艺在装配过程中要严格执行工艺文件的规定，认真做到以下几点：(1)装配过程中每道工序要严格按照工艺文件规定的工序进行操作。(2)元器件的插装应遵循先小后大、先低后高、先轻后重、先里后外的基本原则。(3)元器件的插装有卧式插装和立式插装、贴板插装和悬空插装。卧式插装优点是安装牢固、稳定性好；立式插装密度大、拆卸方便；贴板插装方便简单、元器件稳定性好；悬空插装有利于散热，但插装复杂，需要控制元器件与电路板的高度并保持美观，一般元器件的悬空高度为24mm，具体还要根据工艺要求，如图2-24所示。如无特殊要求，只要印制电路板允许，通常都采用卧式贴板插装(对于功率小于1W的电阻可采用贴板插装，功率较大的电阻可悬空2mm左右插装)。电位器、电容、三极管、场效应管等采用立式插装，元器件底部距板面一般为2mm。a.卧式贴板 b.卧式悬空 c.立式贴板 d.立式悬空图2-24 元器件的插装元件插装时标记方向要一致，便于观察，另外还要注意有极性之分元器件的引脚区别。(4)印制板电路的每个焊盘只允许插入一根引脚。(5)导线和元器件的引线伸出印制电路板的长度一般为11.5mm，多余的引线可用斜口钳剪去。2、焊接要求(1)烙铁头不能对印制电路板施加太大的压力，防止焊盘受压翘起。(2)电烙铁不能在一个焊点上停留时间太长，否则会使焊盘剥离以及基板产生焦斑。(3)焊接过程中应注意不要烫伤周围的元器件及导线。(4)焊接结束后，应保证电路无漏焊、错焊、虚焊等现象。三、单面板的焊接 单面板是指只有一面有印制导线和焊盘的印制电路板，元器件应安装在无铜箔的一面，引脚穿过通孔与焊盘焊接在一起，如图2-25(a)所示。四、双面板的焊接双面板是指两面都有印制导线和焊盘的印制电路板。双面板的通孔一般都要进行金属化处理，形成金属化孔。在金属化孔上焊接时，要将焊件包括孔内都充分浸透焊锡，并流向一侧，所以金属化孔上的焊接时间应稍长一些，如图2-25(b)所示。a.单面板焊点 b.双面板焊点图2-25 印制电路板的焊接五、易损元器件的焊接在焊接过程中，对于一些容易因为电烙铁的高温或静电等原因而损坏的元器件，应采取一定的措施。如绝缘栅型场效应管，由于输入阻抗很高，如果不按规定程序操作，很可能使内部电路击穿而失效；又如集成电路由于内部集成度高，通常管子的隔离层都很薄，一旦受到过量的热也容易损坏，不能承受高于200的温度。焊接这类器件时应该注意：1)引线如果采用镀金处理或已经镀锡的，可以直接焊接。不要用刀刮引线，最多只需要用酒精擦洗或用绘图橡皮擦干净就可以了。2)对于绝缘栅型场效应管，如果事先已将各引线短路，焊前不要拿掉短路线，对使用的电烙铁，最好采用防静电措施。3)在保证浸润的前提下，尽可能缩短焊接时间，一般不要超过2秒钟。4)注意保证电烙铁良好接地。必要时，还要采取人体接地的措施(佩戴防静电腕带、穿防静电工作鞋)。5)使用低熔点的焊料，熔点一般不要高于180。6)工作台上如果铺有橡胶、塑料等易于积累静电的材料，则元器件及印制板等不宜放在台面上，以免静电损伤。工作台最好铺上防静电胶垫。7)使用电烙铁，内热式的功率不超过20W，外热式的功率不超过30W，且烙铁头应该尖一些，防止焊接一个端点时碰到相邻端点。8)集成电路若不使用插座直接焊到印制板上，安全焊接的顺序是：地端输出端电源端输入端。不过，现代的元器件在设计、生产的过程中，都认真地考虑了静电及其它损坏因素，只要按照规定操作，一般不会损坏。在使用时也不必如临大敌、过分担心。六、拆焊方法在电子产品的调试、维修过程中，由于焊接错误对元器件进行更换时就需拆焊。拆焊方法不当，往往会造成元器件的损坏、印制导线的断裂或焊盘的脱落。1、二引脚和三引脚元器件的拆焊方法用电烙铁头在印制线路板反面，轮流对被拆元器件的引脚加热，使引脚上的焊锡全部熔化，左手用镊子夹住元器件向外拉，把元器件从印制板上取下来。2、多引脚元器件的拆焊方法(1)使用吸锡器进行拆焊用电烙铁对被拆焊点进行加热，压下吸锡器的压缩开关，等焊锡完全熔化后，用吸锡器从烙铁头的另外一边靠近焊点，按动吸锡器上的按钮，吸掉焊锡。(2)使用吸锡绳进行拆焊吸锡绳是一种像编织网一样的金属网线，网线中的空隙用来储存焊锡。首先将电烙铁上的焊锡甩干净，再将吸锡绳放在松香上，用电烙铁熔解松香，使吸锡绳上粘些松复，以方便吸锡，将吸锡绳放在元器件的引脚上，用电烙铁隔着吸锡绳给元器件引脚的焊点及吸锡绳同时加热，焊锡熔解后就会被吸锡绳吸入网孔内。(3)使用合适的空心针头拆焊 根据元器件引脚的大小，选择合适直径的空心针头。先清除电烙铁头部的所有焊锡，用电烙铁熔解元器件一根引脚上的焊锡，然后迅速伸入针头，同时移开烙铁，左右旋转针头，这样针头便将该引脚与线路板之间焊锡切断，使引脚脱开印制电路板。(4)用吸锡电烙铁拆焊 在使用吸锡铬铁时，先让电铬铁预热，压下吸锡烙铁上的一个压缩开关，然后将电铬铁头部的孔套元器件露出的引脚上，待焊点上的焊锡被电烙铁所熔解，按动烙铁上的按钮，将焊点上的焊锡吸掉。4.2.2想一想 焊接缺陷分析一、焊接质量要求1、焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。 2、焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构。只是简单地依附在被焊金属表面上。 3、焊点表面要光滑、清洁，焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。如图2-26所示为典型焊点的外形，对它的要求是：(1)形状为近似圆锥而表面稍微凹陷，呈漫坡状，以焊接导线为中心，对称成裙形展开。虚焊点的表面往往向外凸出，可以鉴别出来。(2)焊点上焊料的连接面呈凹形自然过渡，焊锡和焊件的交界处平滑，接触角尽可能小。图2-26 典型焊点的外形二、焊接缺陷分析在实际焊接操作中，由于操作的不规范、不合理，会产生一些焊接的缺陷，常见的有以下情况，如图2-11所示。1、虚焊、假焊从外表观察似乎元器件引脚与焊盘已连接在一起，但是两者之间不导电或导