焊接培训教材.doc

1 适用范围本文规定了电子技术产品焊接时应遵循的基本工艺要求。本工艺适应于以印制线路板（PCB）为组装基板和装联组件产品的制造和返修。2 引用标准GB 3131-88 锡铅焊料QJ 3117-99 航天电子电气产品手工焊接工艺技术要求3正文在电子产品装配过程中，焊接是一种主要的连接方式。它是将组成产品的各种元器件通过导线、印刷线路板或接点等，使用焊接的方法牢固地连接在一起的过程。加热被焊金属件和锡铅焊料，使锡铅焊料熔化，借助于焊剂的作用，使焊料浸润已加热的被焊金属件表面形成合金，焊料凝固后，被焊金属件即连接在一起。3.1电烙铁的选用电烙铁是手工焊接的基本工具，而手工焊接在当前整机装配工作中仍占有相当的比重，因此需要详细了解电烙铁的选用知识，它是装配工人做好焊接工作的基础。选用电烙铁的主要依据是产品的电路结构形式，被焊接器件的热敏感性与焊料的特性及操作者的使用方便。所选用电烙铁的热性能（包括电烙铁的功率、加热形式和烙铁头的形状）应能满足上述几方面的要求。3.1.1电烙铁的功率及加热形式 电烙铁上标出的功率实际上是单位时间内消耗的电源能量，而并非电烙铁的实际功率。常用的电烙铁有两种加热方式：内热式与外热式。由于加热方式不同，相同瓦数电烙铁的实际功率相差很大，一个20瓦内热式电烙铁的实际功率，就相当于2545瓦外热式电烙铁的实际功率。选用电烙铁时首先要注意电烙铁的加热方式。相同加热方式的电烙铁，一般是功率越大，烙铁头的温度越高，热容量也越大。3.1.2烙铁头的分类 电烙铁的烙铁头，一般都是用纯紫铜制做的，这是因为纯紫铜传热快、易上锡和良好的加工特性。 用纯铜制造的烙铁头，在温度较高时易于氧化，要经常进行修整、重新上锡才能继续使用。为延长烙铁头的使用寿命，最简单的办法是将烙铁头加以锻打，增加金属分子的密度。经常保持烙铁头的清洁，及时上锡也可延长使用时间。为进一步延长烙铁头的使用寿命，可以将烙铁头镀上铁或铁镍合金。使用这种带耐腐蚀层的烙铁头时，不能象使用纯铜制造的烙铁头那样，用锉刀或铁刷子来清理，以防破坏耐腐蚀镀层。清洁这种烙铁头时，可在湿碎布或海绵上来回擦，也可在松香块上擦洗。擦洗应在电烙铁加热的状态下进行。3.1.3电烙铁的选用原则 （1）烙铁头的形状要适应被焊物面的要求和产品的装配密度。 （2）烙铁头的顶端温度要与焊料的熔点相适应，一般应比焊料的熔点高3080（不包括在电烙铁头接触焊接点时下降的温度）。 （3）电烙铁的热容量要恰当，热容量太小，接触焊接物面时，烙铁头的顶端温度下降很快，影响焊接的顺利进行，使焊接点的强度降低，并使焊接点的表面发暗，不光亮。电烙铁的热容量太大时，易导致元器件及焊接点过热。容易损坏元器件的导线的绝缘层，也会造成焊料在焊接点上流动过快而不易控制。 （4）烙铁头的温度恢复时间要与被焊物面的热要求相适应。温度恢复时间是指在焊接周期内，烙铁头顶端的温度因热量散失而降低后，再恢复到最高温度所需要的时间，它与电烙铁的功率、热容量以及烙铁头的形状、长短有关。3.1.4选用电烙铁的要求1手工焊接应使用温度能自动控制的电烙铁，烙铁的温度应定期校验。2烙铁头的大小应满足焊接空间和连接点的需要，不应造成邻近区域元器件和连接点的损伤。3除采用自动调节功率电烙铁外，线路板组装件的焊接一般采用3050W电烙铁；微型器件及片状元件的焊接建议采用1020W电烙铁；大型接线端子和接地线的焊接建议采用5075W电烙铁。4电烙铁工作时应保证良好接地。大地与烙铁头部的电位差不得大于2mV（有效值），电烙铁以及相关工艺设备的磁场，在元器件或零件的任意表面上测量，不应大于210-4T。3.2手工焊接3.2.1线路板的焊接特点 印制线路板是用某些粘合剂把铜箔压粘在绝缘板上制成的。绝缘板的材料有环氧玻璃布、酚醛绝缘纸板等。铜箔与这些绝缘材料的粘合能力本来就不强，高温时就更差。一般环氧玻璃布覆铜箔板允许连续使用的温度是140左右，远低于焊接温度。由于铜箔与绝缘板的膨胀系数不同，如果焊接时温度过高、时间过长，就会引起线路板起泡、变形甚至使铜箔脱落。3.2.2锡焊接的条件3.2.2.1被焊件必须具备可焊性可焊性也就是可浸润性，它是指被焊接的金属材料与焊锡在适当温度和助焊剂作用下形成良好结合的性能。 3.2.2.2被焊金属表面应保持清洁金属表面的氧化物和粉尘、油污等会妨碍焊料浸润被焊金属表面。在焊接前可用机械或化学方法清除这些杂物。 3.2.2.3 使用合适的助焊剂助焊剂的种类繁多，效果也不一样。使用时必须根据被焊件的材料性质、表面状况和焊接方法来选取。助焊剂的用量越大，助焊效果越好，可焊性越强，但焊剂残渣也越多。有些助焊剂残渣不仅会腐蚀金属零件，而且会使产品的绝缘性能变关。因此在锡焊完成后应进行清洗除渣。 3.2.2.4 具有适当的焊接温度加热的作用是使焊锡熔化并向被焊金属材料扩散，以及使金属材料上升到焊接温度，从而生成金属合金。温度过低，则达不到上述要求而难于焊接，造成虚焊。提高锡焊的温度虽然可以提高锡焊的速度，但温度过高会使焊料处于非共晶状态，加速助焊剂的分解，使焊料性能下降，还会导致印刷板上的焊盘脱落。 3.2.2.5 具有合适的焊接时间在焊接温度确定以后，就应根据被焊件的形状、大小和性质等来确定焊接时间。焊接时间是指在焊接过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。焊接时间要掌握适当，过长易损坏焊接部位及元器件，过短则达不到焊接要求。3.2.3手工焊接的工艺流程3.2.3.1工艺流程图 手工焊接的工艺流程图见图1。清 洗冷 却加 焊 料加 热加 焊 剂清洁处理电烙铁准备图1 手工焊接工艺流程图3.2.3.2主要工序说明（1）电烙铁准备：烙铁头应完全插入加热器内，加热部分与手柄应牢固可靠。将烙铁头加热至可以熔化焊料的温度，在头部浸一层薄而均匀的焊料，并用清洁潮湿的海绵或湿布擦拭烙铁头表面。（2）清洁处理：待焊的导线、元器件引线、接线端子及线路板均应进行清洁处理，并保证其可焊性。（3）加焊剂：所有焊接部位均应使用焊剂。使用液态焊剂时，应薄而均匀地涂于连接部位；使用带焊剂芯的线状焊料时，除重焊或返工外，不再使用液态焊剂。（4）加热：将电烙铁置于连接部位，热能量通过焊剂迅速传递并达到焊接温度。应避免过长的加热时间，过高的压力和温度。对电子元器件的焊接，建议烙铁头部温度为280，但任何情况下不得超过320。（5）加焊料：焊料应加在烙铁头和连接部位的结合部，并保持作为热传导的焊料桥的存在（见图2），焊料应适量，并要覆盖住整个连接部位，形成凹形焊锡轮廓线。根据连接部位的结构特征，焊接操作时间一般不超过3s。热敏元器件焊接时应采取必要的散热措施。图2 焊料应用和焊料桥图中：A：母材金属上的氧化膜 B：沸腾的焊剂溶液在氧化膜上流动 C：与焊剂接触的裸金属 D：代替焊剂的液态焊料 E：焊料与母材金属反应形成合金层 F：起热传导作用的焊料桥 G：烙铁头（6）冷却：焊点应在室温下自然冷却，严禁用嘴吹或用其它强制冷却方法。在焊料冷却和凝固的过程中，焊点不应受到任何外力的影响。（7）清洗：焊点及周围表面的焊剂残留物、油污、灰尘等应进行100%的清洗。3.2.4基本操作工艺 3.2.4.1拿烙铁的方法烙铁头的方向一般在工作台工作时，如图3所示不同的工作需要采用不同的拿烙铁方法。以下3种因素影响从烙铁头向焊接端子的传热：1.接触压力；2.接触面积；3.接触角度。若要焊的物体热容量大，则在它的上面的接触压力也就加大，以便尽可能地达到所要求的温度。 （a）工作台（面板配线） （b）装机架配线 （c）工作台（小件配线） （d）工作台（线路板）图3 几种拿烙铁的方法3.2.4.2拿锡的方法首先，在使用焊锡之前，为了清除粘在焊锡表面的污物，应该用布好好地擦拭干净。使用大的电烙铁时，烙铁在左手，右手拿焊锡，而一般场合采用左手拿焊锡。参照图4，在离焊锡头35cm地方，用拇指和食指轻轻捏住，将中指也靠在这上面，使焊锡能自由地供给。（a）是连续作业时，拿焊锡的方法；（b）是间断焊接时，拿焊锡的方法。 （a）连续作业时 （b）间断作业时图4 拿焊锡的方法 3.2.4.3焊锡的供给方法1给焊锡的时间每当接合金属的温度达到焊锡熔化温度的时候，不失时机地把焊锡加上。当温度太高，则金属表面就急剧地氧化，因此必须正确掌握加热时间。2加焊锡的位置在烙铁和接合金属接触时，不管哪个位置，都加给极少量的焊锡，以便使烙铁和接合金属的热传导增加，成为均一的热平衡状态。然后，在加热点的对面加焊锡。回为焊锡有从温度低向温度高的地方流动的特性。要充分地利用这个性质进行作业，如图5所示：端子焊锡铜线半弓状的凹下圆滑的下底无裂纹气泡焊锡薄得连线的轮廓都可以看出来 图5 给焊锡的顺序 图6 焊接的外观和形状3.2.4.4焊锡的饱满程度焊接的外观和形状如图6所示。焊锡量的控制如图7所示，图中（a）为良好焊接，焊点饮满且左右成对称相似形，它的厚薄程度应能看出线筋的轮廓，能够形成半弓形状的凹面。在整个面上都很光亮，必须焊成有金属光泽的棱条，并且在接合处没有裂纹和气泡。如果焊锡过于饱满，则有可能将隐藏缺陷留在焊点中而影响焊接强度。（b）焊锡量过多且易掩盖焊点不良。（c）焊锡量不足，强度不够。半弓形凸下凸部越小越好图7 焊锡量3.2.5焊接前的准备为了得到良好的焊接点，线路板的被焊接点与元器件的引线及导线等一定要保持清洁。线路板的保存时间不宜过长，以防所涂的助焊剂发生变化，影响焊接质量。切勿用油手、汗手及其他油脂物弄脏线路板的焊接处，如果弄脏了，要用无水酒精擦拭干净，重涂助焊剂。适当加热烙铁，一般来说，烙铁头的温度在320以下时可以减少烙铁头的腐蚀。也可以在烙铁头上涂锡，可以延长使用时间，防止氧化。3.2.6电烙铁焊接操作工艺 3.2.6.1准备将被焊件、电烙铁、烙铁架等准备好，并放置于便于操作的地方。焊接前要先将加热到能熔锡的烙铁头放在松香或蘸水海绵上轻轻擦拭，以去除烙铁头上的氧化物残渣；然后把少量的焊料和助焊剂加到清洁的烙铁上，让烙铁随时处于可焊接状态。 3.2.6.2加热焊接点将烙铁头放置在焊接点上，使焊接点升温。如果烙铁头上带有少量焊料（可在清洁烙铁头时带上），可以使烙铁头的热量较快传到焊接点上，见图8（a）所示。 3.2.6.3熔化焊料将焊点加热到一定温度后，用焊锡丝触到焊接件外，熔化适量的焊料。焊锡丝应从烙铁头的对称侧加入，而不是直接加在烙铁头上，见图8（b）所示。 3.2.6.4移动烙铁头，拿开焊锡丝在焊接点上的焊料开始熔化后，应将依附在焊接点上的烙铁头根据焊接点的形状移动，以使熔化的焊料在焊剂的帮助下流布接点，并渗入被焊物面的缝隙。在焊接点上的焊料适量后，迅速移开焊锡丝，见图8（c）所示。 3.2.6.5拿开电烙铁在焊接点上的焊料接近饱满，焊剂尚未完全挥发，也就是焊接点上的温度最适当，焊锡最光亮，流动性最强的时刻，迅速拿开电烙铁，见图8（d）所示。拿开电烙铁的时间、方向和速度，决定着焊接点的质量和外观。正确方法是：烙铁头沿焊接点水平方向移动，在将要离开焊接点时，快速往回带一下，然后迅速离开焊接点。这样才能保证焊接点光亮、圆滑、不出毛刺。 （a） （b） （c） （d）图8 焊接步骤（a）加热焊接点 （b）熔化焊料 （c）移动烙铁头，拿开焊锡丝 （d）拿开电烙铁以上介绍的焊接操作工艺，需要焊接人员熟练掌握和细心体会其中的要领。从焊接点拿开电烙铁这一步骤，是获得高质量焊接点的关键，更要十分熟练地掌握。对于比较容易焊接的一般焊接点，在连续焊接时，为了加快焊接速度，可将焊接步骤简化如下：将烙铁与焊锡丝同时移向焊接点。在快要接触焊接点时，用烙铁头熔化一段焊锡丝，然后迅速将烙铁头接触焊接点。接着将烙铁头在焊接点上移动，使熔化的焊料流布焊接点并渗入被焊物面的缝隙。最后迅速移开焊锡丝和拿开烙铁头，这几乎是同时完成的，但要注意移开焊锡丝的时间决不要迟于离开烙铁头的时间。在采用这种快速焊接法时，操作者要熟练掌握焊料的用量及焊接的时间，要在焊剂未完全挥发之前就完成烙铁头在焊接点上的移动有序拿开步骤，才能获得满意的效果。在焊接完了数个焊接点后，要及时检查焊接质量。发现质量不好的焊接点，要重新焊接。对一些较难焊接的焊接点，为了增强焊接效果，可加涂一些焊剂，并可适当增加些焊接时间。3.2.7对焊接的基本要求 3.2.7.1 具有良好的导电性只有焊点良好，才能达到这一要求。良好的焊点使焊料与金属被焊面互相扩散形成金属化合物，而不是简单的将焊料堆附在被焊金属面上或只有部分形成金属化合物。未形成化合物的简单堆附或只有部分形成合金的锡焊称为虚焊。虚焊使焊接的大敌，要使电子产品能长期可靠地工作，至关重要的是一定要消灭虚焊现象。 3.2.7.2 焊点上的焊料要适当焊点上的焊料过少，不仅机械强度低，而且由于表面氧化层逐渐加深，容易导致焊接失效。若焊料过多，不仅浪费焊料，还容易造成短路和虚焊现象。 3.2.7.3 具有一定的机械强度焊点的作用是连接两个或两个以上的元器件，并使电器接触良好。为使被焊件不松动或脱落，焊点应有一定的强度。锡焊焊料中的锡和铅的强度都比较低，为了增加强度，可根据需要增大焊接面积。 3.2.7.4 焊接表面应有良好光泽优良的焊点应光滑，有特殊光泽和良好的颜色，不应有凹凸不平和颜色及光泽不均的现象。这主要是与焊接及使用的助焊剂有关。 3.2.7.5 焊点不应有毛刺、空隙。 3.2.7.6 焊点表面应清洁。焊点表面的污垢，特别是助焊剂的有害残留物，如不及时清除，会埋下隐患。3.2.8焊接注意事项 在焊接过程中，除应严格按照焊接操作工艺去操作外，还应注意以下几个方面：3.2.8.1烙铁头的温度要适当不同温度的烙铁头放在松香块上，会产生不同的现象。烙铁头的温度过高时，松香会迅速熔化，发出声音，并产生大量的蓝烟，其颜色很快由淡黄色变成黑色。烙铁头的温度过低时松香不易熔化。一般来说，松香熔化较快又不冒烟时的温度较为适宜。 3.2.8.2焊接的时间要适当从加热焊接点到焊料熔化并流满焊接点，一般应在23秒钟内完成。如果焊接时间过长，则焊接点上的焊剂完全挥发，就失去了助焊作用。在这种情况下继续熔化的焊料就会在高温下吸附空气促使焊接点表面氧化，造成焊接点表面粗糙、发黑不光亮、焊料扩展不好、焊接点不圆等疵病。焊接时间过长、温度过高，还容易损坏被焊器件及导线绝缘层及接点等。 3.2.8.3焊料与焊剂使用要适量一般焊接点上的焊料与焊剂使用过多或过少造成的影响，前面已有介绍。对于小型电子管管座一类器件的焊接，更不能使用过多的焊料与焊剂，尤其是在使用焊锡丝做焊料时。焊锡丝本身带一定理的焊剂，已足够使用。如果焊接前再用松香清洗烙铁头，使熔化的松香大量依附在烙铁头上，则多余的焊剂极易流入管座插孔焊片的底部，在管脚周围形成一层绝缘层，造成管脚与管座之间接触不良。若使用焊料过多，则多余的焊料也会流入管座的底部，可能造成管脚之间短路或降低了管脚之间的绝缘，给产品带来隐患。 3.2.8.4防止焊接点上的焊锡任意流动理想的焊接应当是焊锡只焊接在需要焊接的地方。这需要熟练掌握焊接技巧，严格控制焊锡流向。不应使用大功率电烙铁焊接较小的器件，这是因为温度过高时，焊料流动很快，不易控制。在焊接操作上，开始时焊料要少些，待焊接点达到焊接温度，焊料流入焊接点空隙后再补充焊料，迅速完成焊接。 3.2.8.5焊接过程中不要触动焊接点在焊接点上的焊料尚未完全凝固时，不应移动焊接点上的被焊器件及导线，否则焊接点要变形，出现虚焊现象。 3.2.8.6不应烫伤周围的元器件及导线焊接时要注意不要使电烙铁烫伤周围导线的塑胶绝缘层及元器件的表面，尤其是焊接结构比较紧凑、形状比较复杂的产品。必要时可先暂时移动影响焊接的导线或元器件的位置，焊接后再恢复原位。 3.2.8.7利用焊接点上的余热，完成有关的操作在焊接点上的焊料已凝固而尚未完全冷却时，可借助于焊接点上的余热，将焊接时遇热收缩的导线塑胶绝缘层及时捡到原位。某些焊接点击破要套上紧配合的塑料套管，也可用此余热进行。 3.2.8.8及时做好焊接后的清除工作焊接完毕后，应将剪掉的导线头及焊接时掉下的锡渣等及时清除，防止落入产品内带来隐患。3.2.9烙铁的温度控制1使用烙铁的标准温度应是：280350。2对于插装件的电阻、电阻、二极管、三极管等温度控制在：30032010，每个焊点的作业时间应控制在2-3秒之间。3芯片类譬如：SOP、QFP等温度应控制在：2805，SOJ、PLCC等间距比较大的或接触面积大的芯片温度应控制在：3005，焊接时间在：3-4S，且每个焊点的重复焊接不得超过3次。4对于禁止高温的器件例如：0.5mm以下间距的芯片和某些禁止高温的特殊芯片，光藕，晶振，保险丝，晶体管等温度不超过30010。烙铁头的温度越高热传导越不稳定，不规则的温度范围越大。导致其碳化加快，引起在焊点处出现针孔，其次是松香酸很快失效。3.2.10烙铁的正确使用和保养1焊接前先将烙铁头上的锡渣在蘸水海绵擦拭干净，因残锡具有散热效果，会降低烙铁头的温度。2烙铁头局部氧化可加锡，多次在蘸水海绵上擦拭，直至烙铁头光亮为止；完全氧化时，可用细沙纸轻擦干净，并加锡保养。3暂时不用烙铁时，应加锡保养并将温度调到最低，下班前应除上述措施外需关闭电源开关。4定期松动烙铁头，防止烙铁头卡死现象。5在不影响焊锡效果的情况下，烙铁温度越低越好，烙铁的使用寿命越长。6控制烙铁头与焊点的力度，一般应小于100g。7烙铁与平面间的夹角应在3045之间。3.3修板及返修工艺3.3.1 手工焊、修板及返修工艺目的1由于设计或工艺要求有的元器件需要在完成回流焊或波峰后进行焊接，还有一些不能清洗的元器件需要在完成清洗后时手工焊接。2在回流焊工艺中，由于焊盘设计不合理，不良的锡膏印刷，不正确的元器件贴装，锡膏塌落，回流焊不充分等都会引起开路、桥接、虚焊和不良湿润等焊点缺陷。对于窄间距SMT器件，由于对印刷、贴装共面性的要求很高，因此引脚焊接的返修很常见。在波峰焊工艺中，由于阴影效应等原因也会产生以上焊点缺陷，从而需要通过手工借助必要工具进行修整后可祛除各种焊点缺陷，从而获得合格的焊点。3补焊漏贴的元器件。4更换贴错位置以及损坏的元器件。5在线测试或功能测试以及单板和整机调试后也有一些需要更换的元器件。3.3.2 焊后补件和修板工艺要求1操作人员应带防静电手腕。2一般要求采用防静电恒温烙铁，采用普通烙铁时必须接地良好。3返修CHIP件时应采用1520W小功率烙铁，烙铁头温度控制在280以下。4焊接时不允许直接加热CHIP件的焊端和元器件引脚的脚跟以上部位，焊接时间不超过3S，同一个焊点反复操作次数不能超过2次。5烙铁头始终保持无钩、无刺。6烙铁头不得重触焊盘，不要反复长时间在一焊点加热，不得划破焊盘及导线。7拆取器件时，应等到全部引脚完全融化时再取下器件，以防破坏器件的共面性。8焊剂和焊料要与回流焊和波峰焊时一致或匹配，免清洗或水溶性材料一定不能混淆。3.3.3 焊后补件和修板技术要求1元器件焊点表面应连续、完整、光滑，CHIP件的端头不能脱帽。2元器件的极性和方向应符合工艺图纸要求。3元器件组装位置准确居中。3.3.4 各种封装器件及缺陷修板方法3.3.4.1 虚焊、桥接、拉尖、不润湿、焊料量少等焊点缺陷的修整1用细毛笔蘸助焊剂涂在元器件焊点上。2用扁铲形烙铁头加热焊点，将元器件焊端或引脚与焊盘之间的焊料融化，消除虚焊、拉尖、不润湿等焊点缺陷，使焊点光滑、完整。3在桥接处涂适量助焊剂，用烙铁头加热融化桥接处焊点，并缓慢向外或焊点的一侧拖拉，使桥接的焊点分开。4用烙铁头加热融化焊料量少的焊点，同时加少许0.50.8mm的焊锡丝，要掌握好加焊锡丝的速度，焊锡丝碰到烙铁头应迅速离开，否则焊料会加得太多。3.3.4.2 CHIP元件吊桥、元件移位的修整 1用细毛笔蘸助焊剂涂在元器件的焊点上。2用镊子夹持吊桥或移位的元件。3用马蹄形烙铁头加热元件两端焊点，焊点融化后立即将元件的两个焊端移到相对应焊盘上烙铁头离开焊点后再松开镊子。4操作不熟练时，也可以先将元件取下来，然后再按照1，2，3步骤进行修整。5修整时注意烙铁头不要直接碰CHIP元件的焊端，CHIP元件只能按以