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第四章 焊接技术与元器件装配工艺装配、焊接是电子设备制造中极为重要的一个环节,任何一个设计精良的电子装置,没有相应的工艺保证是难以达到技术指标的。从元器件的选择、测试,直到装配成一台完整的电子设备,须经过多道工序。在专业生产中,多采用 自 动 化流水线。但在产品的研 制、设备维修中,乃至一些生产厂家,目前仍采用手工装配焊接方法。本章主要介绍手工焊接技术与装配工艺。4.1焊接基本知识4.1.1 焊接工具4.1.1.1 电烙铁的分类及分类电烙铁是手工焊接的主要工具,选择合适的电烙铁,并合理地使用它,是保证焊接质量的关键。由于用途、结构的不同,有各式各样的电烙铁。最常用的是单一焊接用的直热式电烙铁。它分为内热式和外热式两种。图4.1.1为典型直热式电烙铁结构,主要由以下几部分组成:图4.1.1 典型烙铁结构示意图发热元件:发热元件是电烙铁中的能量装换部分,俗话烙铁芯子。它是将镍烙发热电阻丝缠在云母、陶瓷等耐热、绝缘材料构成的。内热式与外热式主要区别在于外热式发热元件在传热体的外部,而内热式发热元件在传媒体的内部,也就是烙铁芯在内部发热。显然,内热式能量转换效率高。因而,同样温度的电烙铁内热式体积、重量优于外热式。烙铁头:作为能量存储和传递的烙铁头,一般用紫铜制成。在使用中,因高温氧化和焊剂腐蚀会变得凹凸不平,须经常清理和修整。手柄:一般用木料或胶木制成,设计不良的手柄,温度过高会影响操作。接线柱:这是发热元件同电源线的连接处。一般电烙铁有三个接线柱,其中一个是接金属外壳的,接线时应用三芯线将外壳接保护零线。用新烙铁或换烙铁芯时,应判明接地端,最简单的办法式用万用表测外壳与接线柱之间的电阻。 4.1.1.2 电烙铁的选用 电烙铁的选用,一般应根据焊接面积的大小、焊件大小与性质和导线的粗细进行选择。焊接集成电路一般选用25W的电烙铁,焊接CMOS电路一般选用20W内热式电烙铁,而且外壳要连接地线,焊接小功率半导体管和小型元件时宜选择45W一下的烙铁,焊接粗导线和大型元件时可选用75W及其以上的烙铁。 4.1.1.3 铁头的选择与修整 常用烙铁头形状如图4.1.2。图 4.1.2 各种常用烙铁头紫铜烙铁头经常使用一段时间后,表面会凸凹不平,而且氧化层严重,这种情况下需要修整。一般是将烙铁头拿下来,用粗细锉刀修整成自己要求的形状,然后通电,待烙铁热后,在木板上发起放些松香及一段焊锡,烙铁头沾上锡后在松香中来回摩擦,直到烙铁头修整面均匀镀上一层锡为止。(注:新烙铁头通电前,一定要先浸松香水,否则 表面会生成一种难镀锡的氧化层)。4.1.1.4 其他常用工具 尖嘴钳:头部较细,适用于夹小型金属零件或弯曲元器件引线,不宜用于敲打物体或夹持螺母。 平嘴钳:平嘴钳口平直,适用于夹弯曲器件管脚与引线。因其钳口无纹路,所以对导线拉直、整形比尖嘴钳适用。但因钳口较薄,不易夹持螺母或需施力较大的部落。 斜口钳:用于剪焊后的线头,也可与尖嘴钳合用剥导线的绝缘皮。剥线钳:专用于剥有包皮的导线。使用时注意将须剥皮的导线放入合适的槽口,剥皮时不能剪断导线。平头钳(克丝钳):其头部较平宽,适用于螺母、紧固件的装配操作。 镊子:有尖嘴镊子和园嘴镊子两种。尖嘴镊子适用于夹持较细的导线,以便于装配焊接。圆嘴镊子用于弯曲元器件引线和夹持元器件焊接等,用镊子夹持元器件焊接还起散热作用。 螺丝刀:又成起子、改锥。有“一“字式和“+”字式两种,专用于拧螺钉。 4.1.2 焊料和焊剂 4.1.2.1 焊料 焊料是易熔金属,熔点应低于被焊金属。焊料熔化时,在被焊金属表面形成而与被焊金属连接到一起。对于焊料,要求它有良好的流动性、附着性、一定的机械强度、良好的润湿性、宽度不大的凝固区域、熔点低、导电性好、使用方便。 常用的焊料式焊锡,焊锡是一种铅锡合金。在锡中加入铅后可获得锡与铅都不具有的优良特性。锡的熔点为232oC摄氏度 ,铅为327oC摄氏度,当铅锡比例为60:40的焊锡,其熔点只有190 oC摄氏度左右,非常便于焊接。铅锡合金的机械强度时铅锡本身的23倍,而且降低了表面张力和粘度,从而增大了流动性,提高了抗氧化能力。市面上出售的焊锡丝有两种:一种是把焊锡做成管状,管内填有松香,称松香芯焊锡丝,使用这种焊锡丝时,可以不加助焊剂;另一种是无松香的焊锡丝,焊接时要加助焊剂。4.1.2.2 焊剂由于电子设备的金属表面同空气接触后都会生成一种氧化膜,温度越高,氧化越厉害。这种氧化膜阻止液态焊锡对金属的侵蚀作用。而助焊剂就是用于清除氧化膜,防止氧化,增加焊锡流动性,保证焊锡侵蚀作用,使焊点美观的一种化学剂。对焊剂的要求:熔点应低于焊料,表面张力、粘度、比重应小于焊料,残渣容易清除,不能腐蚀母板,不产生有害气体和臭味。通常使用的焊剂有松香和松香酒精溶液。后者是用一份松香粉末和三份酒精(无水乙醇)配制而成,焊接效果比前者好。令一种焊剂式焊油膏,在电子电路的焊接中,一般不用它,因为它是酸性的焊剂,对金属有腐蚀作用。若确实需要,焊接后应立即将焊点附近清洗干净。4.2元件焊接前的准备4.2.1 元器件引线加工成型元器件在印制板上的排列和安装方式有两种:一种是立式,另一种是卧式。元器件引线的形状应根据焊盘孔的距离和装配上的不同而加工成型。加工时,注意不要将引线齐根折弯,并用工具保护好引线的根部,以免损坏元器件。表4.2.1列出了常用的几种引线成型尺寸要求。表4.2.1 元器件啊引线成型尺寸(mm)成型后的元器件,在焊接时尽量保持其排列整齐,同类元件要保持高度一致。各元器件的符号标志向上(卧式)或向外(立式),以便于检查。4.2.2 镀锡元器件的引线一般都镀有一层薄的锡料,但时间一长,引线表面产生一层氧化膜,影响焊接。所以,除少数有良好银、金镀层的引线外,大部分元器件在焊接前都要重新镀锡。镀锡,实际就是液态焊锡对被焊金属表面的润浸,形成一层既不同于被焊金属又不同于焊接的结合层。这一结合层将焊接锡同待焊金属这两种性能、成分都不相同的材料牢固连接起来。而实际的焊接工作只不过是用焊锡润浸待焊接零件的结合处,熔化焊锡并重新凝结的过程。镀锡要点:(1)净化金属表面:焊剂的作用主要是加热时破坏金属表面的氧化层,而对锈迹、油迹等杂质并不起作用。各元器件、焊片、导线等都可能在加工、存储的过程中带有不同的污物,轻者用酒精或丙酮擦洗,严重的要用刀刮或砂纸打磨直到露出光亮金属后再蘸上松香水,镀上锡。多股导线镀锡前要用剥线钳或其他方法去掉绝缘皮(不要将导线剥伤或造成断股),再将剥好的导线拧在一起后镀锡。镀锡时不要把焊锡浸入到绝缘皮中,最好在绝缘皮前留13mm间隔使之没有锡,以利于穿套管。(2)加热温度要足够 :要使 焊锡润浸良好,被焊金属表面温度应接近熔化时的焊锡温度,才能形成良好的结合层。因此应根据焊件大小供给它足够的热量。但考虑到原器件承受温度不能太高,因此必须掌握恰到好处的加热时间。(3)要使用有效的焊剂:松香是广泛应用的焊剂,但松香经反复加热后就会失效,发黑的松香实际已不起什么作用,应及时更换。4.3 手工烙铁焊接技术4.3.1焊接操作姿势焊剂加热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少于20cm,通常以30cm为宜。电烙铁拿法通常有三种,如图4.3.1所示。图 4.3.1 电烙铁拿法反握法动作稳定,长时间操作不易疲劳,适于大功率烙铁的操作。正握法适于中等功率或带弯头电烙铁的操作。一般在操作台焊印制板等焊件时,多采用握笔法。焊接丝一般有两种拿法,如图4.3.2所示。图 4.3.2 焊锡丝拿法由于焊接成分中铅占一定比例,众所周知铅是对人体有害的重金属,因此操作时应戴上手套或操作后洗手,避免食入。电烙铁用后一定要稳妥放于烙铁架上,并注意导线等物不要碰烙铁。4.3.2焊接操作的基本步骤(1)准给施焊:左手拿焊丝,右手握烙铁(烙铁头应保持干净,并吃上锡),处于随时可施焊状态,如图所示。(2)加热焊件:应注意加热整个焊件整体,例如,图中导线与接线柱要均匀受热,如图4.3.3所示。图 4.3.3 焊锡五步操作法(3)送入焊丝:加热焊件达到一定温度后,焊丝从烙铁对面接触焊件(而不是烙铁),如图所示。(4)移开焊丝:当焊丝融化一定量后,立即移开焊丝,如图示。(5)移开烙铁:焊锡浸润焊盘或焊件的施焊部位后,移开烙铁,如图所示。对于热容量小的焊件,上述整个过程不过24s,各部时间的控制,时序的准确掌握,动作的协调熟练都应该通过实践用心体会解决问题。4.3.3焊接操作手法(1)保持烙铁头的清洁:因为焊接时烙铁头长期处于高温状态,又接触焊剂等杂质,其表面很容易氧化并沾上一层黑色杂质,这些杂志几乎形成隔热层,使烙铁头失去加热作用。因此要随时在烙铁架上蹭去杂质。(2)采用正确的加热方法:要靠增加接触面积加快传热,而不要用烙铁对焊件加力,即应该根据焊件形状选用不同的烙铁头,或自己修正烙铁头,让烙铁头与焊件形成面接触而不是点或线接触。为了提高烙铁头的加热效率,烙铁头上应保留少量焊锡作为加热烙铁头与焊件之间传热的桥梁。同时还要注意,加热时应让焊件上焊锡浸润的各部分均匀受热,而不是仅加热焊件的一部分,正确的加热方法如图所示。图 4.3.4 正确的加热方法(3)在焊件凝固之前不要使焊件移动或振动:用镊子夹住焊件时,一定要等焊锡凝固后再移去镊子。这是因为焊锡凝固过程是结晶过程,在结晶期间受外力会改变结晶条件,形成大粒结晶,焊锡迅速凝固,造成所谓的“冷焊”。外观现象是表面光泽呈豆渣状。焊点内部结构疏松,造成焊点强度降低,导电性能差。因此,在焊锡凝固前,一定要保持焊件静止。(4)焊锡量要合适:过量的焊锡不但毫无必要的消耗了较贵的锡,而且增加焊接时间,相应降低了工作速度。更为严重的是在高密度的电路中,过量的焊锡很容易早曾不易觉察的短路。但是焊锡过少不能形成牢固的结合,同样也是不允许的,特别是在板上焊导线时,焊锡不足往往造成导线脱落,如图所示。图 4.3.5 焊锡量的掌握(5)不要用过量的焊剂:适量的焊剂是非常有用的名单不要认为越多越好。过量的松香不仅造成焊后焊点周围需要擦的工作量,而且延长了工作时间(松香融化、挥发需要并带走热量),降低了工作效率,而当时加热时间不足时,有容易夹杂到焊锡中形成“夹渣”缺陷。对开关元件的焊接,过量的焊剂容易流到触点处,从而造成接触不良。合适的焊剂量应该是松香水仅能浸润到将要形成的焊点,不要让松香水透过印制板流到元件面或插座孔里。(6)不要用烙铁头作为运载焊料的工具:有人习惯用寒铁头蘸上焊锡去焊接,这样很容易造成焊料的氧化,焊剂的挥发,因为烙铁头温度一般都在300C左右,焊锡丝中的焊剂在高温下容易分解挥发。在调试维修中,不得已用烙铁蘸锡焊接时,动作要迅速敏捷,防止氧化造成劣质焊点。4.4 电子线路手工焊接工艺4.4.1 印制电路板的焊接印制电路板在焊接之前要仔细检查,看其有无断路、短路、孔金属化不良以及是否涂有助焊剂或阻焊剂等。焊接前,将印制板上所有的元器件作整形、镀锡。焊接时,一般工序应焊较低的元件,后焊较高的和要求比较高的元件等。次序是:电阻 电容 二极管三极管其他元件等;先焊电路板当中的元件,后焊边上的元件。为保证焊好后的印刷电路板比较整齐,并占用最小的空间位置,印刷板上所有的元器件都要排列整齐,高度不超过最高元件高度,同类元件要保持高度一致。焊接结束后,需检查有无漏焊、虚焊现象。检查时,可用镊子将每个元器件管脚轻轻提一提,看是否摇动,若发现摇动,应重新焊好。4.4.2 集成电路的焊
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