焊接技术.docx
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焊接技术
目 錄
第一章焊接技術...........................3
第一節焊接目的...................................3
一、焊接的目的..........................................3
二、對焊點的三個基本要求................................3
三、影響焊接品質的基本要素..............................3
第二節焊接材料...................................3
一、焊錫................................................3
二、助焊劑..............................................5
第三節焊接工具及方式.............................7
一、（自動焊接技術）................................8
二、手工焊接技術.......................................10
第四節焊接不良狀況及原因........................12
一、潤焊不良及不均勻...................................12
二、錫球...............................................12
三、冷焊...............................................13
四、半邊焊.............................................13
五、焊錫過多（包焊）.....................................14
六、拉毛（冰柱）.........................................14
七、架橋（連錫）.........................................14
第五節常見不良及判定標准........................15
一、線材焊接判定標准...................................15
二、常見不良現象.......................................16
第一節焊接目的
一、焊接的目的：
焊接的目的是通過焊接作業，使焊接體和焊錫熔合成“合金中間層”金屬合金，通稱為金屬結合鍵（Cu6Sn5）。
“合金中間層”使焊接物與焊錫固定在一起（如下圖所示），其厚度要適中，太厚或太薄都是不良焊接。
所以焊接的目的不是用錫把兩個零件的接合點包起來，而是把兩個零件的接合處，加錫使它變為合金。
合金中間層
二、對焊點的三個基本要求：
1、良好的導電性；
2、一定的機械強度；
3、良好的外觀。
三、影響焊接品質的几個因素：
1、零件材料的焊錫性，即零件材料本身的焊錫性好壞；
2、溫度與時間，焊接溫度與時間的管理；
3、焊錫與助焊劑，焊錫絲與助焊劑本身材質的好壞；
4、基板設計、回路設計時，零件配置空間的大小。
第二節焊接材料
一、焊錫
焊錫作業中最重要的是焊錫絲，它主要的成分是由錫（Sn）所構成，环保,抗拉伸性好.
1、強度
焊錫作業系為了使兩零件間發生電之導通而做焊接工作，但焊錫要有適當之強度才不會剝落，焊錫絲具有最大之牽引力（如下圖所示）。
90%
60%
30%
2、物理特性：
一般而言，焊錫絲經過加溫而凝固成焊點的過程為：
焊錫絲（固體形態）Þ糊狀形態Þ液體形態（凝固），而錫絲亦稱為共晶錫絲（擁有一個共晶點），在焊接時不需經過糊狀形態（詳見下圖所示）。
（在糊狀形態之焊錫完全失去牽引力，所以焊接后不可馬上移動它。
）
比重
固相線
液相線
錫（Sn）
鉛（Pb）
溫度
溫度
100%
65%
35%
183.3°C
186.0°C
4.74
8.333
63%
37%
183.3°C
183.3°C
4.83
8.399
60%
40%
183.3°C
190.0°C
4.82
8.499
錫合金的純度要求很高，含有過量的其它雜質對焊接的品質影響很大，下表中列出了焊錫中各類其它金屬含量對焊錫品質的影響。
雜質
對焊錫品質的影響
銻
增加少量，其張力增大，焊條變得硬又脆，而融點會升高；
銅
含有0.02%以上時會變得又硬又脆，含有量愈多融點會升高；
鉍
高純度焊條含有量占0.001%，含有量增加其融點會下降；
鋅
含有鋅最有害處，含有0.001%，光澤性會消失，流動性變壞；
鐵
含有鐵時，焊條之光澤性變壞，接著力會降低；
鋁
與鋅一樣有害，尤其是流動性更壞。
錫絲的線徑很多種類，常有0.4、0.5、0.6、0.8、1.0mm，選用標准是根據錫點的大小選擇錫絲線徑的大小。
二、助焊劑
助焊劑是自動過錫焊接和手工焊接不可缺少的輔料，在波峰焊中，助焊劑和合金焊料分開使用，而在再流焊中，助焊劑則作為焊膏的重要組成部分。
焊接效果的好壞，除了與焊接工藝、元器件和印刷板的質量有關外，助焊劑的選擇是十分重要的。
性能良好的助焊劑應具有以下之作用：
â、除去被焊元件表面的氧化物；
ã、防止焊接時焊料和焊接表面的再氧化；
ä、降低焊料的表面張力，加速被焊物的共熔反應；
å、有利于熱傳遞到焊接區。
1、特性：
為充分發揮助焊劑的作用，對助焊劑的性能提出了各種要求，主要有以下几方面：
â、具有去除表面氧化物，防止再氧化和降低表面張力等特性，這是助焊劑必須具備的基本性能。
ã、熔點比焊料低，在焊料熔化之前，助焊劑要先熔化才能充分發揮助焊劑的作用。
ä、浸潤擴散速度比熔化焊料快，通常要求擴展率在90%以上。
å、粘度和比重比焊料小，粘度大會使浸潤擴散難，比重大就不能覆蓋焊料表面。
æ、焊接時不易產生焊珠飛濺，也不易產生毒氣和強烈的刺激性臭味。
ç、焊后殘渣易于去除，并具有不腐蝕，不吸濕和不導電等特性。
è、不粘性,焊接后不粘手，焊點不易拉毛尖。
é、在常溫下貯存穩定。
2、化學組成：
傳統的助焊劑通常以松香為基體，松香具有弱酸性、耐溫性、無腐蝕性、無毒性和長期穩定性，是不可多得的助焊材料。
通用的松香水助焊劑包括以下成分:
活性劑、成膜物質、添加劑和溶劑等。
â、活性劑是為了提高助焊劑能力而在焊劑中加入的活性物質，活性劑的活性是指它與焊料和被焊料表面氧化物起化學反應以便清潔金屬和促進潤濕的能力；
ã、成膜物質：
加入成膜物質，能在焊接后形成一層緊密的有機膜，保護焊點和基板，具有防腐蝕性和優良的電氣絕緣性；
ä、添加劑：
添加劑是為適應工藝環境而加入的具有特殊物理和化學性能的物質，常用的添加劑有:
a、調節劑：
為調節助焊劑的酸性而加入材料，如三乙醇胺等；
b、消光劑：
能消除焊點光澤，避免在操作過程和檢驗時克服眼睛疲勞和視力衰退，如無綱鹵化物，無機鹽等；
c、緩蝕劑：
加入緩蝕劑能保護印制板和元件引線，具有防潮、防霉、防腐蝕性能，又保持了優良的可焊性，用作緩腐蝕劑的物質大多是含氮化合物為主體的有機物；
d、光亮劑：
光亮劑能使焊點發光，可加入甘油、三乙醇胺，一般加入量約1%；
e、為保証使用安全，提高抗燃性而加入的材料稱阻燃劑，如溴丙醇、三溴丙醇等。
å、溶劑：
溶解助焊劑的固體成份而用，使之成為均相溶液，一般釆用異丙醇和乙醇作為溶劑，其應具備以下作用：
a、對助焊劑中各種固體成份具有良好的溶解性；
b、在常溫下揮發程度適中，在焊接溫度下迅速揮發；
c、氣味小、毒性小。
3、助焊劑的分類:
â、按狀態分有液態、糊狀和固態三類；
ã、按用途分有塗刷、噴塗和浸漬三類；
ä、按活性大小分為未活化、低活化、適率活化、全活化和高度活化五類；
å、按助焊劑殘留物有無分為腐蝕性和非腐蝕性兩大類；
æ、按化學成份分為三大類，即無機系列、有機系列和樹脂系列；
ç、按活性劑的化學成份分五類：
a、松香、有機酸體系，包括松香酸、硬脂酸、安息香酸等；
b、有機胺鹵化物，包括苯胺鹽酸鹽、二乙胺鹽酸鹽等；
c、水溶性醇類體系，包括乙二酸、甘油等；
d、無機體系，包括氯化銨、氯化鋅、鹽酸等；
e、其它，包括各種表面活性劑、尿素、氟碳化合物等。
è、按殘留物的溶解性能，將助焊劑分為如下三類：
無活性（R）類
a、有機溶劑清洗型 中等活性（RMA）類
活性（RA）類
無機鹽類
b、水清洗型 有機鹽類
有機酸類
c、免洗型
4、助焊劑的選用原則：
助焊劑的選擇一般考慮以下几點:
助焊效果好,無腐蝕,高絕緣,耐濕,無毒和長期穩定,但還需根據不同的焊接對象來選用助焊劑.
â、不同的焊接方法需用不同狀態的助焊劑，波峰焊應用液態助焊劑，再流焊應用糊狀助焊劑。
ã、當焊接對象可焊性好時，不必釆用活性強的助焊劑，反之則應選用活性較強的助焊劑。
在波峰焊和再流焊中常釆用中等活性助焊劑。
我廠釆用的松香水是種中性助焊劑，廣泛釆用于PCB過錫、手工補錫、配線等加工過程，其優點是無腐蝕性、去氧能力較強、絕緣性好。
缺點是對于表面氧化較嚴重的場合作用不大。
另外，造成表面圬染后不易去除，容易造成接電片接觸不良。
因此，在使用時特別注意適量的原則。
錫油是一種酸性助焊劑，主要使用于焊接表面氧化較嚴重的場合和對焊點（機械、電氣）要求較高的（如燈管壓簧線材的焊接等）場合。
優點是去氧化能力強。
缺點是腐蝕強，易造成PCB相鄰錫點間絕緣性降低，且存放時間越長，損害越嚴重。
因此，錫油的使用一定要在技术员的指導下進行，使用錫油后，須用酒精清洗。
二、手工焊接技術
1、焊接工具的正確使用和保養
â、電鉻鐵的材質
a、銅或銅合金所制成，其缺點為易受助焊劑的侵蝕；
b、銅材質施以鐵電鍍或于鐵電鍍后，再施以鍍鎳或鋁合金，其優點為防止過熱生成氧化物及助焊劑所造成之侵蝕。
ã、電鉻鐵使用時，其實際溫度之判別法：
a、以溫度測定器直接測量，測量時打開溫度器電源開關，將烙鐵尖端置于測溫器感知部，經4~5S后由顯示幕上直接讀取溫度；
b、將焊錫溶解于烙鐵，視其顏色的變化：
Ø、溫度低時，焊錫不易變色；
Ù、溫度高時（約400EC）數秒種內即變成紫色；
Ú、溫度適當時3~5S秒內變成黃色（350EC）。
ä、電烙鐵的使用方法
烙鐵使用時應先加熱工作體，再以焊錫與工作體接觸，使之溶解，勿將烙鐵當成搬運焊錫的工具，因這樣會使焊錫在還沒焊時，助焊劑即已分解貽盡。
å、烙鐵必須插在專用的烙鐵架上，這一點對正在加熱的烙鐵和未工作的烙鐵都非常的重要。
æ、一般與烙鐵架配套的都有一小塊海棉，它的目的主要是用來清潔烙鐵頭上的臟物和氧化了的廢錫。
這些臟物和廢錫都會對焊錫的品質產生很大的危害，所以必須使海棉保持適度的濕度（給海棉加水至提起時不滴水為限），以便清除這些臟物和廢錫。
這時有一點必須注意的是適度的濕潤，因為過度的濕潤會造成烙鐵頭的冷缺過快，從而無法清除廢錫和迅速的投入焊錫作業。
¤當你覺得烙鐵上錫太多時，不要釆取用用力甩和敲擊的方式，這是一種很危險的方式，不論對人還是對已。
ç、更換新的烙鐵頭或使用新的烙鐵時，須注意的是在烙鐵頭一旦加熱到可熔化錫絲時，烙鐵頭的尖端須加一定量的錫，以防烙鐵頭直接暴露在空氣中加熱而在表面形成不易上錫的氧化層。
如果一旦出現這些氧化層，不可用刀或銼將氧化層去掉，可用砂紙輕輕砂去，同時馬上上錫保護。
同理，在烙鐵放置長時間不使用時，要用錫將烙鐵頭保護起來，特別是下班后。
è、當烙鐵損壞時，請不要自行拆修，須找專人維修！
é、在選擇電烙鐵的功率時，須從品質和效率兩方面而考慮，電烙鐵的功率越大，焊錫速度就越快，但對作業人員的作業速度要求就越嚴。
如果速度稍慢就可能會造成線材、PCB、電子元件燙壞，同時能源易形成浪費。
電烙鐵功率偏小則會造成作業速度偏慢和焊錫品質下降，易出現冷焊、拉毛尖和虛焊。
因此從全面考慮多方面的因素后再選擇適當功率的電烙鐵。
一旦選定，如要再變更，則須由生技人員同意方可。
2、焊接作業步驟及各步驟具體要求:
（適用于所有焊錫作業）
焊錫面＋元件、線材
ß
預熱
ß
加錫（包括助焊劑）
ß
停止加錫
ß
提烙鐵
ß
冷卻
具體要求如下：
â、首先確認焊接位置及所需焊接之元件或線材，以免造成錯焊及漏焊。
再確認焊錫面及元件，線材表面是否清潔，如有嚴重之氧化現象，則視具體位置，加適量之松香或錫油以清除氧化層。
ã、預熱：
這里的預熱是指對銅箔面及被焊元件焊接位置同時加熱，使其同步達到熔錫溫度。
一般方法是用烙鐵同時緊靠元件面及元器件引腳，預熱時，需使其溫度達到280℃~330℃左右，一般需時0.5~1秒，預熱時間不得過短，以免引起焊接不良。
也不得過長，以免損壞元、器件。
ä、加錫：
這里指加焊劑和焊料，一般錫絲內均含有松香粉等助焊材料，加錫的方法是用錫絲直接加于加熱體和工作物之間，這樣，才有利于錫順利地流滿整個錫點。
加錫時，將錫加在元件引腳和銅箔面上，這將引起導熱不均勻，錫不易熔化，無流動性。
å、停止加錫：
指錫量已達到所需程度，故不需再加錫，此時應抽開錫絲，但烙鐵應再繼續加熱。
停止加錫時應以錫量剛好流滿整個錫點，如加錫過多，易形成包錫，加錫過少則易形成半邊錫。
æ、停止加熱（提烙鐵），停止加錫后繼續加熱作用為：
a、使被焊部件與焊錫能更好地結合；
b、使助焊劑揮發一部分，以免留下太多的殘留物。
加熱時間限度以助焊劑剛好完全揮發干淨為止。
如時間過長，助焊劑完全揮發后易引起錫點表面粗糙、拉毛等不良現象。
烙鐵應以45°角移開，速度適中。
以上五個動作時間應在3~5秒內完成。
ç、冷卻：
是指停止加熱后，應等錫點冷卻后再移動被焊物體，以免元件與鯛箔之間在錫未完全冷卻之前產生相對位移，而形成冷焊不良。
至錫點冷卻，方才完成整個焊接過程。
第四節焊接的不良狀況及原因分析
焊接的不良狀況存在于每一個有此種作業的環境中，了解這些不良狀況及產生的原因是每一個管理者所必具備的技能。
無論在手工焊接還是在自動設備焊接作業中，常見的不良點有潤焊不良、錫球、冷焊、半邊焊、包錫、冰柱、架橋、連錫和零件的短路等几種。
下面針對這些不良點作逐一的簡析。
一、 潤焊不良和潤焊不均勻
1、不良狀況：
指當焊錫時，錫無法全面包覆被焊物表面，而讓焊接物表面的金屬裸露。
潤焊不均勻是焊錫時，錫有全面的覆蓋整個焊錫面，達到潤焊之程度，但在錫冷卻的過程中，潤焊性會減小，使銅箔上原本平整的錫面固化珠狀或球狀，此時金屬的共熔反應就很微弱。
©此種不良在焊錫作業中是不能被接受的，它們嚴重地減低了焊點耐久性和延展性，以及焊點的導電及導熱性。
2、不良原因：
â、被焊物表面之氧化層未被助焊劑徹底的清除干淨；
ã、時間過短；
ä、溫度過低。
3、解決方法：
â、用活性強的助焊劑清除氧化層膜，焊后注意用溶劑清洗；
ã、延長焊接時間或提高預熱溫度；
ä、檢查焊錫之品質；
å、准確作業方法，減少人為不良。
二、錫球
1、不良狀況：
錫球的產生都是PCB在焊接時未干的助焊劑揮發或助焊劑含水量過高，當瞬間接觸高溫的熔融錫時，氣體體積大量膨脹，錫的揮發，揮發的同時，錫就被噴出，而形成錫球。
2、不良原因：
â、PCB預熱不夠，導致表面的助焊劑末干；
ã、助焊劑的配方中含水量過高；
ä、不良的貫穿孔；
å、環境的濕度過高。
3、解決方法：
â、針對上述產生之原因各點作預防；
ã、刷子刷除。
三、冷焊
1、不良狀況：
指焊點表面不平滑，如“玻璃破碎”的表面一樣，冷焊是焊點凝固過程中，零件與PCB相互的移動所形成，這個相互移動的動作，影響錫鉛合金該有的結晶過程，降低了整個合金的強度，當冷焊嚴重時，焊點表面甚至含有細微裂縫或斷裂的情況發生。
2、不良原因：
â、焊接時烙鐵或被焊物振動過大，銅箔與元件產生了相對位移；
ã、冷卻過快或過慢；
ä、被焊物表面氧化，不沾錫；
å、助焊劑過少。
3、解決方法：
可根據上述各點釆取改善措施。
©此種不良的危害很大，常造成焊接面與被焊接面與被焊之元件之間阻值不穩定，時大時小，故不良狀況也極不穩定，隱患性最大。
四、半邊焊
1、不良狀況：
指錫未完全覆蓋銅箔面、元件或銅箔只有一部分沾錫。
2、不良原因：
â、加錫太少；
ã、銅箔面或元件不粘錫；
ä、加熱溫度不夠，至使錫流動性不夠；
å、助焊劑太少，此種焊點機械、電氣性能均很差。
3、解決方法：
可根據上述各點釆取改善措施。
五、焊錫過多（包焊）
1、不良狀況：
指焊點的四周被過多的錫包覆而不能判定其是否為標准焊點，過多的錫隱藏了焊點和PCB間潤焊的曲度，它也可能覆蓋零件腳該露出之部分，使肉眼看不到。
2、不良原因：
â、上錫過多；
ã、預熱不夠；
ä、助焊劑的活性與比重的選擇不當；
å、PCB及零件的焊錫性不良；
æ、錫料品質不良。
3、解決方法：
â、重新補焊；
ã、針對上述原因預防。
六、冰柱（拉毛）
1、不良狀況：
指當融錫接觸被焊物時，因溫度大量流失而急速冷卻，來不及完成潤焊的過程，而拉成尖銳如毛刺之形狀，稱冰柱。
2、不良原因：
â、烙鐵的熱量不夠；
ã、被焊物散熱過快；
ä、PCB或元件本身的焊錫性不良；
å、助焊劑的活性不夠，不足以潤焊；
æ、零件腳孔經過大，兩者比率失調；
ç、PCB表面焊點區域過大，造成表面熔錫凝固慢、流動性大。
3、解決方法：
â、釆用熱含量高的烙鐵，且應溫度穩定或改用接觸面積大的烙鐵頭，保持干淨；
ã、其它可針對不良原因作改善。
七、架橋（連錫）
1、不良狀況：
指相近不相連之錫點間存在搭錫，這種情況在電路上是不允許的，造成
的原因有多個方面。
2、不良原因：
â、作業動作不對，烙鐵保持過平所致，致使烙鐵頭沾錫部分同時接觸到兩個錫點；
ã、加錫太多，錫點過分飽滿而與鄰近錫點相碰；
ä、PCB設計過緊湊，使元件腳彼此易碰在一起；
å、助焊劑活性不夠；
æ、錫料品質不好。
3、解決方法：
用手焊分離。
第五節常見不良及線材焊接判定標准
一、線材焊接判定標准
4、蕊線露出
二、常見不良現象
Q1.3良好焊接的外观怎样看去好?
下面介绍看上去良好的外观。
（1） 融化锡线物很流畅，焊接末端尽量延长些。
这显示出锡线融化成型，与焊接量的适当。
（2） 焊接部分有光泽，颜色鲜明，光滑。
这显示出焊接物扩散与合金层的生成是否适当。
（3） 焊接物的顶端部分焊接薄一些，使人能感觉到被焊接部分线条的存在。
这显示出焊接量与焊接成型是否恰当。
（4） 结合的形状从外观上看没什么异常之处。
这显示出焊接时要求没有裂缝，拉毛，连锡，半边焊，虚焊，洞孔，等欠缺。
综合上述现在在图1.3中给出外观上看上去良好的图形。
以上见于P5
1.4良好焊接的操作条件
Q1.4焊接时有那些必要的条件?
（1） 是否已清扫过接合处金属的表面?
如果金属表面存在酸化膜和各种污染物质,就会形成焊接障碍,焊接不易成型。
因此必须将这些物质清除。
酸化物用焊剂除去，油脂等污染用洗净剂（溶剂）
除去。
（2） 焊接的加热的条件是否控制在适当的范围之中？
如果结合处金属加热的温度低于焊接融点，就会导致锡线不易融化，从而使得其在金属表面不易成型。
加热温度过低就会导致不易扩散，难以成型；加热温度过高，就会导致合金层生成过多，不能得到需要强度接合。
因此需要再适当的范围里加热。
（3） 焊接量是否适当？
与结合部的大小有不相适应的焊接量的话，就可产生焊接强度问题。
（参照Q1.3, Q4.2.6）
可结合上述三个焊接条件参考图1.4。
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