手工锡焊技术.docx
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手工锡焊技术
第四章手工锡焊技术
手工锡焊是传统的焊接方法,是电工实践训练的一项基本技术。
在电子工艺中,锡焊技术很重要,它不但能固定元件,而且能保证可靠的电流通路,焊接好坏将直接影响电子产品的质量。
电烙铁的正确使用
电烙铁是手工焊接的主要工具。
它主要由烙铁头和烙铁芯两部分组成,烙铁芯采用镍铬电阻丝绕在陶瓷管上制成。
烙铁芯直接用220V交流电源加热。
常用电烙铁分内热式和外热式两种,外观如1-4-1所示。
内热式电烙铁的烙铁芯安装在烙铁头的里面,发热快,体积小且重量轻,但功率一般较小,适合焊接小元件。
外热式电烙铁的烙铁芯是在烙铁头的外面,加热虽然较慢,但相对比较牢固。
电烙铁的功率有15W、20W、25W、30W……300W等多种。
一般来说电烙铁的功率越大,热量越大,烙铁头的温度越高。
应根据焊接对象合理选用不同类型的电烙铁。
使用的烙铁功率过大容易烫坏电子元器件或使焊盘从基板上脱落;如果功率太小,则焊锡不能充分熔化,焊点不牢固,易造成虚焊。
一般印制线路板的焊接通常选用20W或25W的内热式电烙铁。
它的烙铁头是直的,头端锉成一个斜面或圆锥状的,适宜焊接面积较小的焊盘。
焊接大焊件时可选用100W以上的大功率外热式电烙铁。
烙铁头一般用紫铜材料制成。
为保护在焊接高温条件下不被氧化生锈,常将烙铁头经电镀处理,有的烙铁头还采用不易氧化的合金材料制成。
(a)内热式(b)外热式
图1-4-1电烙铁图1-4-2烙铁架
电烙铁使用前要进行清洁处理并上锡,具体方法是:
将电烙铁烧热,待刚刚能熔化焊锡时,涂上助焊剂,再用焊锡均匀地涂在烙铁头上,使烙铁头各个面均匀的镀上一层光亮的焊锡(俗称吃锡)。
电烙铁经过长时间使用后,烙铁头部会生成一层氧化物,这时不容易吃锡,可用砂布擦去或用小锉刀轻锉去表面氧化层,在露出紫铜的光亮后再进行镀锡处理。
对于有镀层的烙铁头,一般不要锉或打磨。
使用电烙铁焊接时要用焊锡和助焊剂。
手工锡焊常采用含有松香芯的焊锡丝,其材料为锡铅合金(锡63%,铅37%),这种焊锡丝的熔点较低(183℃),而且内含松香助焊剂,使用起来很方便。
焊锡丝的直径有、、……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。
焊剂的作用主要是去除被焊金属表面的氧化物,提高焊锡的流动性,起到助焊的作用,同时又可保护烙铁头。
常用的助焊剂是松香或松香水(将松香溶于酒精中)。
电烙铁使用注意事项:
(1)每次使用电烙铁时必须保证电烙铁头是干净的,并且在使用过程中经常维护,保证烙铁头上始终挂上一层薄锡。
烙铁头上焊锡过多时,可用湿布擦掉,不可乱甩。
(2)电烙铁通电后温度高达250℃以上,不用时一定要稳妥放在烙铁架上(见图1-4-2),并要注意导线尤其是电烙铁的电源线等物不要碰烙铁头,以免造成事故。
但较长时间不用时应切断电源,防止高温“烧死”烙铁头(被氧化变黑),不再“吃锡”。
(3)电烙铁使用中,不能用力敲击,并防止摔落,以免震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障。
(4)操作完毕后,要及时切断电源。
尽量不要用断电后的余热焊接。
手工焊接操作姿势
掌握正确的操作姿势,可以保证操作者的身心健康,减轻劳动伤害。
焊剂加热挥发出的化学物质对人体有害。
为减少有害气体的吸入量,一般情况下,烙铁到鼻子的距离应该不少于20cm,通常以30cm为宜。
电烙铁有三种拿法,如图1-4-3所示。
(1)握笔法,即大拇指、食指、中指三个手指拿住电烙铁。
此法适用于轻巧型的小功率电烙铁,焊接散热量小的被焊件。
一般在操作台上焊接元器件及维修电路板时,多采用握笔法;
(2)正握法,适于中功率电烙铁或带弯头电烙铁的操作,多用于线路板垂直桌面情况下的焊接;(3)反握法,就是用五指把电烙铁的柄握在掌内。
此法的动作稳定,长时间操作不易疲劳,适于大功率电烙铁的操作,焊接散热量大的被焊件。
(a)握笔法(b)正握法(c)反握法
图1-4-3电烙铁拿法
图1-4-4焊锡丝拿法
焊锡丝一般有两种拿法,如图1-4-4所示。
由于焊锡丝中含有一定比例的铅,而铅是对人体有害的一种重金属,因此操作时应该戴手套或在操作后洗手,避免食入铅尘。
手工锡焊的基本步骤
焊接前,电烙铁要充分预热并上锡,然后并对被焊接物体(即焊件)的金属表面进行清洁处理,如在引线上镀一层锡或清除焊接部位的氧化物等。
焊件通常是元器件引脚、电路板焊盘和导线等。
一般手工焊接操作过程可分为以下五个基本步骤,简称锡焊五步法,如图1-4-5所示。
⑴准备施焊:
左手拿焊锡丝,右手握电烙铁,进入备焊状态,见图1-4-5(a)。
⑵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1~2秒钟。
对于在印制电路板上焊接元器件来说,注意烙铁头要同时接触元件引脚和焊盘,保持焊件均匀受热,见图1-4-5(b)。
⑶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,见图1-4-5(c)。
注意:
不要把焊锡丝送到烙铁头上!
⑷移开焊丝:
当焊锡熔化一定量散满焊盘时,立即向左上45°方向移开焊丝,见图1-4-5(d)。
⑸移开烙铁:
待焊锡完全浸润焊点后,向右上45°方向移开烙铁,如图1-4-5(e)所示,结束焊接。
从第三步开始到第五步结束,时间大约也是1至2s。
注意:
烙铁离开焊点后,焊锡还不会立即凝固,应稍等片刻后才可移动焊接元件,如果未凝固前移动焊接件,焊锡会凝成沙状,造成附着不牢固而引起假焊。
(a)准备焊接(b)送烙铁(c)送焊丝(d)移焊丝(e)移烙铁
图1-4-5锡焊五步法
对于热容量较小的焊件,例如印制电路板上的小焊盘,可以简化为锡焊三步操作法,即将上述步骤2,3合为一步,4,5合为一步。
如图1-4-6所示。
⑴准备:
同以上步骤一,见图1-4-6(a)。
⑵加热与送焊丝:
烙铁头放在焊件上后立即放入焊丝,见图1-4-6(b)。
⑶去焊丝移烙铁:
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,如图1-4-6(c)所示。
注意:
移去焊丝的时间不得滞后于移开烙铁的时间!
(a)准备焊接(b)送烙铁、焊丝(c)移焊丝、烙铁
图1-4-6锡焊三步法
对于一般焊点而言,上述整个过程的时间不过2至3秒钟,各步骤的节奏控制,顺序的准确掌握,动作的熟练协调,需要通过大量的实践操作练习才能逐步掌握。
手工锡焊的技术要点
焊接是一个在高温下两个物体表面分子相互浸透“扩散”的过程,是让溶化的焊锡分别浸透到两个被焊物体的金属表面分子中,然后让其冷却凝固使之结合。
只有严格控制好锡焊条件,把握好焊锡用量,才能得到良好的焊点。
一、掌握锡焊条件
为了保证焊接质量,必须掌握好适当的焊接温度和时间。
其次,要保持烙铁头的清洁,做好焊件表面处理,焊件有污物或锈蚀都不能焊接。
焊接时应使电烙铁的温度高于焊锡的温度,但也不能太高,一般经验是烙铁头温度比焊锡熔点高50℃较为适宜,以烙铁头接触松香刚刚冒烟为好。
焊接时间太短,热量供应不足,焊锡流动性差,很容易凝固,造成焊点锡面粗糙,结晶粗脆,象豆腐渣一样,形成虚焊。
反之焊接时间过长,焊锡容易流淌,可能烫坏元件及印刷电路板或使元器件的焊点之间短路。
在焊接时正确方法是用电烙铁的搪锡面去接触焊点,这样传热面积大,焊接速度快。
不要将电烙头在焊接点上来回移动或者加力加热。
在保证焊料润湿焊件的前提下,时间越短越好,一般不超过3秒钟。
在焊锡未凝固以前,不得摇动焊接元件,以免造成虚焊。
二、焊锡用量适中
焊接点上的焊锡量要适中,太少了焊接不牢,机械强度差;用量太多容易造成外观一大堆而内部未接通,由于焊锡里外温度不均而造成虚焊,同时容易引起相邻焊点之间搭锡造成短路。
焊锡应该刚好将焊接点上的元件引脚全部浸没,其轮廓又隐约可见为好,如图1-4-7所示。
(a)锡量过多(b)锡量过少(c)锡量适中
图1-4-7焊锡用量示意图
三、保证焊点质量
对焊点的质量要求,包括电气接触良好、机械结合牢固和光洁整齐的外观三个方面。
一个好的焊点应是光亮而圆润、焊件紧密结合、焊锡不多但能浸没接头。
保证焊点质量最重要的一点,就是必须避免虚焊和假焊。
虚焊是焊点处只有少量锡焊住,造成接触不良,时通时断。
假焊是指表面上好像焊住了,但实际上并没有焊上,有时用手一拔,引线就可以从焊点中拔出。
一般来说,造成焊点缺陷的主要原因是:
被焊接处表面未预先清洁好,镀锡不牢;烙铁头的温度过高或过低,表面有氧化层;焊接时间太长或太短;焊锡丝撤离过早或过迟;焊锡量过多;焊点焊好后拿开烙铁,焊锡尚未凝固时焊接元件抖动等等。
从外观看,焊点大小要合适,形状应为近似圆锥而表面稍微凹陷,呈漫坡状,平滑过渡,表面光亮而无毛刺,如图1-4-8所示。
而虚焊点的表面往往向外凸出,表面粗糙。
焊接时元器件的引脚要垂直,不要将其掰弯。
一般对焊点的要求是:
高大约为1.5mm,直径与焊盘一致。
锡焊中常见的缺陷有:
虚焊、桥接、剥离、冷焊、针孔、拉尖等。
图1-4-9是常见焊点缺陷的示意图。
其中:
图(a)虚焊的原因是焊件清理不干净,助焊剂不足或质量差,焊件加热不充分等。
此缺陷造成机械强度低,焊点不通或时通时断;图(b)桥接的原因是焊锡过多,电烙铁施焊撤离方向不当。
此缺陷导致相邻导线搭接,造成短路;图(c)焊点剥离的原因是加热时间过长或焊盘镀层不良。
此缺陷造成断路;图(d)是冷焊,外观表面呈豆腐渣状颗粒,是由于焊锡未凝固时焊件抖动造成的;图(e)目测有针孔,是由于焊盘孔与引线间隙太大造成的;图(f)外观出现尖端,原因是加热时间不足,焊锡不合格等。
图1-4-8标准焊点外观示意图
图1-4-9常见焊点缺陷示意图
四、易损元器件的焊接
易损元器件是指受热或接触电烙铁时容易造成损坏的元器件,例如,有机铸塑元器件、MOS集成电路等。
易损元器件在焊接前要认真作好表面清洁、镀锡等准备工作,焊接时切忌长时间反复烫焊,确保一次焊接成功。
此外,要少用焊剂,防止焊剂浸人元器件的电接触点。
焊接MOS集成电路最好使用储能式电烙铁,以防止由于电烙铁的微弱漏电而损坏集成电路。
由于集成电路引线间距很小,要选择合适的烙铁头及温度,防止引线间连锡。
焊接集成电路最好先焊接地端、输出端、电源端,再焊输入端。
对于那些对温度特别敏感的元器件,最好用小平嘴钳或镊子夹上蘸有酒精的棉球保护元器件引脚根部,使热量尽量少传到元器件上。
五、焊接后的处理
焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及是否有与周围元器件连焊的现象。
并检查焊点,看是否圆润、光亮、牢固,进而修补缺陷。
虚焊较难发现,可用镊子夹住元件引脚轻轻拉一下,看看是否松动,如果发现松动应立即重新焊接。
检查后将元器件的多余引脚剪去,只留下焊点。
六、拆焊(解焊)
由于焊接错误对元器件进行更换时就需拆焊,也叫解焊。
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翘起、脱落。
从电路板上拆卸元件时,可一边用镊子或尖嘴钳夹住元器件的引脚,一边用烙铁头贴在其焊点上加热。
待焊点上的锡熔化后,将元件轻轻地拔出。
也可用专用拆焊电烙铁或吸锡电烙铁拆焊。
印制电路板其元器件的焊接
印制电路板也称PCB板,即PrintedCircuitBoard的缩写,又称印刷电路板或印刷线路板。
它是电子元器件在安装与互连时的重要支撑体,几乎会出现在每一种电子产品设备当中。
将电子元器件之间复杂的电路走线,经过细致整齐的规划设计后,把电路接线图印制到敷铜板上,在敷铜板上用腐蚀的方法除去多余的铜箔,而留下的部分就成为网状的细小铜箔线路,称作导线或称布线,用来提供PCB板上元器件的电路连接。
根据铜箔层数分类,PCB板分为单面板、双面板和四层板以上的多层板。
板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质制作而成。
通常PCB板的颜色都是绿色或是棕色,这是阻焊漆的颜色。
是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止元器件被焊到不正确的地方。
在阻焊层上还有一层丝网印刷面,通常上面印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各电子元器件在板子上的位置,如图1-4-10所示。
在最基本的单面PCB板上,电子元器件都集中在其中的一面,称为正面或元件面;导线都集中在另一面,称为反面或焊接面。
在板子上有许多带孔的圆形铜箔叫焊盘,电子元件在元件面放置,管脚从焊盘中穿过,然后在焊接面上进行焊接。
图1-4-10是DT-830B型万用表电路主板的焊接面与元件面。
焊接印刷电路板上的电路时,导线是印刷电路板上的铜箔,有时导线被腐蚀得很细,如果烙铁温度过高或焊接时间过长,容易使铜箔与环氧树脂板分离,引起无法补救的损失,这一点要特别注意。
印制电路板焊接过程如下:
1焊前准备
首先要熟悉所焊印制电路板的装配图,并按图纸配料,检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求,并做好装配前元器件的检查、引线成型、插装等准备工作。
电阻、电容、二极管等按电路管脚间距把引脚折弯,以便插到电路板上。
电子元器件的引线弯曲不要贴近根部,以免弯断,造成元件损坏。
弯曲后的两根引线要与元件本体垂直,元器件的符号标志应方向一致。
电子元件的摆放方法有卧式和立式两种,如图1-4-11所示。
元器件在印制电路板上插装的原则:
(1)电阻、电容、晶体管和集成电路的插装应使标记和色码朝上,易于辨认,以便于检查和维护。
(2)有极性的元器件根据有极性的标记决定插装方向,如电解电容,二极管,三极管等。
(3)插装顺序应该先轻后重、先里后外,先低后高。
(4)元器件间的间距不能小于1mm,电阻、二极管、三极管引脚弯曲处离管壳的距离要大于2mm。
图1-4-11元器件引线成型插装示意图
2焊接顺序
元器件焊接顺序依次为:
电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管,其它元器件为先小后大。
3对元器件焊接要求
(1)电阻器焊接
按图将电阻器准确装入规定位置。
要求标记向上,字向一致。
装完同一种规格后再装另一种规格,尽量使电阻器的高低一致。
(2)电容器焊接
将电容器按图装入规定位置,并注意有极性电容器其“+”与“-”极不能接错,电容器上的标记方向要易看可见。
先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介电容器,最后装电解电容器。
(3)二极管焊接
二极管焊接要注意以下几点:
阳极、阴极的极性,不能装错;型号标记要易看可见;焊接立式二极管时,对最短引线焊接时间不能超过2s。
(4)三极管焊接
注意e、b、c三引线位置插接正确;焊接时间尽可能短,焊接时用镊子夹住管脚,以利散热保护元件。
焊接大功率三极管时,若需加装散热片,应将接触面平整、打磨光滑后再紧固,如图1-4-12所示。
若要求加垫绝缘薄膜时,切勿忘记加薄膜。
(5)集成电路焊接
集成电路应最后焊接,电烙铁要可靠接地或用储能式电烙铁焊接。
焊接时先焊边沿的二只引脚,以使其定位,然后再从左到右自上而下逐个焊接。
或者使用集成电路专用插座,焊好插座后再把集成电路插上去。
焊完后,对元件进行依次检查,看是否所有的器件均已焊接完成。
并检查焊点,修补缺陷。
然后对露在印制电路板上面的多余引脚用小钳子齐根掐断,实际焊点的外观如图1-4-12所示。
图1-4-13是焊好后的DT-830B万用表线路板的焊接面、元件面以及万用表功能面板。
图1-4-12三极管的焊接外观
图1-4-13实际焊点的外观
(a)焊接面(b)元件面(c)功能面板
图1-4-14焊接后的电路主板以及DT-830B万用表功能面板
另外,还有一种印刷电路板,可按自己的意愿插装电子元器件并焊接连线,俗称“万用板”。
具有成本低廉,使用方便,扩展灵活等优点。
目前主要有两种,一种焊盘各自独立,简称单孔板,如图1-4-15所示;另一种是多个焊盘连在一起,简称连孔板,如图1-4-16所示。
单孔板又分为单面板和双面板两种。
单孔板比较适合数字电路和单片机电路,连孔板适合模拟电路和分立电路。
因为数字电路和单片机电路以芯片为主,电路比较规则;而模拟电路和分立电路往往较不规则,分立元件的引脚常常需要连多根线,这时有多个焊盘连在一起就很方便。
万用板的焊盘比较紧密,最好使用功率30瓦左右的尖头电烙铁。
同时焊锡丝不能太粗,选择直径为~0.6mm的为好。
利用万用板可搭建简单的电路,初步训练手工锡焊技术以及对电路进行设计与调试的能力,例如二极管伏安特性的实验线路设计与测试(见图1-4-17),三极管输入特性、输出特性的实验线路设计与测试(见图1-4-18)、电阻温度计电路的设计与标定等等。