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如何理解手工焊接的基礎(chǔ)

作者: 時(shí)間:2010-10-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  一、焊接原理:

  錫焊是一門(mén)科學(xué),他的原理是通過(guò)加熱的烙鐵將固態(tài)焊錫絲加熱熔化,再借助于助焊劑的作用,使其流入被焊金屬之間,待冷卻后形成牢固可靠的焊接點(diǎn)。
  當(dāng)焊料為錫鉛合金焊接面為銅時(shí),焊料先對(duì)焊接表面產(chǎn)生潤(rùn)濕,伴隨著潤(rùn)濕現(xiàn)象的發(fā)生,焊料逐漸向金屬銅擴(kuò)散,在焊料與金屬銅的接觸面形成附著層,使兩則牢固的結(jié)合起來(lái)。所以焊錫是通過(guò)潤(rùn)濕、擴(kuò)散和冶金結(jié)合這三個(gè)物理,化學(xué)過(guò)程來(lái)完成的。
  1.潤(rùn)濕:潤(rùn)濕過(guò)程是指已經(jīng)熔化了的焊料借助毛細(xì)管力沿著母材金屬表面細(xì)微的凹凸和結(jié)晶的間隙向四周漫流,從而在被焊母材表面形成附著層,使焊料與母材金屬的原子相互接近,達(dá)到原子引力起作用的距離。(圖1所示)。
  圖1
  引起潤(rùn)濕的環(huán)境條件:被焊母材的表面必須是清潔的,不能有氧化物或污染物。
  形象比喻:把水滴到荷花葉上形成水珠,就是水不能潤(rùn)濕荷花。把水滴到棉花上,水就滲透到棉花里面去了,就是水能潤(rùn)濕棉花。
  2.擴(kuò)散:伴隨著潤(rùn)濕的進(jìn)行,焊料與母材金屬原子間的相互擴(kuò)散現(xiàn)象開(kāi)始發(fā)生。通常原子在晶格點(diǎn)陣中處于熱振動(dòng)狀態(tài),一旦溫度升高。原子活動(dòng)加劇,使熔化的焊料與母材中的原子相互越過(guò)接觸面進(jìn)入對(duì)方的晶格點(diǎn)陣,原子的移動(dòng)速度與數(shù)量決定于加熱的溫度與時(shí)間。(圖二所示)。
  3.冶金結(jié)合:由于焊料與母材相互擴(kuò)散,在2種金屬之間形成了一個(gè)中間層---金屬化合物,要獲得良好的焊點(diǎn),被焊母材與焊料之間必須形成金屬化合物,從而使母材達(dá)到牢固的冶金結(jié)合狀態(tài)。(圖三所示)
  圖三
  二、助焊劑的作用
  助焊劑(FLUX)@字來(lái)自拉丁文是流動(dòng)(FlowinSoldering)。助焊劑主要功能為:
  1.化學(xué)活性(ChemicalActivity)
  要達(dá)到一個(gè)好的焊點(diǎn),被焊物必須要有一個(gè)完全無(wú)氧化層的表面,但金屬一旦曝露于空氣中回生成氧化層,這中氧化層無(wú)法用傳統(tǒng)溶劑清洗,此時(shí)必須依賴助焊劑與氧化層起化學(xué)作用,當(dāng)助焊劑清除氧化層之后,干凈的被焊物表面,才可與焊錫結(jié)合。
  助焊劑與氧化物的化學(xué)放映有幾種:
  1、相互化學(xué)作用形成第三種物質(zhì);
  2、氧化物直接被助焊劑剝離;
  3、上述兩種反應(yīng)并存。
  松香助焊劑去除氧化層,即是第一種反應(yīng),松香主要成份為松香酸(AbieticAcid)和異構(gòu)雙萜酸(Isomericditerpeneacids),當(dāng)助焊劑加熱后與氧化銅反應(yīng),形成銅松香(Copperabiet),是呈綠色透明狀物質(zhì),易溶入未反應(yīng)的松香內(nèi)與松香一起被清除,即使有殘留,也不會(huì)腐蝕金屬表面。
  氧化物曝露在氫氣中的反應(yīng),即是典型的第二種反應(yīng),在高溫下氫與氧發(fā)生反應(yīng)成水,減少氧化物,這種方式常用在半導(dǎo)體零件的焊接上。
  幾乎所有的有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸都有能力去除氧化物,但大部分都不能用來(lái)焊錫,助焊劑被使用除了去除氧化物的功能外,還有其他功能,這些功能是焊錫作業(yè)時(shí),必不可免考慮的。
  2.熱穩(wěn)定性(ThermalStability)
  當(dāng)助焊劑在去除氧化物反應(yīng)的同時(shí),必須還要形成一個(gè)保護(hù)膜,防止被焊物表面再度氧化,直到接觸焊錫為止。所以助焊劑必須能承受高溫,在焊錫作業(yè)的溫度下不會(huì)分解或蒸發(fā),如果分解則會(huì)形成溶劑不溶物,難以用溶劑清洗,W/W級(jí)的純松香在280℃左右會(huì)分解,此應(yīng)特別注意。
  3.助焊劑在不同溫度下的活性
  好的助焊劑不只是要求熱穩(wěn)定性,在不同溫度下的活性亦應(yīng)考慮。助焊劑的功能即是去除氧化物,通常在某一溫度下效果較佳,例如RA的助焊劑,除非溫度達(dá)到某一程度,氯離子不會(huì)解析出來(lái)清理氧化物,當(dāng)然此溫度必須在焊錫作業(yè)的溫度范圍內(nèi)。
  當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),亦可能降低其活性,如松香在超過(guò)600H(315℃)時(shí),幾乎無(wú)任何反應(yīng),也可以利用此一特性,將助焊劑活性純化以防止腐蝕現(xiàn)象,但在應(yīng)用上要特別注意受熱時(shí)間與溫度,以確保活性純化。
  三、焊錫絲的組成與結(jié)構(gòu)
  我們使用的有鉛SnPb(Sn63%Pb37%)的焊錫絲和無(wú)鉛SAC(96.5%SN3.0%AG0.5%CU)的焊錫絲里面是空心的,這個(gè)設(shè)計(jì)是為了存儲(chǔ)助焊劑(松香),使在加焊錫的同時(shí)能均勻的加上助焊劑。當(dāng)然就有鉛錫絲來(lái)說(shuō),根據(jù)SNPB的成分比率不同有更多中成份,其主要用途也不同:如下表:
  表1
  同樣目前主流的無(wú)鉛錫絲成份也有多種,單從SC和SAC成份來(lái)看:
  表2
  焊錫絲的作用:達(dá)到元件在電路上的導(dǎo)電要求和元件在PCB板上的固定要求。
  四、電烙鐵的基本結(jié)構(gòu)
  烙鐵:(1)手柄、(2)發(fā)熱絲、(3)烙鐵頭、(4)電源線、(5)恒溫控制器、(6)烙鐵頭清洗架(圖四所示)
  電烙鐵的作用:用來(lái)焊接電子原件、五金線材及其它一些金屬物體的工具。
  五、過(guò)程
  1、操作前檢查
  (1)每天上班前3-5分鐘把電烙鐵插頭插入規(guī)定的插座上,檢查烙鐵是否發(fā)熱,如發(fā)覺(jué)不熱,先檢查插座是否插好,如插好,若還不發(fā)熱,應(yīng)立即向管理員匯報(bào),不能自隨意拆開(kāi)烙鐵,更不能用手直接接觸烙鐵頭.
  (2)已經(jīng)氧化凹凸不平的或帶鉤的烙鐵頭應(yīng)更新的:1、可以保證良好的熱傳導(dǎo)效果;2、保證被焊接物的品質(zhì)。如果換上新的烙鐵嘴,受熱后應(yīng)將保養(yǎng)漆擦掉,立即加上錫保養(yǎng)。烙鐵的清洗要在焊錫作業(yè)前實(shí)施,如果5分鐘以上不使用烙鐵,需關(guān)閉電源。海綿要清洗干凈不干凈的海綿中含有金屬顆粒,或含硫的海綿都會(huì)損壞烙鐵頭。
  (3)檢查吸錫海綿是否有水和清潔,若沒(méi)水,請(qǐng)加入適量的水(適量是指把海綿按到常態(tài)的一半厚時(shí)有水滲出,具體操作為:濕度要求海綿全部濕潤(rùn)后,握在手掌心,五指自然合攏即可),海綿要清洗干凈,不干凈的海綿中含有金屬顆粒,或含硫的海綿都會(huì)損壞烙鐵頭。
  (4)人體與烙鐵是否可靠接地,人體是否佩帶靜電環(huán)。
  2、焊接步驟
  烙鐵焊接的具體操作步驟可分為五步,稱為五步工程法,要獲得良好的焊接質(zhì)量必須嚴(yán)格的按下圖五操作。
  按上述步驟進(jìn)行焊接是獲得良好焊點(diǎn)的關(guān)鍵之一。在實(shí)際生產(chǎn)中,最容易出現(xiàn)的一種違反操作步驟的做法就是烙鐵頭不是先與被焊件接觸,而是先與焊錫絲接觸,熔化的焊錫滴落在尚末預(yù)熱的被焊部位,這樣很容易產(chǎn)生焊點(diǎn)虛焊,所以烙鐵頭必須與被焊件接觸,對(duì)被焊件進(jìn)行預(yù)熱是防止產(chǎn)生虛焊的重要手段。
  3、焊接要領(lǐng)
  (1)烙鐵頭與兩被焊件的接觸方式(圖六所示)
  接觸位置:烙鐵頭應(yīng)同時(shí)接觸要相互連接的2個(gè)被焊件(如焊腳與焊盤(pán)),烙鐵一般傾斜45度,應(yīng)避免只與其中一個(gè)被焊件接觸。當(dāng)兩個(gè)被焊件熱容量懸殊時(shí),應(yīng)適當(dāng)調(diào)整烙鐵傾斜角度,烙鐵與焊接面的傾斜角越小,使熱容量較大的被焊件與烙鐵的接觸面積增大,熱傳導(dǎo)能力加強(qiáng)。如LCD拉焊時(shí)傾斜角在30度左右,焊麥克風(fēng)、馬達(dá)、喇叭等傾斜角可在40度左右。兩個(gè)被焊件能在相同的時(shí)間里達(dá)到相同的溫度,被視為加熱理想狀態(tài)。
  接觸壓力:烙鐵頭與被焊件接觸時(shí)應(yīng)略施壓力,熱傳導(dǎo)強(qiáng)弱與施加壓力大小成正比,但以對(duì)被焊件表面不造成損傷為原則。
  (2)焊絲的供給方法
  焊絲的供給應(yīng)掌握3個(gè)要領(lǐng),既供給時(shí)間,位置和數(shù)量。
  供給時(shí)間:原則上是被焊件升溫達(dá)到焊料的熔化溫度是立即送上焊錫絲。
  供給位置:應(yīng)是在烙鐵與被焊件之間并盡量靠近焊盤(pán)。
  供給數(shù)量:應(yīng)看被焊件與焊盤(pán)的大小,焊錫蓋住焊盤(pán)后焊錫高于焊盤(pán)直徑的1/3既可。
  (3)焊接時(shí)間及溫度設(shè)置
  A、溫度由實(shí)際使用決定,以焊接一個(gè)錫點(diǎn)4秒最為合適,最大不超過(guò)8秒,平時(shí)觀察烙鐵頭,當(dāng)其發(fā)紫時(shí)候,溫度設(shè)置過(guò)高。
  B、一般直插電子料,將烙鐵頭的實(shí)際溫度設(shè)置為(350~370度);表面貼裝物料(SMC)物料,將烙鐵頭的實(shí)際溫度設(shè)置為(330~350度)
  C、特殊物料,需要特別設(shè)置烙鐵溫度。FPC,LCD連接器等要用含銀錫線,溫度一般在290度到310度之間。
  D、焊接大的元件腳,溫度不要超過(guò)380度,但可以增大烙鐵功率。
  (4)焊接注意事項(xiàng)
  A、焊接前應(yīng)觀察各個(gè)焊點(diǎn)(銅皮)是否光潔、氧化等。
  B、在焊接物品時(shí),要看準(zhǔn)焊接點(diǎn),以免線路焊接不良引起的短路
  4、操作后檢查:
  (1)用完烙鐵后應(yīng)將烙鐵頭的余錫在海綿上擦凈。
  (2)每天下班后必須將烙鐵座上的錫珠、錫渣、灰塵等物清除干凈,然后把烙鐵放在烙鐵架上。
  (3)將清理好的電烙鐵放在工作臺(tái)右上角。
  六、錫點(diǎn)質(zhì)量的評(píng)定:
  1、標(biāo)準(zhǔn)的錫點(diǎn):
  (1)錫點(diǎn)成內(nèi)弧形
  (2)錫點(diǎn)要圓滿、光滑、無(wú)針孔、無(wú)松香漬
  (3)要有線腳,而且線腳的長(zhǎng)度要在1-1.2MM之間。
  (4)零件腳外形可見(jiàn)錫的流散性好。
  (5)錫將整個(gè)上錫位及零件腳包圍。
  2、不標(biāo)準(zhǔn)錫點(diǎn)的判定:
  (1)虛焊:看似焊住其實(shí)沒(méi)有焊住,主要有焊盤(pán)和引腳臟污或助焊劑和加熱時(shí)間不夠。
  (2)短路:有腳零件在腳與腳之間被多余的焊錫所連接短路,另一種現(xiàn)象則因檢驗(yàn)人員使用鑷子、竹簽等操作不當(dāng)而導(dǎo)致腳與腳碰觸短路,亦包括殘余錫渣使腳與腳短路
  (3)偏位:由于器件在焊前定位不準(zhǔn),或在焊接時(shí)造成失誤導(dǎo)致引腳不在規(guī)定的焊盤(pán)區(qū)域內(nèi)
  (4)少錫:少錫是指錫點(diǎn)太薄,不能將零件銅皮充分覆蓋,影響連接固定作用。
  (5)多錫:零件腳完全被錫覆蓋,及形成外弧形,使零件外形及焊盤(pán)位不能見(jiàn)到,不能確定零件及焊盤(pán)是否上錫良好.
  (6)錯(cuò)件:零件放置的規(guī)格或種類與作業(yè)規(guī)定或BOM、ECN不符者,即為錯(cuò)件。
  (7)缺件:應(yīng)放置零件的位置,因不正常的原因而產(chǎn)生空缺。
  (8)錫球、錫渣:PCB板表面附著多余的焊錫球、錫渣,會(huì)導(dǎo)致細(xì)小管腳短路。
  (9)極性反向:極性方位正確性與加工要求不一致,即為極性錯(cuò)誤。
  3、不良焊點(diǎn)可能產(chǎn)生的原因:
  (1)形成錫球,錫不能散布到整個(gè)焊盤(pán)?
  烙鐵溫度過(guò)低,或烙鐵頭太小;焊盤(pán)氧化。
  (2)拿開(kāi)烙鐵時(shí)候形成錫尖?
  烙鐵不夠溫度,助焊劑沒(méi)熔化,步起作用。烙鐵頭溫度過(guò)高,助焊劑揮發(fā)掉,焊接時(shí)間太長(zhǎng)。
  (3)錫表面不光滑,起皺?
  烙鐵溫度過(guò)高,焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
  (4)松香散布面積大?烙鐵頭拿得太平。
  (5)錫線直接從烙鐵頭上加入、加錫過(guò)多、烙鐵頭氧化、敲打烙鐵。
  (6)PCB離層烙鐵溫度過(guò)高,烙鐵頭碰在板上。
  (7)黑色松香?溫度過(guò)高。
  小結(jié)
  隨著電子元器件的封裝更新?lián)Q代加快,由原來(lái)的直插式改為了平貼式,連接排線也由FPC軟板進(jìn)行替代,元器件電阻電容經(jīng)過(guò)了1206,0805,0603,0402后已向0201平貼式,BGA封裝后已使用了藍(lán)牙技術(shù),這無(wú)一例外的說(shuō)明了電子發(fā)展已朝向小型化、微型化發(fā)展,難度也隨之增加,在焊接當(dāng)中稍有不慎就會(huì)損傷元器件,或引起焊接不良,所以我們的一線人員必須對(duì)焊接原理,焊接過(guò)程,焊接方法,焊接質(zhì)量的評(píng)定,及電子有一定的了解。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/191508.htm


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