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手工锡焊基本操作

 东山威夷 2011-08-28
正确的方法应该时五步法:
    1. 准备施焊
准备好焊锡丝和烙铁。此时特别强调的施烙铁头部要保持干净,即可以沾上焊锡(俗称吃锡)。
2. 加热焊件
将烙铁接触焊接点,注意首先要保持烙铁加热焊件各部分,例如印制板上引线和焊盘都使之受热,其次要注意让烙铁头的扁平部分(较大部分)接触热容量较大的焊件,烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件,以保持焊件均匀受热。
3. 熔化焊料
当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点,焊料开始熔化并润湿焊点。
4. 移开焊锡
当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开。
5. 移开烙铁
当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁,注意移开烙铁的方向应该是大致45°的方向。
上述过程,对一般焊点而言大约二,三秒钟。对于热容量较小的焊点,例如印制
电路板上的小焊盘,有时用三步法概括操作方法,即将上述步骤2,3合为一步,4,5合为一步。实际上细微区分还是五步,所以五步法有普遍性,是掌握手工烙铁焊接的基本方法。特别是各步骤之间停留的时间,对保证焊接质量至关重要,只有通过实践才能逐步掌握。
 
锡焊操作要领
1. 焊件表面处理
手工烙铁焊接中遇到的焊件是各种各样的电子零件和导线,除非在规模生产条件下使用“保险期”内的电子元件,一般情况下遇到的焊件往往都需要进行表面清理工作,去除焊接面上的锈迹,油污,灰尘等影响焊接质量的杂质。手工操作中常用机械刮磨和酒精,丙酮擦洗等简单易行的方法。
2. 预焊
预焊就是将要锡焊的元器件引线或导电的焊接部位预先用焊锡润湿,一般也称为镀锡,上锡,搪锡等。称预焊是准确的,因为其过程合机理都是锡焊的全过程─—焊料润湿焊件表面,靠金属的扩散形成结合层后而使焊件表面“镀”上一层焊锡。
预焊并非锡焊不可缺少的操作,但对手工烙铁焊接特别是
维修,调试,研制工作几乎可以说是必不可少的。下图表示元件引线预焊方法。
    3. 不要用过量的焊剂
适量的焊剂是必不可缺的,但不要认为越多越好。过量的松香不仅造成焊后焊点周围需要清洗的工作量,而且延长了加热时间(松香融化,挥发需要并带走热量),降低工作效率;而当加热时间不足时又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湿将要形成的焊点,不要让松香水透过印制板流到元件面或插座孔里(如IC插座)。对使用松香芯的焊丝来说,基本不需要再涂焊剂。
4. 保持烙铁头的清洁
因为焊接时烙铁头长期处于高温状态,又接触焊剂等受热分解的物质,其表面很容易氧化而形成一层黑色杂质,这些杂质几乎形成隔热层,使烙铁头失去加热作用。因此要随时在烙铁架上蹭去杂质。用一块湿布或湿海绵随时擦烙铁头,也是常用的方法。
5. 加热要靠焊锡桥
非流水线作业中,一次焊接的焊点形状使多种多样的,我们不可能不断换烙铁头。要提高烙铁头加热的效率,需要形成热量传递的焊锡桥。所谓焊锡桥,就是靠烙铁上保留少量焊锡作为加热时烙铁头与焊件之间传热的桥梁。显然由于金属液的导热效率远高于空气,而使焊件很快被加热到焊接温度,如图四。应注意作为焊锡桥的锡保留量不可过多。
6. 焊锡量要合适
过量的焊锡不但毫无必要地消耗了较贵的锡,而且增加了焊接时间,相应降低了工作速度。更为严重的是在高密度的
电路中,过量的锡很容易造成不易察觉的短路。
但是焊锡过少不能形成牢固的结合,降低焊点强度,特别是在板上焊导线时,焊锡不足往往造成导线脱落。
7. 焊件要牢固
在焊锡凝固之前不要使焊件移动或振动,特别使用镊子夹住焊件时一定要等焊锡凝固再移去镊子。这是因为焊锡凝固过程是结晶过程,根据结晶理论,在结晶期间受到外力(焊件移动)会改变结晶条件,导致晶体粗大,造成所谓“冷焊”。外观现象是表面无光泽呈豆渣状;焊点内部结构疏松,容易有气隙和裂隙,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,实际操作时可以用各种适宜的方法将焊件固定,或使用可靠的夹持措施。
8. 烙铁撤离有讲究
烙铁处理要及时,而且撤离时的角度和方向对焊点形成有一定关系。图六所示为不同撤离方向对焊料的影响。撤烙铁时轻轻旋转一下,可保持焊点适当的焊料,这需要在实际操作中体会。 
 
手工锡焊要点
 
以下几个要点是由锡焊机理引出并被实际经验证明具有普遍适用性。
1. 掌握好加热时间
锡焊时可以采用不同的加热速度,例如烙铁头形状不良,用小烙铁焊大焊件时我们不得不延长时间以满足锡料温度的要求。在大多数情况下延长加热时间对电子产品装配都是有害的, 这是因为
(1) 焊点的结合层由于长时间加热而超过合适的厚度引起焊点性能劣化。
(2) 印制板,塑料等材料受热过多会变形变质。
(3) 元器件受热后性能变化甚至失效。
(4) 焊点表面由于焊剂挥发,失去保护而氧化。
结论:在保证焊料润湿焊件的前提下时间越短越好。 
2. 保持合适的温度
如果为了缩短加热时间而采用高温烙铁焊校焊点,则会带来另一方面的问题:焊锡丝中的焊剂没有足够的时间在被焊面上漫流而过早挥发失效;焊料熔化速度过快影响焊剂作用的发挥;由于温度过高虽加热时间短也造成过热现象。
结论:保持烙铁头在合理的温度范围。一般经验是烙铁头温度比焊料熔化温度高50℃较为适宜。   
    理想的状态是较低的温度下缩短加热时间,尽管这是矛盾的,但在实际操作中我们可以通过操作手法获得令人满意的解决方法。
3. 用烙铁头对焊点施力是有害的
烙铁头把热量传给焊点主要靠增加接触面积,用烙铁对焊点加力对加热是徒劳的。很多情况下会造成被焊件的损伤,例如电位器,开关,接插件的焊接点往往都是固定在塑料构件上,加力的结果容易造成原件失效。
锡焊基本条件
 1. 焊件可焊性
不是所有的材料都可以用锡焊实现连接的,只有一部分金属有较好可焊性(严格的说应该是可以锡焊的性质),才能用锡焊连接。一般铜及其合金,金,银,锌,镍等具有较好可焊性,而铝,不锈钢,铸铁等可焊性很差,一般需采用特殊焊剂及方法才能锡焊。
2. 焊料合格
铅锡焊料成分不合规格或杂质超标都会影响焊锡质量,特别是某些杂质含量,例如锌,铝,镉等,即使是0.001%的含量也会明显影响焊料润湿性和流动性,降低焊接质量。再高明的厨师也无法用劣质的原料加工出美味佳肴,这个道理是显而易见的。
3. 焊剂合适
焊接不同的材料要选用不同的焊剂,即使是同种材料,当采用焊接工艺不同时也往往要用不同的焊剂,例如手工烙铁焊接和浸焊,焊后清洗与不清洗就需采用不同的焊剂。对手工锡焊而言,采用松香和活性松香能满足大部分电子产品装配要求。还要指出的是焊剂的量也是必须注意的,过多,过少都不利于锡焊。
4. 焊点设计合理
合理的焊点几何形状,对保证锡焊的质量至关重要,如图一(a)所示的接点由于铅锡料强度有限,很难保证焊点足够的强度,而图一(b)的接头设计则有很大改善。图二表示印制板上通孔安装元件引线与孔尺寸不同时对焊接质量的影响。

实用锡焊技艺

    掌握原则和要领对正确操作是必要的,但仅仅依照这些原则和要领并不能解决实际操作中的各种问题。具体工艺步骤和实际经验是不可缺少的。借鉴他人的经验,遵循成熟的工艺是初学者的必由之路。
一. 印制电路板安装与焊接
印制电路板的装焊在整个电子产品制造中处于核心的地位,可以说一个整机产品的“精华”部分都装在印制板上,其质量对整机产品的影响是不言而喻的。尽管在现代生产中印制板的装焊已经日臻完善,实现了自动化,但在产品研制,维修领域主要还是手工操作;况且手工操作经验也是自动化获得成功的基础。
1. 印制板和元器件检查 
装配前应对印制板和元器件进行检查, 内容主要包括
印制板:图形,孔位及孔径是否符合图纸,有无断线,缺孔等,表面处理是否合格,有无污染或变质。
元器件:品种,规格及外封装是否与图纸吻合,元器件引线有无氧化,锈蚀。
对于要求较高的产品,还应注意操作时的条件,如手汗影响锡焊性能,腐蚀印制板,使用的工具如改锥,钳子碰上印制板会划伤铜箔,橡胶板中的硫化物会使金属变质等。
2. 元器件引线成型 
如图一所示,是印制板上装配元器件的部分实例,其中大部分需在装插前弯曲成型。弯曲成型的要求取决于元器件本身的封装外形和印制板上的安装位置,有时也因整个印制板安装空间限定元件安装位置。 
元器件引线成型要注意以下几点: 
(1) 所有元器件引线均不得从根部弯曲。因为制造工艺上的原因,根部容易折断。一般应留1.5mm以上。
(2) 弯曲一般不要成死角,圆弧半径应大于引线直径的1-2倍。
(3) 要尽量将有字符的元器件面置于容易观察的位置,如图三所示。
    3. 元器件插装 
(1)贴板与悬空插装
贴板插装稳定性好,插装简单;但不利于散热,且对某些安装位置不适应。悬空插装,适应范围广,有利散热,但插装较复杂,需控制一定高度以保持美观一致。如图四(b)所示,悬空高度一般取2~6mm。
插装时具体要求应首先保证图纸中安装工艺要求,其次按实际安装位置确定。一般无特殊要求时,只要位置允许,采用贴板安装较为常用。
(2)安装时应注意元器件字符标记方向一致,容易读出。
(3)安装时不要用手直接碰元器件引线和印制板上铜箔。
(4)插装后为了固定可对引线进行折弯处理。
4. 印制电路板的焊接 
焊接印制板,除遵循锡焊要领外,以下几点须特别注意: 
(1) 电烙铁,一般应选内热式20~35W或调温式,烙铁的温度不超过300℃的为宜。烙铁头形状应分局印制板焊盘大小采用凿形或锥形,目前印制板发展趋势是小型密集化,因此一般常用小型圆锥烙铁头。
(2) 加热方法,加热时应尽量使烙铁头同时接触印制板上铜箔和元器件引线(图七)。对较大的焊盘(直径大于5mm)焊接时可移动烙铁,即烙铁绕焊盘转动,以免长时间停留一点导致局部过热,如图七所示。 
(3) 金属化孔的焊接,两层以上电路板的孔都要进行金属化处理。焊接时不仅要让焊料润湿焊盘,而且孔内也要润湿填充。因此金属化孔加热时间应长于单面板。 
(4) 焊接时不要用烙铁头摩擦焊盘的方法增强焊料润湿性能,而要靠表面清理和预焊。
(5) 耐热性差的元器件应使用工具辅助散热
5. 焊后处理 
(1) 剪去多余引线,注意不要对焊点施加剪切力以外的其他力。
(2) 检查印制板上所有元器件引线焊点 ,修补缺陷。
(3) 根据工艺要求选择清洗液清洗印制板。一般情况下使用松香焊剂后印制板不用清洗。
二. 导线焊接
导线焊接在电子产品装配中占有重要位置。实践中发现,出现故障的电子产品中,导线焊点的失效率高于印制电路板,有必要对导线的焊接工艺给予特别的重视。
1. 常用连接导线 
电子装配常用导线有三类 
(1) 单股导线,绝缘层内只有一根导线,俗称“硬线”容易成形固定,常用于固定位置连接。漆包线也属此范围,只不过它的绝缘层不是塑胶,而是绝缘漆。
(2) 多股导线,绝缘层内有4~67根或更多的导线,俗称“软线”,使用最为广泛。
(3) 屏蔽线,在弱信号的传输中应用很广,同样结构的还有高频传输线,一般叫同轴电缆的导线。
2. 导线焊前处理 
(1) 剥绝缘层
导线焊接前要除去末端绝缘层。拨出绝缘层可用普通工具或专用工具。大规模生产中有专用机械。
一般可用剥线钳或简易剥线器(图十一)。剥线器可用0.5~1mm厚度的黄铜片经弯曲固定在电烙铁上制成。使用它最大的好处是不会伤导线。
    用剥线钳或普通偏口钳剥线时要注意对单股线不应伤及导线,多股线及屏蔽线不断线,否则将影响接头质量。
对多股线剥除绝缘层时注意将线芯拧成螺旋状,一般采用边拽边拧的方式。
(2) 预焊
导线焊接,预焊是关键的步骤。尤其多股导线如果没预焊的处理,焊接质量很难保证。
导线的预焊又称为挂锡,方法同元器件引线预焊一样,但注意导线挂锡时要边上锡边旋转,旋转方向与拧合方向一致。
多股导线挂锡要注意“烛心效应”,即焊锡浸入绝缘层内,造成软线变硬,容易导致接头故障
    3. 导线焊接及末端处理 
(1) 导线同接线端子的连接有三种基本形式
① 绕焊
把经过上锡的导线断头再接线端子上缠一圈,用钳子拉紧缠牢后进行焊接。如图十四(b)。注意导线一定要紧贴端子表面,绝缘层不接触端子,一般L=1~3毫米为宜。这种连接可靠性最好。
② 钩焊
将导线端子弯成钩形,钩在接线端子上并用钳子夹紧后施焊,如图十四(c),端头处理与绕焊相同。这种方法强度低于绕汗,单操作简便。
③ 搭焊
把经过镀锡的导线搭到接线端子上施焊。如图十四(d)。这种连接最方便,但强度可靠性最差,仅用于临时连接或不便于缠,钩的地方以及某些接插件上。
    (2) 导线与导线的连接
导线之间的连接以绕焊为主,见图十五,操作步骤如下:
① 去掉一定长度绝缘皮。
② 端子上锡,并穿上合适套管。
③ 绞合,施焊。
④ 趁热套上套管,冷却后套管固定在接头处。
 (3) 屏蔽线末端处理
屏蔽线或同轴电缆末端连接对象不同处理方法也不同。见图十六。表示末端与其他端子焊接时的处理方式,特别强调芯线和频蔽层的绞合及挂锡时的烛芯效应。热缩套管在加热到100℃以上时直径可缩小到1/2~1/3,是线端绝缘常用材料。同轴电缆和屏蔽线其他连接方法可参照处理,注意同轴电缆的芯线,一般都很细且线数少,无论采用何种连接方式均不应使芯线承受拉力。
    三. 几种易损元器件的焊接
1. 铸塑元件的锡焊 
各种有机材料,包括有机玻璃,聚氯乙烯,聚乙烯,酚醛树脂等材料,现在已被广泛用于电子元器件的制造,例如各种开关,插接件等。这些元件都是采用热铸塑方式制成的,它们最大弱点就是不能承受高温。当我们对铸塑在有机材料中的导体接点施焊时,如不注意控制加热时间,极容易造成塑性变形,导致元件失效或降低性能,造成隐性故障。图十七是一个常用的钮子开关由于焊接技术不当造成失效的例子。
其他类型铸塑制成的元件也有类似问题,因此这一类元件焊接时必须注意 
(1) 在元件预处理时,尽量清理好接点,一次镀锡成功,不要反复镀,尤其将元件在锡窝中浸镀时,更要掌握好浸入深度及时间。
(2) 焊接时烙铁头要修整尖一些,焊接一个接点时不碰相邻接点。
(3) 镀锡及焊接时加助焊剂量要少,防止浸入电接触点。
(4) 烙铁头在任何方向均不要对接线片施加压力。
(5) 焊接时间,在保证润湿的情况线越短越好。实际操作时在焊件预焊良好时只需用挂上锡的烙铁头轻轻一点机壳。焊后不要在塑壳未冷却钳对焊点作牢固性试验。 
 2. 簧片类元件接点焊接 
这类元件如继电器,波段开关等,它们共同特点时簧片制造时加预应力,使之产生适当弹力,保证点接触性能。如果安装施焊过程中对簧片施加外力,则破坏接触点的弹力,造成元件失效。
 簧片类元件焊接要领 
(1) 可靠的预焊。
(2) 加热时间要短。
(3) 不可对焊点任何方向加力。
(4) 焊锡量宜少。
 3. FET及集成电路焊接 
MOS FET 特别时绝缘栅极兴,由于输入阻抗很高,稍不慎即可能使内部击穿而失效。
双极性集成电路不像MOS集成电路那样骄气,但由于内部集成度高,通常管子隔离层都很薄,一旦受到过量的热液容易损坏。无论哪种电路都不能承受高于200℃的温度,因此焊接时必须 非常小心。  
 4. 瓷片电容,发光二极管,中周等元件地焊接 
(1) 电路引线如果是镀金处理的,不要用刀割刮,只需酒精擦洗或绘图橡皮擦干净就可以了。
(2) 对CMOS电路如果实现已将各引线短路,焊前不要拿掉短路线。
(3) 焊接时间在保证润湿的前提下,尽可能短,一般不超过3秒。
(4) 使用烙铁最好是恒温230℃的烙铁;也可用20瓦内热式,接地线应保证接触良好。若用外热式,最好采用烙铁断电用余热焊接,必要时还要采取人体接地的措施。
(5) 工作台上如果铺有橡皮,塑料等易于积累静电材料,MOS集成电路芯片及印制电路板不宜放在台面上。
(6) 烙铁头应修整窄一些,使焊一个端点时不会碰相邻端点。所用烙铁功率内热式不超过20瓦,外热式不超过30瓦。
(7) 集成电路若不使用插座,直接焊到印制板上 ,安全焊接顺序为地端-输出端-电源端-输入端。
这类元器件爱你地共同弱点就是加热时间过场就会失效,其中瓷片电容,中周等元件是内部接点开焊,发光管则管芯损坏。焊接前一低功能要处理好焊点,施焊时强调一个“快”字。采用辅助散热措施(图十八)可避免过热失效。
    四. 几种典型焊点地焊法
在实际操作中,会遇上各种难焊点,下面介绍几种典型焊点地操作方法。
1. 片状焊件地焊接法 
片状焊件在实际中用途最广,例如接线焊片,电位器接线片,耳机和电源插座等,这类焊件一般都有焊线孔。往焊片上焊接导线和元器件时要先将焊片,导线都上锡,焊片的孔不要堵死,将导线穿过焊孔并弯曲成钩形,具体步骤见图十九。切记不要只用烙铁头沾上锡,在焊件上堆成一个焊点,这样很容易造成虚焊。
    如果焊片上焊的是多股导线,最好用套管将焊点套上,这样既保护焊点不易和其他部位短路,又能保护多股导线不容易断开。
2. 槽形,板形,柱形焊点焊接方法 
种类焊件一般没有供缠线的焊孔,其连接方法可用绕,钩,搭接,但对某些重要部位,例如电源线等处,应尽量采用缠线固定后焊接的办法。其中槽形,板形主要用于插接件上,板形,柱形则见于变压器等元件上。其焊接要点同焊片类相同,焊点搭接情况及焊点剖面如图二十。
    这类焊点,每个接点一般仅接一根导线,一般都应套上塑料套管。注意套管尺寸要合适,应在焊点未完全冷却前趁热套入,套入后不能自行滑出为好。
3. 杯形焊件焊接法 
这类接头多见于接线柱和接插件,一般尺寸较大,如焊接时间不足,容易造成虚焊。这种焊件一般是和多股导线连接,焊前应对导线进行镀锡处理。操作方法见图二十一。
在图二十一中:
(1)往杯形孔内滴一滴焊剂,若孔较大用脱脂棉蘸焊剂在杯内均匀擦一层。
(2)用烙铁加热并将锡融化,靠浸润作用流满内孔。
(3)将导线垂直插入到底部,移开烙铁并保持到凝固,注意导线不可动。
(4)完全凝固后立即套上套管。
4. 在金属板上焊导线
将导线焊到金属板上,关键是往板上镀锡。一般金属板表面积大,吸热多而散热快,要用功率较大的烙铁,根据板的厚度和面积选用50瓦到300瓦的烙铁。若板厚为0.3mm以下时也可用20瓦烙铁,只是要增加焊接时间。
紫铜,黄铜,镀锌板等都很容易镀上锡,只要表面清洁干净,少量焊剂,就可以镀上锡了。如果要使焊点更牢靠,可以先在焊区用力划出一些刀痕再镀锡。
有些表面有镀层的铁板,不容易上锡,因为这种焊件容易清洗,也可使用少量焊油。
铝板因为表面氧化层生成很快,且不能被焊锡浸润,一般方法很难镀上焊锡。但铝及其合金本身却是容易“吃锡”的,因而镀锡的关键是破坏氧化层。如少量焊接时可采用图二十二的方法,先用刀刮干净待旱面立即加少量焊剂,然后用烙铁头适当用力在板上作圆周运动,同时将焊锡熔化一部分在待焊区,这样靠烙铁头破坏氧化层并不断将锡镀到铝板上。镀上锡后焊线就比较容易了。也可以使用酸性助焊剂如焊油,只是焊后要及时清洗干净。如果批量生产应使用专用铝焊剂。 
五. 拆焊
调试和维修中常需要更换一些元器件,如果方法不得当,就会破坏印制电路板,也会使换下而并没失效的元器件无法重新使用。
一般电阻,电容,晶体管等管脚不多,且每个引线可相对活动的元器件可用烙铁直接解焊。如图二十三,印制板竖起来夹住,一边用烙铁加热待拆元件的焊点,一边用镊子或尖嘴钳夹住元器件引线轻轻拉出。

重新焊接时需先用锥子将焊孔在加热熔化焊锡的情况下扎通,需要指出的是这种方法不宜在一个焊点上多次用,因为印制导线和焊盘经反复加热后很容易脱落,造成印制板损坏。在可能多次更换的情况下可用图二十四所示的方法。
    当需要拆下多个焊点且引线较硬的元器件时,以上方法就不行了,例如要拆下如图二十五所示多线插座。一般有以下三种方法:
1. 采用专用工具。如图二十五采用专用烙铁头,一次可将所有焊点加热熔化取出插座。这种方法速度快,但需要制作专用工具,需较大功率的烙铁,同时解焊后,焊孔很容易堵死,重新焊接时还需清理。显然这种方法对于不同的元器件需要不同种类的专用工具,有时并不是很方便的。
2. 采用吸锡烙铁或吸锡器。这种工具对拆焊时很有用的,既可以拆下待换的元件,又可同时不使焊孔堵塞,而且不受元器件种类限制。但它须逐个焊点除锡,效率不高,而且须即时排除吸入的焊锡。
3. 利用铜丝编织的屏蔽线电缆或较粗的多股导线,用为吸锡材料。将吸锡材料浸上松香水贴到待拆焊点上,用烙铁头加热吸锡材料,通过吸锡材料将热传到焊点熔化焊锡。熔化的焊锡沿吸锡材料上升,将焊点拆开(图二十六)。这种方法简便易行,且不易烫坏印制板。在没有专用工具和吸锡烙铁时不失为行之有效的一种方法。
 
 

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