手工焊接工艺技术专题

摘　要：手工软钎焊是PCB组装和返修工艺中基本的工艺技术之一。主要针对现场要求、焊接工具选择、工艺参数设定、元件组装焊接及返修拆焊等相关内容，对手工软钎焊工艺技术进行详细阐述，为手工焊接从业者提供重要参考依据。

关键词：手工软钎焊；烙铁焊；返工工艺

手工软钎焊是PCB组装和返修工艺中基本的工艺技术之一。目的是得到可靠的焊点，实现可靠的电、热、机械连接。目标是达到无损、可控、可靠、可重复、适应特殊应用，实现友好操作、高效和经济的焊接工艺[1,2]。

1 手工软钎焊技术概述

手工软钎焊加热方式主要包括接触式连续加热、接触式脉冲加热和非接触式热风加热，区别于预热或辅助加热。由于被焊接组件具有热冲击损坏的可能性，预热可以使被连接器件或组件具有一定的高温，此时进行焊接加热则可减小对器件或组件的加热温度梯度，不损坏器件。BGA及多层厚板的通孔插装器件焊接经常使用辅助加热方法，如接触式加热板或对流加热，否则烙铁不能把焊点钎料全部熔化，不利于操作。

实际生产中，由于元器件的种类及尺寸、PCB基板材料、元器件组装位置（及其拆装后的可重复利用）的不同，手工焊工艺及其标准是否可应用，以及是否有EOS/ESD需求等，使得每种特殊情况对手工焊要求也不尽相同，因此各种手工焊方法都具有其优点和缺点[3]。

烙铁是手工软钎焊中主要的一种加热设备，主要关注的是烙铁质量和操作者技能，尤其依赖于烙铁头的温度和几何形状。烙铁是把电能转换成热能对焊接部位进行加热的焊接工具，一般来说，功率越大，热量越大，烙铁头温度也越高。实际使用时电烙铁功率过大易烧坏元件，如二极管、三极管结点温度在200 ℃左右就会损坏，焊接时间最好在1.5～4.0 s内完成。实际操作过程中，同样的焊点，其焊接时间与烙铁温度、操作者的熟练程度有关。一般1～2 s适用于小焊点，如热敏器件、片式元器件等；2～3 s适用于中焊点，纸基或玻璃纤维基PCB、通孔插装元器件、多引脚贴装器件、搪锡以及导线等；3～5 s适用于大焊点，如玻璃纤维基PCB、焊接面积大或散热快者以及屏蔽线或较粗的导线等。

IPC和MIL-STD规定：焊接温度一般高于焊锡熔点50 ℃，不得高于焊锡熔点的40%，停留时间2～5 s，无铅焊接时为3～5 s。QJ3011-98规定：手工焊接温度一般应设定在260～300 ℃，时间一般不超过3s，对热敏元器件和片状元器件不超过2 s，若在规定时间内未完成焊接，应待焊点冷却后再重复焊接，但是不能超过2次。QJ3117-99规定：对于电子元器件的建议焊接温度为280 ℃，任何情况下不得超过320 ℃。值得注意的是，非恒温烙铁头的实际温度一般比焊接温度要高出100～150 ℃（非恒温烙铁），因为烙铁头焊接时热量输出会降低其温度，如图1所示。表1为常见焊料的焊接温度和烙铁头实际温度范围。在实际生产中，很多烙铁头的实际温度还会比设定温度低50 ℃左右。

2 手工软钎焊工具及材料

2.1 烙铁类型及功率的选择

电烙铁头焊接传热时为物理接触，会占用一定的物理空间，这对焊接产品布局有一定的要求和局限性。在实际生产时，当焊接元器件发生变化时，就要更换相应的烙铁头。其次，烙铁头的维护直接影响烙铁的使用寿命、软钎焊的效率和质量。

电烙铁一般分为普通电烙铁（外热式和内热式）、恒温电烙铁、恒温调温电烙铁和热风焊烙铁[4]。电子行业使用较多的为普通电烙铁，结构如图2所示，最外层镀金受烙铁头温度影响很大，300 ℃时开始氧化，450 ℃时急速氧化，会导致Cr+α镀金脱落。另外，烙铁头反复清洗（高温→冷却）时产生金属疲劳也会导致镀层脱落，高活性助焊剂使用时导致Cr+α镀金层被腐蚀、脱离及锡珠侵入。烙铁头的寿命一般为7 000～8 000个点，质量好的可做到15 000个点（单面）。

内外热式电烙铁结构如图3所示，内热式电烙铁的加热元件在烙铁头内部，加热快、热效率高（85%～95%）、体积小、质量轻、耗电少、使用灵活，多采用握笔法，但烙铁头温度高易致氧化变黑，烙铁芯易断，功率较小，主要面向电子类作业，适合焊接小型的元器件。外热式电烙铁既适合焊接大型元器件及大面积的金属结构，也适合焊接小型的元器件。由于发热电阻丝在烙铁头的外面，有大部分热散发到外部空间，所以加热效率低、速度慢，一般要预热6～7min；其体积较大，多采用握拳法，不便焊接小元器件，且容易漏电，但比较耐用，功率可做到几百瓦。

QJ3117-99规定：印制电路板组装件的焊接一般采用30~50W电烙铁。用于微型器件及片状元器件的焊接一般采用10~20 W电烙铁，用于对热敏感元件或板块的焊接一般采用20~30 W烙铁，用于印刷线路板无铅焊接选用30~50 W烙铁；用于较薄的多层板或较大的接线端子和接地线焊接一般采用50~70 W烙铁。如要更科学地选择电烙铁，烙铁头的温度恢复时间要与被焊件物面的要求相适应。温度恢复时间是指在焊接周期内，烙铁头顶端温度因热量散失而降低后再恢复到最高温度所需的时间，它与烙铁功率、热容及烙铁头形状、长度有关。

一般建议购买可实现恒温和调温、功率在30～50 W的烙铁，否则当产品上有不同大小元器件及金属结构时，要根据不同焊接对象更换不同功率的电烙铁。选择时烙铁功率在可接受的情况下尽可能大一些，能使焊件及焊锡迅速达到熔化温度，在尽可能短的时间内完成焊接，防止过多的热量扩散到焊接区外的地方，防止热损伤。