手工焊接技术

孙建强 （天津富士通天电子有限公司 天津300456）

手工焊接技术

孙建强 （天津富士通天电子有限公司 天津300456）

主要从手工焊接的意义、使用工具、焊接步骤、焊接三要素、典型不良及发生机理、焊接不良维修等方面系统介绍了手工焊接技术，为需求者提供理论帮助。

手工焊接 焊接温度 焊接时间 焊锡量

手工焊接是利用溶化的焊锡，使元器件固定，并保证有效的电路导通的一种技术工艺。目前广泛应用在电子产品的批量生产过程中。同时，新产品的研制和调试样机时，产品/设备故障修理时都需要使用电烙铁进行手工焊接，即使是在使用自动焊接设备的生产企业中，也离不开手工焊接。

在手工焊接中，电烙铁把电能转化用于焊接的热能，它是传统的焊接工具，现在还在广泛使用。

自动化恒温电烙铁采取了很好的防静电措施，适合焊接高内阻/低耐压的元器件；可调式内热电烙铁（见图1）是现在最为常用的焊接工具，它的发热元件装在烙铁头内部，烙铁头是用紫铜材料制成的，可以根据不同的焊接对象调整焊接温度，并选择不同形状的烙铁头，或者根据焊接的需要对烙铁头进行修整，以确保良好的焊接质量。

对烙铁头的一般要求是，尖端表面光亮，没有不能挂锡的氧化层，尖端的直径不大于印制电路板上焊盘的直径（见图2）。

在使用过程中，用于受热和氧化层的作用，烙铁头的尖端可能被氧化/锈蚀蚀，不挂锡的烙铁头不能用来焊接，这时就必须对烙铁头进行清洁和修整，除去锈蚀。另外，为了延长电烙铁的使用寿命，通常在30 min不使用时关闭电源，每次使用完电烙铁，应在前端镀锡，防止头部氧化/锈蚀（见图3）。

近年来，有一种长寿命电烙铁也在广泛使用，从外观上看，它和普通电烙铁没有太大差别，但它的烙铁头前端被深镀了一层铁镍合金，铁镍合金保护烙铁头在高温下不容易被氧化/锈蚀，所以不需要修整。烙铁头脏了，只需在相对较软的物质（如浸水的纤维棉）上擦拭干净。目前，也有一些公司使用电动烙铁清洁器，只需将电烙铁头部插入清洁孔，按压下触压开关，清洁器内部的转子带动橡胶转刷旋转，即可将烙铁头清洁干净（见图 4）。

因此，电烙铁在使用时一定要保护好烙铁头，避免其和硬质铁器等磕碰，使表面的铁镍合金层破坏，从而导致烙铁头的氧化/锈蚀。

手工焊接使用的焊锡丝里包裹了活性助焊剂，在焊接时，助焊剂首先溶化，并浸满焊接部位使氧化层被清除。

手工焊接操作通常可分为如下几个步骤：

①烙铁头清洁：除去先端的焊锡镀层。

②尖端镀锡：为使焊锡导热良好。

③电烙铁移至焊接部位，使烙铁先端与焊盘和引脚同时解除接触，爬锡顺畅。

④焊锡移至焊接部位。

⑤溶化焊锡：对于焊接面积较大的部位，可一边加锡，一边在焊接面范围内来回移动电烙铁，以确保良好的焊锡浸润。

⑥焊锡离开。

⑦电烙铁离开。

⑧静止：确保焊锡充分冷却，元器件牢固地连接。

⑨电烙铁收藏。

⑩清洁：对于无接点的部品，可使用IPA（异丙醇）清洁焊接表面的助焊剂残留；对于附着的焊锡粒，可用竹镊子或陶瓷镊子去除后使用吸取器将其吸走。

⑪检查：通常使用4倍以上的放大镜对焊接部位实施目视检查；焊点较密集（间距0.5 mm以下）时，使用8倍以上放大镜或显微镜检查；有条件的或要求焊接质量较高的场合应追加X射线或加电检测。

有些初学者，在学习焊接的时候，用烙铁头烫焊锡丝，把溶化的焊锡搬运到焊点上，这是不正确的操作方法。焊锡丝里的助焊剂受到高温很快就会失去帮助焊接的作用，变为残渣。用失去助焊剂的焊锡去焊接焊点，质量必然下降。

保证焊接品质的3个主要因素是：①焊接温度；②焊接时间；③焊锡量。

焊接温度是指焊接时溶化焊锡进行焊接的烙铁头先端的温度，主要通过电烙铁自身来控制，对于可调式电烙铁，则要依据工艺要求由作业者进行调整。温度设定的是否合适，可通过在烙铁头先端加少量焊锡，然后观察锡烟升腾的状态确认：自然匀速的一缕青烟向上升腾，表明温度适中；淡淡的且缓慢的升腾或不升腾，表明温度过低；烟雾较大，且快速升腾，表明温度过高。也可通过皮肤感触来判断：将电烙铁移至距离面部皮肤2～3 cm左右，能明显感觉到温热，表明温度适中；感觉不到热度表明温度过低；有灼热感表明温度过高（这种方法存在安全隐患，不建议使用采用）。当然，最好的温度确认方法是使用专用的温度传感器测量，这种方法准确、可靠。

焊接时间是指电烙铁接触焊点的时间，可通过心中默数1，2，3……的方法来把握：具体说就是将电烙铁移至焊接处，接触焊盘开始数1、2，将焊锡移至烙铁头并溶化开始数3、4，直至溶化的焊料完全浸润焊盘和焊点。

如有明确的焊接时间要求，为确保准确的焊接时间，可使用计时器或在焊接治具上安装定时报警装置，以免因为焊接时间不足或过长造成的焊接不良。

焊锡量是指每个焊点所需的焊锡量多少，可通过焊点形状判断，也可通过焊锡定量供给装置来控制。良好的焊锡量，从外观状态来看，焊料牢牢的凝固在焊盘或引线的金属表面，并形成理想的/无缺陷的锥状焊点。

从焊点的形状来观察焊接过程，可判断出焊接质量的好坏：好的焊点表面光亮，说明焊接温度/时间合适；锥形的焊点沿着焊接对象光滑过渡，微微向内凹陷，说明焊锡量合适，润湿良好。

抽风机可以使焊点尽快凝固，增加焊点强度;从撤掉烙铁到液态焊料完全凝固这段时间里，焊点不能受到任何震动，这样的焊点组织密实，强度高。

下面介绍几种常见的焊接缺陷及发生机理：

①冷焊或虚焊（见图6）：

造成这一现象的第一种原因是：焊接过程中，焊点在未凝固状态下受到外力震动或冲击，使得焊点组织疏松，强度极低，焊点上的焊锡与元器件脱焊。

第二种原因是：焊接时烙铁头未同时与焊盘和引角接触，造成受热不均，融化的焊料向着温度高的一方浸润，而使另一方浸润不充分。

第三种原因是：烙铁头的温度低过焊接时间短，焊料未完全溶化，造成浸润不充分。

②夹气，夹渣（见图7）：

焊接时，涂布在母材上的助焊剂开始了清除表面氧化膜的反应，假如被清除的氧化层气体和残渣来不及跑掉，被凝固的焊料包在里面，就形成了夹气/夹渣的缺陷，为电化学腐蚀提供了条件。元器件和印刷电路板的可焊性越差，夹气/夹渣的缺陷就越严重。

③焊珠（见图8）：

人们发现，焊料虽然溶化了，但并未浸润焊接部位，再将焊锡丝送到焊接部位，尽管溶化的焊料很多，仍然没有浸润被焊接部位的金属表面，焊料未被吸收，即使延长加热时间，焊料也无法浸润进去，从而形成珠状焊点。这就是因为焊接部位的可焊性差造成的，这种可焊性差的元器件也极易造成冷焊/虚焊的发生。

从上面的例子可以看出，焊接过程不好以及元器件自身的可焊性差极易造成焊接不良的发生。除此之外，元器件的设计/制造标准化与否同样会给焊接品质造成较大的影响。

如，印刷电路板的孔与引线间隙大小，会直接决定焊接质量的好坏，印刷电路板的孔与引线间存在一定间隙，这叫做配合间隙（图9是间隙与不合格率之间的关系图）。

从上图可见，相应合适的间隙应在0.2～0.3 mm，间隙大，焊点的不合格率就增加；间隙小，焊点的质量高，但是往板子上插装元器件困难。这个配合间隙还能起到另一个作用，在焊接双面印刷电路板时，由于毛细作用，融化的焊料在焊接时能够被润湿，自动流到孔和沿线的皮和间隙里，对于双面板来说，引线与焊盘的电器连接不仅发生在焊盘上方，孔的配合间隙里的连接也是重要的组成部分。可见，合理的设计印刷板，是提高焊接质量的可靠性的重要条件。

电子产品的超负荷运转，可能会损坏某些元件，对于已经损坏的元器件，必须从印刷电路板上拆下来。在电路板的焊接面上找到相应的焊点，用电烙铁溶化焊料，就能把引线从焊孔中拉出来。焊接部位应加热到恰好使焊料溶化为止，拉出引线也要动作谨慎。加热时间太长，拉动过于猛烈都会造成印制电路板的焊盘脱落，这一点应引起注意；也可使用手动吸锡枪，吸锡枪内压紧的弹簧在释放弹力后，带动活塞产生抽吸作用，但焊料必须首先溶化，才能被吸到吸锡枪里。最好的方式是使用电动拆锡设备，它可以使吸嘴通电加热来融化焊料，其内部有一个电泵，电泵能产生真空吸力，可以方便地吸掉焊点上的焊料，比手动吸锡枪的功能更好，连双面印制板孔里的焊料也能吸掉。

综上所述，手工焊接由于其品质保证条件的多样性，因此对操作者的技能要求较高；由于其品质的不易探测性，往往焊接完成品的不良在通电后才能显现出来。因此焊接技术的可靠性已越来越多地被电子厂商所关注，尤其是在汽车行业，焊接已被AIAG组织作为特殊工艺过程加以体系化控制，并出台了CQI-17锡焊系统评估体系。■

2012-05-09