5.1.2 THT元器件在印制電路板上的安裝

傳統(tǒng)元器件在印制板上的固定，可以分為臥式安裝與立式安裝兩種方式,。關(guān)于這兩種方式的特點,，已經(jīng)在第4章里進(jìn)行了介紹，這里僅補充與裝配,、焊接操作有關(guān)的內(nèi)容,。

在電子產(chǎn)品開始裝配、焊接以前,，除了要事先做好對于全部元器件的測試篩選以外,，還要進(jìn)行兩項準(zhǔn)備工作：一是要檢查元器件引線的可焊性，若可焊性不好,，就必須進(jìn)行鍍錫處理,；二是要根據(jù)元器件在印制板上的安裝形式，對元器件的引線進(jìn)行整形,，使之符合在印制板上的安裝孔位,。如果沒有完成這兩項準(zhǔn)備工作就匆忙開始裝焊,，很可能造成虛焊或安裝錯誤，帶來得不償失的麻煩,。

5.1.2.1 元器件引線的彎曲成形

為使元器件在印制板上的裝配排列整齊并便于焊接,，在安裝前通常采用手工或?qū)Ｓ脵C械把元器件引線彎曲成一定的形狀——整形，如圖5.10所示,。

圖5.6 元器件引線彎曲成形

在這幾種元器件引線的彎曲形狀中,，圖(a)比較簡單，適合于手工裝配,；圖(b)適合于機械整形和自動裝焊,，特別是可以避免元器件在機械焊接過程中從印制板上脫落；圖(c)雖然對某些怕熱的元器件在焊接時散熱有利,，但因為加工比較麻煩，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用,。

在THT電路板上插裝,、焊接有引腳的元器件，大批量生產(chǎn)的企業(yè)中通常有兩種工藝過程：一是“長腳插焊”,，二是“短腳插焊”,。

所謂“長腳插焊”，如圖5.11(a)所示,，是指元器件引腳在整形時并不剪短,，把元器件插裝到電路板上后，可以采用手工焊接,，然后手工剪短多余的引腳,；或者采用浸焊、高波峰焊設(shè)備進(jìn)行焊接,，焊接后用“剪腿機”剪短元器件的引腳,。“長腳插焊”的特點是,，元器件采用手工流水線插裝,，由于引腳長，在插裝過程中傳遞,、插裝以后焊接的過程中,，元器件不容易從板上脫落。這種生產(chǎn)工藝的優(yōu)點是設(shè)備的投入小,，適合于生產(chǎn)那些安裝密度不高的電子產(chǎn)品,。

“短腳插焊”，如圖5.11(b)所示,，是指在對元器件整形的同時剪短多余的引腳,，把元器件插裝到電路板上后進(jìn)行彎腳,，這樣可以避免電路板在以后的工序傳遞中脫落元器件。在整個工藝過程中,，從元器件整形,、插裝到焊接，全部采用自動生產(chǎn)設(shè)備,。這種生產(chǎn)工藝的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高,，但設(shè)備的投入大。

圖5.7 “長腳插焊”與“短腳插焊”

無論采用哪種方法對元器件引腳進(jìn)行整形,，都應(yīng)該按照元器件在印制板上孔位的尺寸要求,，使其彎曲成形的引線能夠方便地插入孔內(nèi)。為了避免損壞元器件,，整形必須注意以下兩點：

⑴ 引線彎曲的最小半徑不得小于引線直徑的2倍,，不能“打死彎”；

⑵ 引線彎曲處距離元器件本體至少在2mm以上,，絕對不能從引線的根部開始彎折,。對于那些容易崩裂的玻璃封裝的元器件，引線整形時尤其要注意這一點,。

5.1.2.2 元器件的插裝

元器件插裝到印制電路板上,，無論是臥式安裝還是立式安裝，這兩種方式都應(yīng)該使元器件的引線盡可能短一些,。在單面印制板上臥式裝配時,，小功率元器件總是平行地緊貼板面；在雙面板上,，元器件則可以離開板面約1~2mm,，避免因元器件發(fā)熱而減弱銅箔對基板的附著力，并防止元器件的裸露部分同印制導(dǎo)線短路,。

插裝元器件還要注意以下原則：

⑴ 要根據(jù)產(chǎn)品的特點和企業(yè)的設(shè)備條件安排裝配的順序,。如果是手工插裝、焊接,，應(yīng)該先安裝那些需要機械固定的元器件,，如功率器件的散熱器、支架,、卡子等,，然后再安裝靠焊接固定的元器件。否則,，就會在機械緊固時,，使印制板受力變形而損壞其它已經(jīng)安裝的元器件。如果是自動機械設(shè)備插裝,、焊接,，就應(yīng)該先安裝那些高度較低的元器件,，例如電路的“跳線”、電阻一類元件,，后安裝那些高度較高的元器件,，例如軸向（立式）插裝的電容器、晶體管等元器件,，對于貴重的關(guān)鍵元器件,，例如大規(guī)模集成電路和大功率器件，應(yīng)該放到最后插裝,，安裝散熱器,、支架、卡子等,，要靠近焊接工序,，這樣不僅可以避免先裝的元器件妨礙插裝后裝的元器件，還有利于避免因為傳送系統(tǒng)振動丟失貴重元器件,。

⑵ 各種元器件的安裝,，應(yīng)該盡量使它們的標(biāo)記（用色碼或字符標(biāo)注的數(shù)值、精度等）朝上或朝著易于辨認(rèn)的方向,，并注意標(biāo)記的讀數(shù)方向一致（從左到右或從上到下），這樣有利于檢驗人員直觀檢查,；臥式安裝的元器件,，盡量使兩端引線的長度相等對稱，把元器件放在兩孔中央,，排列要整齊,；立式安裝的色環(huán)電阻應(yīng)該高度一致，最好讓起始色環(huán)向上以便檢查安裝錯誤,，上端的引線不要留得太長以免與其他元器件短路,，如圖5.12所示。有極性的元器件,，插裝時要保證方向正確,。

圖5.8 元器件的插裝

⑶ 當(dāng)元器件在印制電路板上立式裝配時，單位面積上容納元器件的數(shù)量較多,，適合于機殼內(nèi)空間較小,、元器件緊湊密集的產(chǎn)品。但立式裝配的機械性能較差,，抗振能力弱,，如果元器件傾斜，就有可能接觸臨近的元器件而造成短路,。為使引線相互隔離,，往往采用加套絕緣塑料管的方法,。在同一個電子產(chǎn)品中，元器件各條引線所加套管的顏色應(yīng)該一致,，便于區(qū)別不同的電極,。因為這種裝配方式需要手工操作，除了那些成本非常低廉的民用小產(chǎn)品之外,，在檔次較高的電子產(chǎn)品中不會采用,。

⑷ 在非專業(yè)化條件下批量制作電子產(chǎn)品的時候，通常是手工安裝元器件與焊接操作同步進(jìn)行,。應(yīng)該先裝配需要機械固定元器件,，先焊接那些比較耐熱的元器件，如接插件,、小型變壓器,、電阻、電容等,；然后再裝配焊接比較怕熱的元器件,，如各種半導(dǎo)體器件及塑料封裝的元件。

5.2 手工焊接技術(shù)

焊接是制造電子產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)之一,，如果沒有相應(yīng)的工藝質(zhì)量保證,，任何一個設(shè)計精良的電子產(chǎn)品都難以達(dá)到設(shè)計要求。在科研開發(fā),、設(shè)計試制,、技術(shù)革新的過程中制作一、兩塊電路板,，不可能也沒有必要采用自動設(shè)備,，經(jīng)常需要進(jìn)行手工裝焊。在大量生產(chǎn)中,，從元器件的篩選測試,，到電路板的裝配焊接，都是由自動化機械來完成的,，例如自動測試機,、元件清洗機、搪錫機、整形機、插裝機,、波峰焊機、剪腿機,、印制板清洗機等。這些由計算機控制的生產(chǎn)設(shè)備，在現(xiàn)代化的大規(guī)模電子產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用,，有利于保證工藝條件和裝焊操作的一致性,，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

5.2.1 焊接分類與錫焊的條件

5.2.1.1 焊接的分類

焊接技術(shù)在電子工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛,，在電子產(chǎn)品制造過程中,，幾乎各種焊接方法都要用到，但使用最普遍,、最有代表性的是錫焊方法,。錫焊是焊接的一種，它是將焊件和熔點比焊件低的焊料共同加熱到錫焊溫度,，在焊件不熔化的情況下,，焊料熔化并浸潤焊接面，依靠二者原子的擴散形成焊件的連接,。其主要特征有以下三點：

⑴ 焊料熔點低于焊件,；

⑵ 焊接時將焊料與焊件共同加熱到錫焊溫度，焊料熔化而焊件不熔化,；

⑶ 焊接的形成依靠熔化狀態(tài)的焊料浸潤焊接面,，由毛細(xì)作用使焊料進(jìn)入焊件的間隙，形成一個合金層,，從而實現(xiàn)焊件的結(jié)合,。

除了含有大量鉻、鋁等元素的一些合金材料不宜采用錫焊焊接外,，其它金屬材料大都可以采用錫焊焊接,。錫焊方法簡便，只需要使用簡單的工具（如電烙鐵）即可完成焊接,、焊點整修、元器件拆換,、重新焊接等工藝過程,。此外，錫焊還具有成本低,、易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,，在電子工程技術(shù)里，它是使用最早,、最廣,、占比重最大的焊接方法。

5.2.1.2 錫焊必須具備的條件

焊接的物理基礎(chǔ)是“浸潤”,，浸潤也叫“潤濕”,。要解釋浸潤，先從荷葉上的水珠說起：荷葉表面有一層不透水的臘質(zhì)物質(zhì)，水的表面張力使它保持珠狀,，在荷葉上滾動而不能攤開,，這種狀態(tài)叫做不能浸潤；反之,，假如液體在與固體的接觸面上攤開,，充分鋪展接觸，就叫做浸潤,。錫焊的過程,，就是通過加熱，讓鉛錫焊料在焊接面上熔化,、流動,、浸潤，使鉛錫原子滲透到銅母材（導(dǎo)線,、焊盤）的表面內(nèi),，并在兩者的接觸面上形成Cu6-Sn5的脆性合金層。

在焊接過程中,，焊料和母材接觸所形成的夾角叫做浸潤角,，如圖5.13中的。(a)圖中,，當(dāng)時,，焊料與母材沒有浸潤，不能形成良好的焊點,；(b)圖中,，當(dāng)時，焊料與母材浸潤,，能夠形成良好的焊點,。仔細(xì)觀察焊點的浸潤角，就能判斷焊點的質(zhì)量,。

圖5.9 浸潤與浸潤角

顯然,，如果焊接面上有阻隔浸潤的污垢或氧化層，不能生成兩種金屬材料的合金層,，或者溫度不夠高使焊料沒有充分熔化,，都不能使焊料浸潤。進(jìn)行錫焊,，必須具備的條件有以下幾點：

⑴ 焊件必須具有良好的可焊性

所謂可焊性是指在適當(dāng)溫度下,，被焊金屬材料與焊錫能形成良好結(jié)合的合金的性能。不是所有的金屬都具有好的可焊性,，有些金屬如鉻,、鉬、鎢等的可焊性就非常差；有些金屬的可焊性又比較好,，如紫銅,、黃銅等。在焊接時,，由于高溫使金屬表面產(chǎn)生氧化膜,，影響材料的可焊性。為了提高可焊性,，可以采用表面鍍錫,、鍍銀等措施來防止材料表面的氧化。

⑵ 焊件表面必須保持清潔

為了使焊錫和焊件達(dá)到良好的結(jié)合,，焊接表面一定要保持清潔,。即使是可焊性良好的焊件，由于儲存或被污染,，都可能在焊件表面產(chǎn)生對浸潤有害的氧化膜和油污,。在焊接前務(wù)必把污膜清除干凈，否則無法保證焊接質(zhì)量,。金屬表面輕度的氧化層可以通過焊劑作用來清除,，氧化程度嚴(yán)重的金屬表面，則應(yīng)采用機械或化學(xué)方法清除,，例如進(jìn)行刮除或酸洗等,。

⑶ 要使用合適的助焊劑

助焊劑的作用是清除焊件表面的氧化膜。不同的焊接工藝,，應(yīng)該選擇不同的助焊劑,，如鎳鉻合金、不銹鋼,、鋁等材料,，沒有專用的特殊焊劑是很難實施錫焊的。在焊接印制電路板等精密電子產(chǎn)品時,，為使焊接可靠穩(wěn)定,，通常采用以松香為主的助焊劑。一般是用酒精將松香溶解成松香水使用,。

⑷ 焊件要加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?/span>

焊接時，熱能的作用是熔化焊錫和加熱焊接對象,，使錫,、鉛原子獲得足夠的能量滲透到被焊金屬表面的晶格中而形成合金。焊接溫度過低,，對焊料原子滲透不利,，無法形成合金，極易形成虛焊；焊接溫度過高,，會使焊料處于非共晶狀態(tài),，加速焊劑分解和揮發(fā)速度，使焊料品質(zhì)下降,，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致印制電路板上的焊盤脫落,。

需要強調(diào)的是，不但焊錫要加熱到熔化,，而且應(yīng)該同時將焊件加熱到能夠熔化焊錫的溫度,。

⑸ 合適的焊接時間

焊接時間是指在焊接全過程中，進(jìn)行物理和化學(xué)變化所需要的時間,。它包括被焊金屬達(dá)到焊接溫度的時間,、焊錫的熔化時間、助焊劑發(fā)揮作用及生成金屬合金的時間幾個部分,。當(dāng)焊接溫度確定后,，就應(yīng)根據(jù)被焊件的形狀、性質(zhì),、特點等來確定合適的焊接時間,。焊接時間過長，易損壞元器件或焊接部位,；過短,，則達(dá)不到焊接要求。一般,，每個焊點焊接一次的時間最長不超過5s,。

5.2.2 焊接前的準(zhǔn)備——鍍錫

為了提高焊接的質(zhì)量和速度，避免虛焊等缺陷,，應(yīng)該在裝配以前對焊接表面進(jìn)行可焊性處理——鍍錫,。沒有經(jīng)過清洗并涂覆助焊劑的印制電路板，要按照第5章里介紹過的方法進(jìn)行處理,。在電子元器件的待焊面（引線或其它需要焊接的地方）鍍上焊錫,，是焊接之前一道十分重要的工序，尤其是對于一些可焊性差的元器件,，鍍錫更是至關(guān)緊要的,。專業(yè)電子生產(chǎn)廠家都備有專門的設(shè)備進(jìn)行可焊性處理。

鍍錫也叫“搪錫”,，實際就是液態(tài)焊錫對被焊金屬表面浸潤,，形成一層既不同于被焊金屬又不同于焊錫的結(jié)合層。由這個結(jié)合層將焊錫與待焊金屬這兩種性能,、成分都不相同的材料牢固連接起來,。

5.2.3 手工烙鐵焊接的基本技能

使用電烙鐵進(jìn)行手工焊接,，掌握起來并不困難，但是又有一定的技術(shù)要領(lǐng),。長期從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)的人們是從四個方面提高焊接的質(zhì)量：材料,、工具、方法,、操作者,。

其中最主要的當(dāng)然還是人的技能。沒有經(jīng)過相當(dāng)時間的焊接實踐和用心體驗,、領(lǐng)會,，就不能掌握焊接的技術(shù)要領(lǐng)；即使是從事焊接工作較長時間的技術(shù)工人,，也不能保證每個焊點的質(zhì)量完全一致,。只有充分了解焊接原理再加上用心實踐，才有可能在較短的時間內(nèi)學(xué)會焊接的基本技能,。下面介紹的一些具體方法和注意要點,，都是實踐經(jīng)驗的總結(jié)，是初學(xué)者迅速掌握焊接技能的捷徑,。

初學(xué)者應(yīng)該勤于練習(xí),，不斷提高操作技藝，不能把焊接質(zhì)量問題留到整機電路調(diào)試的時候再去解決,。

5.2.3.1 焊接操作的正確姿勢

掌握正確的操作姿勢,，可以保證操作者的身心健康，減輕勞動傷害,。為減少焊劑加熱時揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)對人的危害,，減少有害氣體的吸入量，一般情況下,，烙鐵到鼻子的距離應(yīng)該不少于20cm,，通常以30cm為宜。

電烙鐵有三種握法,，如圖5.15所示,。

圖5.10 握電烙鐵的手法示意　　　　              圖5.11 焊錫絲的拿法

反握法的動作穩(wěn)定，長時間操作不易疲勞,，適于大功率烙鐵的操作,；正握法適于中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作；一般在操作臺上焊接印制板等焊件時,，多采用握筆法,。

焊錫絲一般有兩種拿法，如圖5.16所示,。由于焊錫絲中含有一定比例的鉛,，而鉛是對人體有害的一種重金屬，因此操作時應(yīng)該戴手套或在操作后洗手,，避免食入鉛塵,。

電烙鐵使用以后，一定要穩(wěn)妥地插放在烙鐵架上,，并注意導(dǎo)線等其他雜物不要碰到烙鐵頭,，以免燙傷導(dǎo)線，造成漏電等事故,。

5.2.3.2 手工焊接操作的基本步驟

掌握好電烙鐵的溫度和焊接時間,，選擇恰當(dāng)?shù)睦予F頭和焊點的接觸位置，才可能得到良好的焊點,。正確的手工焊接操作過程可以分成五個步驟,，如圖5.17所示。

⑴ 步驟一：準(zhǔn)備施焊（圖(a)）

左手拿焊絲,，右手握烙鐵,，進(jìn)入備焊狀態(tài)。要求烙鐵頭保持干凈,，無焊渣等氧化物,，并在表面鍍有一層焊錫。

⑵ 步驟二：加熱焊件（圖(b)）

烙鐵頭靠在兩焊件的連接處,，加熱整個焊件全體,，時間大約為1～2秒鐘。對于在印制板上焊接元器件來說,，要注意使烙鐵頭同時接觸兩個被焊接物,。例如，圖(b)中的導(dǎo)線與接線柱,、元器件引線與焊盤要同時均勻受熱,。

⑶ 步驟三：送入焊絲（圖(c)）

焊件的焊接面被加熱到一定溫度時，焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件,。注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上,！

⑷ 步驟四：移開焊絲（圖(d)）

當(dāng)焊絲熔化一定量后，立即向左上45°方向移開焊絲,。

⑸ 步驟五：移開烙鐵（圖(e)）

焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后,，向右上45°方向移開烙鐵，結(jié)束焊接,。從第三步開始到第五步結(jié)束,，時間大約也是1~2s。

圖5.12 錫焊五步操作法

對于熱容量小的焊件,，例如印制板上較細(xì)導(dǎo)線的連接,，可以簡化為三步操作,。

① 準(zhǔn)備：同以上步驟一；

② 加熱與送絲：烙鐵頭放在焊件上后即放入焊絲,。

③ 去絲移烙鐵：焊錫在焊接面上浸潤擴散達(dá)到預(yù)期范圍后,，立即拿開焊絲并移開烙鐵，并注意移去焊絲的時間不得滯后于移開烙鐵的時間,。

對于吸收低熱量的焊件而言,，上述整個過程的時間不過2~4s，各步驟的節(jié)奏控制,，順序的準(zhǔn)確掌握,，動作的熟練協(xié)調(diào)，都是要通過大量實踐并用心體會才能解決的問題,。有人總結(jié)出了在五步驟操作法中用數(shù)秒的辦法控制時間：烙鐵接觸焊點后數(shù)一,、二（約2s），送入焊絲后數(shù)三,、四,，移開烙鐵，焊絲熔化量要靠觀察決定,。此辦法可以參考,，但由于烙鐵功率、焊點熱容量的差別等因素,，實際掌握焊接火候并無定章可循,，必須具體條件具體對待。試想,，對于一個熱容量較大的焊點,，若使用功率較小的烙鐵焊接時，在上述時間內(nèi),，可能加熱溫度還不能使焊錫熔化,，焊接就無從談起。

5.2.3.3 焊接溫度與加熱時間

在介紹錫焊的機理和條件時,，已經(jīng)不止一次講到,，適當(dāng)?shù)臏囟葘π纬闪己玫暮更c是必不可少的。這個溫度究竟如何掌握呢,？當(dāng)然,，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，可以很清楚地查出不同的焊件材料所需要的最佳溫度,，得到有關(guān)曲線,。但是，在一般的焊接過程中,，不可能使用溫度計之類的儀表來隨時檢測,，而是希望用更直觀明確的方法來了解焊件溫度,。

經(jīng)過試驗得出，烙鐵頭在焊件上停留的時間與焊件溫度的升高是正比關(guān)系,。同樣的烙鐵,，加熱不同熱容量的焊件時，想達(dá)到同樣的焊接溫度,，可以通過控制加熱時間來實現(xiàn)。但在實踐中又不能僅僅依此關(guān)系決定加熱時間,。例如,，用小功率烙鐵加熱較大的焊件時，無論烙鐵停留的時間多長,，焊件的溫度也升不上去,，原因是烙鐵的供熱容量小于焊件和烙鐵在空氣中散失的熱量。此外,，為防止內(nèi)部過熱損壞,，有些元器件也不允許長期加熱。

加熱時間對焊件和焊點的影響及其外部特征是什么呢,？如果加熱時間不足,，會使焊料不能充分浸潤焊件，形成松香夾渣而虛焊,。反之,，過量的加熱，除有可能造成元器件損壞以外,，還有如下危害和外部特征：

⑴ 焊點的外觀變差,。如果焊錫已經(jīng)浸潤焊件以后還繼續(xù)進(jìn)行過量的加熱，將使助焊劑全部揮發(fā),，造成熔態(tài)焊錫過熱,，降低浸潤性能；當(dāng)烙鐵離開時容易拉出錫尖,，同時焊點表面發(fā)白,，出現(xiàn)粗糙顆粒，失去光澤,。

⑵ 高溫造成所加松香助焊劑的分解炭化,。松香一般在210℃開始分解，不僅失去助焊劑的作用,，而且在焊點內(nèi)形成炭渣而成為夾渣缺陷,。如果在焊接過程中發(fā)現(xiàn)松香發(fā)黑，肯定是加熱時間過長所致,。

⑶ 過量的受熱會破壞印制板上銅箔的粘合層,，導(dǎo)致銅箔焊盤的剝落,。因此，在適當(dāng)?shù)募訜釙r間里,，準(zhǔn)確掌握加熱火候是優(yōu)質(zhì)焊接的關(guān)鍵,。

5.2.3.4 手工焊接操作的具體手法

在保證得到優(yōu)質(zhì)焊點的目標(biāo)下，具體的焊接操作手法可以有所不同,，但下面這些前人總結(jié)的方法,，對初學(xué)者的指導(dǎo)作用是不可忽略的。

⑴ 保持烙鐵頭的清潔

焊接時,，烙鐵頭長期處于高溫狀態(tài),，又接觸助焊劑等弱酸性物質(zhì)，其表面很容易氧化腐蝕并沾上一層黑色雜質(zhì),。這些雜質(zhì)形成隔熱層,，妨礙了烙鐵頭與焊件之間的熱傳導(dǎo)。因此,，要注意用一塊濕布或濕的木質(zhì)纖維海綿隨時擦拭烙鐵頭,。對于普通烙鐵頭，在腐蝕污染嚴(yán)重時可以使用銼刀修去表面氧化層,。對于長壽命烙鐵頭,，就絕對不能使用這種方法了。

⑵ 靠增加接觸面積來加快傳熱

加熱時,，應(yīng)該讓焊件上需要焊錫浸潤的各部分均勻受熱,，而不是僅僅加熱焊件的一部分，更不要采用烙鐵對焊件增加壓力的辦法,，以免造成損壞或不易覺察的隱患,。有些初學(xué)者用烙鐵頭對焊接面施加壓力，企圖加快焊接,，這是不對的,。正確的方法是，要根據(jù)焊件的形狀選用不同的烙鐵頭,，或者自己修整烙鐵頭,，讓烙鐵頭與焊件形成面的接觸而不是點或線的接觸。這樣,，就能大大提高傳熱效率,。

⑶ 加熱要靠焊錫橋

在非流水線作業(yè)中，焊接的焊點形狀是多種多樣的,，不大可能不斷更換烙鐵頭,。要提高加熱的效率，需要有進(jìn)行熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋,，就是靠烙鐵頭上保留少量焊錫,，作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋梁。由于金屬熔液的導(dǎo)熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣,，使焊件很快就被加熱到焊接溫度,。應(yīng)該注意，作為焊錫橋的錫量不可保留過多,，不僅因為長時間存留在烙鐵頭上的焊料處于過熱狀態(tài),，實際已經(jīng)降低了質(zhì)量，還可能造成焊點之間誤連短路,。

⑷ 烙鐵撤離有講究

烙鐵的撤離要及時,，而且撤離時的角度和方向與焊點的形成有關(guān)。圖5.18所示為烙鐵不同的撤離方向?qū)更c錫量的影響,。

圖5.13 烙鐵撤離方向和焊點錫量的關(guān)系

⑸ 在焊錫凝固之前不能動

切勿使焊件移動或受到振動，特別是用鑷子夾住焊件時,，一定要等焊錫凝固后再移走鑷子,，否則極易造成焊點結(jié)構(gòu)疏松或虛焊。

⑹ 焊錫用量要適中

手工焊接常使用的管狀焊錫絲,，內(nèi)部已經(jīng)裝有由松香和活化劑制成的助焊劑,。焊錫絲的直徑有0.5、0.8,、1.0,、…、5.0mm等多種規(guī)格,，要根據(jù)焊點的大小選用,。一般，應(yīng)使焊錫絲的直徑略小于焊盤的直徑,。

見圖5.19,，過量的焊錫不但無必要地消耗了焊錫，而且還增加焊接時間,，降低工作速度,。更為嚴(yán)重的是，過量的焊錫很容易造成不易覺察的短路故障,。焊錫過少也不能形成牢固的結(jié)合,，同樣是不利的。特別是焊接印制板引出導(dǎo)線時,，焊錫用量不足,，極容易造成導(dǎo)線脫落。

圖5.14 焊點錫量的掌握

⑺ 焊劑用量要適中

適量的助焊劑對焊接非常有利。過量使用松香焊劑,，焊接以后勢必需要擦除多余的焊劑,，并且延長了加熱時間，降低了工作效率,。當(dāng)加熱時間不足時,，又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開關(guān),、接插件的時候,，過量的焊劑容易流到觸點上，會造成接觸不良,。合適的焊劑量,，應(yīng)該是松香水僅能浸濕將要形成焊點的部位，不會透過印制板上的通孔流走,。對使用松香芯焊絲的焊接來說,，基本上不需要再涂助焊劑。目前,，印制板生產(chǎn)廠在電路板出廠前大多進(jìn)行過松香水噴涂處理,，無需再加助焊劑。

⑻ 不要使用烙鐵頭作為運送焊錫的工具

有人習(xí)慣到焊接面上進(jìn)行焊接,，結(jié)果造成焊料的氧化,。因為烙鐵尖的溫度一般都在300℃以上，焊錫絲中的助焊劑在高溫時容易分解失效,，焊錫也處于過熱的低質(zhì)量狀態(tài),。特別應(yīng)該指出的是，在一些陳舊的書刊中還介紹過用烙鐵頭運送焊錫的方法,，請讀者注意鑒別,。

5.2.4 焊點質(zhì)量及檢查

對焊點的質(zhì)量要求，應(yīng)該包括電氣接觸良好,、機械結(jié)合牢固和美觀三個方面,。保證焊點質(zhì)量最重要的一點，就是必須避免虛焊,。

5.2.4.1 虛焊產(chǎn)生的原因及其危害

虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的,，它使焊點成為有接觸電阻的連接狀態(tài)，導(dǎo)致電路工作不正常,，出現(xiàn)連接時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象,，噪聲增加而沒有規(guī)律性，給電路的調(diào)試,、使用和維護(hù)帶來重大隱患,。此外,，也有一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長時間內(nèi)，保持接觸尚好,，因此不容易發(fā)現(xiàn),。但在溫度、濕度和振動等環(huán)境條件的作用下,，接觸表面逐步被氧化,，接觸慢慢地變得不完全起來。虛焊點的接觸電阻會引起局部發(fā)熱,，局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點情況進(jìn)一步惡化,，最終甚至使焊點脫落，電路完全不能正常工作,。這一過程有時可長達(dá)一,、二年，其原理可以用“原電池”的概念來解釋：當(dāng)焊點受潮使水汽滲入間隙后,，水分子溶解金屬氧化物和污垢形成電解液,，虛焊點兩側(cè)的銅和鉛錫焊料相當(dāng)于原電池的兩個電極，鉛錫焊料失去電子被氧化,，銅材獲得電子被還原,。在這樣的原電池結(jié)構(gòu)中，虛焊點內(nèi)發(fā)生金屬損耗性腐蝕,，局部溫度升高加劇了化學(xué)反應(yīng)，機械振動讓其中的間隙不斷擴大,，直到惡性循環(huán)使虛焊點最終形成斷路,。

據(jù)統(tǒng)計數(shù)字表明，在電子整機產(chǎn)品的故障中,，有將近一半是由于焊接不良引起的,。然而，要從一臺有成千上萬個焊點的電子設(shè)備里,，找出引起故障的虛焊點來,，實在不是容易的事。所以,，虛焊是電路可靠性的重大隱患,，必須嚴(yán)格避免。進(jìn)行手工焊接操作的時候,，尤其要加以注意,。

一般來說，造成虛焊的主要原因是：焊錫質(zhì)量差,；助焊劑的還原性不良或用量不夠,；被焊接處表面未預(yù)先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過高或過低,，表面有氧化層,；焊接時間掌握不好，太長或太短,；焊接中焊錫尚未凝固時,，焊接元件松動。

5.2.4.2 對焊點的要求

⑴ 可靠的電氣連接

焊接是電子線路從物理上實現(xiàn)電氣連接的主要手段,。錫焊連接不是靠壓力,，而是靠焊接過程形成的牢固連接的合金層達(dá)到電氣連接的目的。如果焊錫僅僅是堆在焊件的表面或只有少部分形成合金層,，也許在最初的測試和工作中不會發(fā)現(xiàn)焊點存在問題,，但隨著條件的改變和時間的推移，接觸層氧化,，脫離出現(xiàn)了,，電路產(chǎn)生時通時斷或者干脆不工作，而這時觀察焊點外表,，依然連接如初,。這是電子產(chǎn)品工作中最頭疼的問題，也是產(chǎn)品制造中必須十分重視的問題,。

⑵ 足夠的機械強度

焊接不僅起到電氣連接的作用,，同時也是固定元器件，保證機械連接的手段,。這就有個機械強度的問題,。作為錫焊材料的鉛錫合金，本身強度是比較低的,，常用鉛錫焊料抗拉強度約為3~4.7kgf/cm,，只有普通鋼材的10%。要想增加強度,，就要有足夠的連接面積,。如果是虛焊點，焊料僅僅堆在焊盤上,，自然就談不到強度了,。另外，在元器件插裝后把引線彎折,，實行鉤接,、絞合、網(wǎng)繞后再焊,，也是增加機械強度的有效措施,。

造成強度較低的常見缺陷是因為焊錫未流滿焊點或焊錫量過少,，還可能因為焊接時焊料尚未凝固就發(fā)生件振動而引起的焊點結(jié)晶粗大（像豆腐渣狀）或有裂紋。

⑶ 光潔整齊的外觀

良好的焊點要求焊料用量恰到好處,，表面圓潤,，有金屬光澤。外表是焊接質(zhì)量的反映,，注意：焊點表面有金屬光澤是焊接溫度合適,、生成合金層的標(biāo)志，這不僅僅是美觀的要求,。

焊點的外觀檢查,，除用目測（或借助放大鏡，顯微鏡觀測）焊點是否合乎上述標(biāo)準(zhǔn)以外,，還包括從以下幾個方面對整塊印制電路板進(jìn)行焊接質(zhì)量的檢查：

·沒有漏焊,；

·沒有焊料拉尖；

·沒有焊料引起導(dǎo)線間短路（即所謂“橋接”）,；

·不損傷導(dǎo)線及元器件的絕緣層,；

·沒有焊料飛濺。

檢查時,，除目測外還要用指觸,、鑷子撥動、拉線等辦法檢查有無導(dǎo)線斷線,、焊盤剝離等缺陷,。

5.2.4.3 典型焊點的形成及其外觀

在單面和雙面（多層）印制電路板上，焊點的形成是有區(qū)別的：見圖5.20(a),，在單面板上,，焊點僅形成在焊接面的焊盤上方；但在雙面板或多層板上,，熔融的焊料不僅浸潤焊盤上方,，還由于毛細(xì)作用,，滲透到金屬化孔內(nèi),，焊點形成的區(qū)域包括焊接面的焊盤上方、金屬化孔內(nèi)和元件面上的部分焊盤,，如圖5.20(b)所示,。

無論采用設(shè)備焊接還是手工焊接雙面印制電路板，焊料都可能通過金屬化孔流向元件面：在手工焊接的時候,，雙面板的焊接面朝上,，熔融的焊料浸潤焊盤后，焊料會由于重力的作用沿著金屬化孔流向元件面,；采用波峰焊的時候,，雙面板的焊接面朝下,，噴涌的波峰壓力和插線孔的毛細(xì)作用也會使焊料流向元件面。焊料凝固后,，孔內(nèi)和元件面焊盤上的焊料有助于提高電氣連接性能和機械強度,。所以，設(shè)計雙面印制板的焊盤,，直徑可以小一些,，從而提高了雙面板的布線密度和裝配密度。不過,，流到元件面的焊錫不能太多,，以免在元件面上造成短路。

圖5.15 焊點的形成                   圖5.16 典型焊點的外觀

參見圖5.21,，從外表直觀看典型焊點,，對它的要求是：

① 形狀為近似圓錐而表面稍微凹陷，呈漫坡狀,，以焊接導(dǎo)線為中心,，對稱成裙形展開。虛焊點的表面往往向外凸出,，可以鑒別出來,。

② 焊點上，焊料的連接面呈凹形自然過渡,，焊錫和焊件的交界處平滑,，接觸角盡可能小。

③ 表面平滑,，有金屬光澤,。

④ 無裂紋、針孔,、夾渣,。

5.2.4.4 通電檢查

在外觀檢查結(jié)束以后認(rèn)為連線無誤，才可進(jìn)行通電檢查,，這是檢驗電路性能的關(guān)鍵,。如果不經(jīng)過嚴(yán)格的外觀檢查，通電檢查不僅困難較多,，而且可能損壞設(shè)備儀器,，造成安全事故。例如電源連接線虛焊,，那么通電時就會發(fā)現(xiàn)設(shè)備加不上電,，當(dāng)然無法檢查。

通電檢查可以發(fā)現(xiàn)許多微小的缺陷,，例如用目測觀察不到的電路橋接,，但對于內(nèi)部虛焊的隱患就不容易覺察,。所以根本的問題還是要提高焊接操作的技藝水平，不能把焊接問題留給檢驗工序去完成,。

通電檢查焊接質(zhì)量的結(jié)果及原因分析如表5.2所示,。

表5.2 通電檢查焊接質(zhì)量的結(jié)果及原因分析

5.2.4.5 常見焊點缺陷及其分析

造成焊接缺陷的原因很多，在材料（焊料與焊劑）和工具（烙鐵,、工裝,、夾具）一定的情況下，采用什么樣的操作方法,、操作者是否有責(zé)任心,，就是決定性的因素了。表5.3列出了印制電路板上各種焊點缺陷的外觀,、特點及危害,，并分析了產(chǎn)生的原因；在接線端子上焊接導(dǎo)線時常見的缺陷如圖5.22所示,，供檢查焊點時參考,。

表5.1 印制電路板上各種焊點缺陷及分析

圖5.17 導(dǎo)線端子焊接缺陷示例

5.2.4.6 SMT印制板上的焊點

焊接SMT元器件，無論采用手工焊接,，還是采用波峰焊或再流焊設(shè)備進(jìn)行焊接,，都希望得到可靠、美觀的焊點,。圖5.23畫出了SMT焊點的理想形狀,。其中,，(a)圖是無引線SMD元件的焊點，焊點主要產(chǎn)生在電極焊端外側(cè)的焊盤上,；(b)圖是翼形電極引腳器件SO/SOL/QFP的焊點,，焊點主要產(chǎn)生在電極引腳內(nèi)側(cè)的焊盤上；(c)圖是J形電極引腳器件PLCC的焊點,，焊點主要產(chǎn)生在電極引腳外側(cè)的焊盤上,。良好的焊點非常光亮，其輪廓應(yīng)該是微凹的漫坡形,。

圖5.18  SMT焊點的理想形狀

5.2.5 手工焊接技巧

5.2.5.1 有機注塑元件的焊接

現(xiàn)在,，大量的各種有機材料廣泛地應(yīng)用在電子元器件、零部件的制造中,。這些材料包括有機玻璃,、聚氯乙烯、聚乙烯,、酚醛樹脂等,。通過注塑工藝，它們可以被制成各種形狀復(fù)雜,、結(jié)構(gòu)精密的開關(guān)和插接件等,，成本低、精度高,、使用方便,，但最大弱點是不能承受高溫。在對這類元件的電氣接點施焊時,，如果不注意控制加熱時間,，極容易造成有機材料的熱塑性變形，導(dǎo)致零件失效或降低性能,，造成故障隱患,。圖5.24是鈕子開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖以及由于焊接技術(shù)不當(dāng)造成失效的例子，圖中所示的失效原因為：

① 圖(a)為施焊時側(cè)向加力,，造成接線片變形,，導(dǎo)致開關(guān)不通。

② 圖(b)為焊接時垂直施力,，使接線片1垂直位移,，造成閉合時接線片2不能導(dǎo)通。

③ 圖(c)為焊接時加焊劑過多,，沿接線片浸潤到接點上,，造成接點絕緣或接觸電阻過大。

④ 圖(d)為鍍錫時間過長，造成開關(guān)下部塑殼軟化,，接線片因自重移位，簧片無法接通,。

圖5.19 鈕子開關(guān)結(jié)構(gòu)以及焊接不當(dāng)導(dǎo)致失效的示意圖

正確的焊接方法應(yīng)當(dāng)是：

⑴ 在元件預(yù)處理時盡量清理好接點,，一次鍍錫成功，特別是將元件放在錫鍋中浸鍍時,，更要掌握好浸入深度及時間,。

⑵ 焊接時，烙鐵頭要修整得尖一些,，以便在焊接時不碰到相鄰接點,。

⑶ 非必要時，盡量不使用助焊劑,；必需添加時,，要盡可能少用助焊劑，以防止浸入機電元件的接觸點,。

⑷ 烙鐵頭在任何方向上均不要對接線片施加壓力,，避免接線片變形。

⑸ 在保證潤濕的情況下,，焊接時間越短越好,。實際操作中，在焊件可焊性良好的時候,，只需要用掛上錫的烙鐵頭輕輕一點即可,。焊接后，不要在塑殼冷卻前對焊點進(jìn)行牢固性試驗,。

5.2.5.2 焊接簧片類元件的接點

這類元件如繼電器,、波段開關(guān)等，其特點是在制造時給接觸簧片施加了預(yù)應(yīng)力,，使之產(chǎn)生適當(dāng)彈力,，保證電接觸的性能。安裝焊接過程中,，不能對簧片施加過大的外力和熱量,，以免破壞接觸點的彈力，造成元件失效,。所以,，簧片類元件的焊接要領(lǐng)是：

⑴ 可焊性預(yù)處理；

⑵ 加熱時間要短,；

⑶ 不可對焊點任何方向加力,；

⑷ 焊錫用量宜少而不宜多。

5.2.5.3 MOSFET及集成電路的焊接

MOSFET，特別是絕緣柵型場效應(yīng)器件,，由于輸入阻抗很高,，如果不按規(guī)定程序操作，很可能使內(nèi)部電路擊穿而失效,。

雙極型集成電路不象MOS集成電路那樣嬌氣,，但由于內(nèi)部集成度高，通常管子的隔離層都很薄,，一旦受到過量的熱也容易損壞,。所以，無論哪種電路都不能承受高于200℃的溫度,，焊接時必須非常小心,。

焊接這類器件時應(yīng)該注意：

⑴ 引線如果采用鍍金處理或已經(jīng)鍍錫的，可以直接焊接,。不要用刀刮引線,，最多只需要用酒精擦洗或用繪圖橡皮擦干凈就可以了。

⑵ 對于CMOS電路,，如果事先已將各引線短路,，焊前不要拿掉短路線，對使用的電烙鐵,，最好采用防靜電措施,。

⑶ 在保證浸潤的前提下，盡可能縮短焊接時間,，一般不要超過2秒鐘,。

⑷ 注意保證電烙鐵良好接地。必要時,，還要采取人體接地的措施（佩戴防靜電腕帶,、穿防靜電工作鞋）。

⑸ 使用低熔點的焊料,，熔點一般不要高于180℃,。

⑹ 工作臺上如果鋪有橡膠、塑料等易于積累靜電的材料,，則器件及印制板等不宜放在臺面上,，以免靜電損傷。工作臺最好鋪上防靜電膠墊,。

⑺ 使用電烙鐵,，內(nèi)熱式的功率不超過20W，外熱式的功率不超過30W,，且烙鐵頭應(yīng)該尖一些,，防止焊接一個端點時碰到相鄰端點,。

⑻ 集成電路若不使用插座直接焊到印制板上，安全焊接的順序是：地端→輸出端→電源端→輸入端,。

不過,，現(xiàn)代的元器件在設(shè)計、生產(chǎn)的過程中,，都認(rèn)真地考慮了靜電及其它損壞因素,，只要按照規(guī)定操作，一般不會損壞,。在使用時也不必如臨大敵,、過分擔(dān)心,。

5.2.5.4 導(dǎo)線連接方式

導(dǎo)線同接線端子,、導(dǎo)線同導(dǎo)線之間的連接有三種基本形式：

⑴ 繞焊

導(dǎo)線和接線端子的繞焊，是把經(jīng)過鍍錫的導(dǎo)線端頭在接線端子上繞一圈,，然后用鉗子拉緊纏牢后進(jìn)行焊接,，如圖5.25所示。在纏繞時,，導(dǎo)線一定要緊貼端子表面,，絕緣層不要接觸端子。一般取L＝1~3mm為宜,。

圖5.20 導(dǎo)線和端子的繞焊 　　　　            圖5.21 導(dǎo)線與導(dǎo)線的繞焊

導(dǎo)線與導(dǎo)線的連接以繞焊為主,，如圖5.26所示。操作步驟如下：

① 去掉導(dǎo)線端部一定長度的絕緣皮,；

② 導(dǎo)線端頭鍍錫,，并穿上合適的熱縮套管；

③ 兩條導(dǎo)線絞合,，焊接,；

④ 趁熱把套管推倒接頭焊點上，用熱風(fēng)或用電烙鐵烘烤熱縮套管,，套管冷卻后應(yīng)該固定并緊裹在接頭上,。

這種連接的可靠性最好，在要求可靠性高的地方常常采用,。

⑵ 鉤焊

將導(dǎo)線彎成鉤形鉤在接線端子上,，用鉗子夾緊后再焊接，如圖5.27,。其端頭的處理方法與繞焊相同,。這種方法的強度低于繞焊，但操作簡便,。

圖5.22 導(dǎo)線和端子的鉤焊            　　　　 圖5.23 搭焊

⑶ 搭焊

如圖5.28所示為搭焊,，這種連接最方便,，但強度及可靠性最差。圖(a)是把經(jīng)過鍍錫的導(dǎo)線搭到接線端子上進(jìn)行焊接,，僅用在臨時連接或不便于纏,、鉤的地方以及某些接插件上。

對調(diào)試或維修中導(dǎo)線的臨時連接,，也可以采用如圖(b)所示的搭接辦法,。這種搭焊連接不能用在正規(guī)產(chǎn)品中。

5.2.5.5 杯形焊件焊接法

這類接點多見于接線柱和接插件,，一般尺寸較大,，如果焊接時間不足，容易造成“冷焊”,。這種焊件一般是和多股軟線連接,，焊前要對導(dǎo)線進(jìn)行處理，先絞緊各股軟線,，然后鍍錫,，對杯形件也要進(jìn)行處理。操作方法見圖5.29,。

圖5.24 杯形接線柱焊接方法

① 往杯形孔內(nèi)滴助焊劑,。若孔較大，用脫脂棉蘸助焊劑在孔內(nèi)均勻擦一層,。

② 用烙鐵加熱并將錫熔化,，靠浸潤作用流滿內(nèi)孔。

③ 將導(dǎo)線垂直插入到孔的底部,，移開烙鐵并保持到凝固,。在凝固前，導(dǎo)線切不可移動,，以保證焊點質(zhì)量,。

④ 完全凝固后立即套上套管。

由于這類焊點一般外形較大,，散熱較快,，所以在焊接時應(yīng)選用功率較大的電烙鐵。

5.2.5.6 平板件和導(dǎo)線的焊接

圖5.30所示,，在金屬板上焊接的關(guān)鍵是往板上鍍錫,。一般金屬板的表面積大，吸熱多而散熱快,，要用功率較大的烙鐵,。根據(jù)板的厚度和面積的不同，選用50W到300W的烙鐵為宜,。若板的厚度在0.3mm以下時,，也可以用20W烙鐵,，只是要適當(dāng)增加焊接時間。

對于紫銅,、黃銅,、鍍鋅板等材料，只要表面清潔干凈,，使用少量的焊劑,，就可以鍍上錫。如果要使焊點更可靠,，可以先在焊區(qū)用力劃出一些刀痕再鍍錫,。

圖5.25 金屬板表面的焊接

因為鋁板表面在焊接時很容易生成氧化層，且不能被焊錫浸潤,，采用一般方法很難鍍上焊錫,。但事實上，鋁及其合金本身卻是很容易“吃錫”的,，鍍錫的關(guān)鍵是破壞鋁的氧化層,?？上扔玫豆胃蓛舸该娌⒘⒓醇由仙倭亢竸?，然后用烙鐵頭適當(dāng)用力在板上作圓周運動，同時將一部分焊錫熔化在待焊區(qū),。這樣,，靠烙鐵頭破壞氧化層并不斷地將錫鍍到鋁板上去。鋁板鍍上錫后,，焊接就比較容易了,。當(dāng)然，也可以使用酸性助焊劑（如焊油）,，只是焊接后要及時清洗干凈,。

5.3 電子工業(yè)中的焊接技術(shù)

在工業(yè)化大批量生產(chǎn)電子產(chǎn)品的企業(yè)里，THT工藝常用的自動焊接設(shè)備有浸焊機,、波峰焊機以及清洗設(shè)備,、助焊劑自動涂敷設(shè)備等其它輔助裝置，SMT工藝采用的典型焊接設(shè)備是再流焊設(shè)備以及錫膏印刷機,、貼片機等組成的焊接流水線,。自動焊接的工藝流程如圖5.45所示。

圖5.26 自動焊接工藝流程

在自動生產(chǎn)線上的整個生產(chǎn)過程,，都是通過傳送裝置連續(xù)進(jìn)行的,。在自動化生產(chǎn)流程中，除了有預(yù)熱的工序以外,，基本上同手工焊接過程類似,。

預(yù)熱,，是在電路板進(jìn)入焊錫槽前的加熱工序，可以使助焊劑達(dá)到活化點,?？梢允菬犸L(fēng)加熱，也可以用紅外線加熱,；涂助焊劑一般采用噴涂法或發(fā)泡法,，即用氣泵將助焊劑溶液霧化或泡沫化后均勻地噴涂或蘸敷在印制板上；冷卻一般采用風(fēng)扇強迫降溫,。

清洗設(shè)備,，有機械式及超聲波式的兩類。超聲波清洗機由超聲波發(fā)生器,、換能器及清洗槽三部分組成,，主要適合于使用一般方法難于清洗干凈或形狀復(fù)雜、清洗不便的元器件清除油類等污物,。其主要效應(yīng)是利用了超聲波復(fù)變壓力的峰值大于大氣壓力時產(chǎn)生的空化現(xiàn)象,，這是超聲波用于清洗的工作原理。由于壓力的迅速變化,，在液體中產(chǎn)生了許多充滿氣體或蒸汽的空穴,，空穴最終崩潰，能產(chǎn)生出強烈的沖擊波,，作用于被清洗的零件,。滲透在污垢膜與零件基體表面之間的這一強烈沖擊，足以削弱污垢或油類與基體金屬的附著力,，從零件表面上清除掉油類或其它污物,，達(dá)到清洗的目的。但近年來清洗設(shè)備和清洗工藝有淡出電子制造企業(yè)的趨勢,，這不僅是因為排放清洗劑廢液涉及環(huán)保問題,，還由于成本競爭要求減少清洗環(huán)節(jié)的能源消耗和加工時間。在大多數(shù)電子產(chǎn)品制造企業(yè)中,，采用免清洗助焊劑進(jìn)行焊接已經(jīng)成為主流工藝,。

5.3.1 浸焊

浸焊（Dip soldering）是最早應(yīng)用在電子產(chǎn)品批量生產(chǎn)中的焊接方法，浸焊設(shè)備的焊錫槽如圖5.46所示,。

圖5.27 浸焊設(shè)備的焊錫槽示意圖

⑴ 浸焊機工作原理

浸焊設(shè)備的工作原理是讓插好元器件的印制電路板水平接觸熔融的鉛錫焊料,，使整塊電路板上的全部元器件同時完成焊接。印制板上的導(dǎo)線被阻焊層阻隔,，不需要焊接的焊點和部位,，要用特制的阻焊膜（或膠布）貼住，防止焊錫不必要的堆積,。浸焊設(shè)備價格低廉,，現(xiàn)在還在一些小型企業(yè)中使用,，有經(jīng)驗的操作者同樣可以保證焊接的質(zhì)量。

⑵ 操作浸焊機,，應(yīng)該注意以下幾點：

·焊料溫度控制,。一開始要選擇快速加熱，當(dāng)焊料熔化后,，改用保溫檔進(jìn)行小功率加熱,，既防止由于溫度過高加速焊料氧化，保證浸焊質(zhì)量,，也節(jié)省了電力消耗,。

·焊接前，讓電路板浸蘸助焊劑,，應(yīng)該保證助焊劑均勻涂敷到焊接面的各處,。有條件的，最好使用發(fā)泡裝置,，有利于助焊劑涂敷,。

·在焊接時，要特別注意電路板面與錫液完全接觸,，保證板上各部分同時完成焊接,，焊接的時間應(yīng)該控制在3s左右。電路板浸入錫液的時候,，應(yīng)該使板面水平地接觸錫液平面,，讓板上的全部焊點同時進(jìn)行焊接,；離開錫液的時候,，最好讓板面與錫液平面保持向上傾斜的夾角，在圖5.46中,，δ≈10~20°,，這樣不僅有利于焊點內(nèi)的助焊劑揮發(fā)，避免形成夾氣焊點,，還能讓多余的焊錫流下來,。

·在浸錫過程中，為保證焊接質(zhì)量,，要隨時清理刮除漂浮在熔融錫液表面的氧化物,、雜質(zhì)和焊料廢渣，避免廢渣進(jìn)入焊點造成夾渣焊,。

·根據(jù)焊料使用消耗的情況,，及時補充焊料。

⑶ 浸焊機種類

常用的浸焊機有兩種,，一種是普通浸焊機,，另一種是超聲波浸焊機,。

① 普通浸焊機

普通浸焊機是在錫鍋的基礎(chǔ)上增加滾動裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成的。先將待焊工件浸蘸助焊劑,，再浸入浸焊機的錫槽,，由于槽內(nèi)焊料在持續(xù)加熱的作用下不停滾動，改善了焊接效果,。

② 超聲波浸焊機

超聲波浸焊機是通過向錫鍋內(nèi)輻射超聲波來增強浸錫效果的,，適于一般浸錫較困難的元器件焊接。超聲波浸焊機一般由超聲波發(fā)生器,、換能器,、水箱、焊料槽,、加溫設(shè)備等幾部分組成,。有些浸焊機還配有帶振動頭的夾持印制板的專用裝置，振動裝置使電路板在浸錫時振動,，讓焊料能與焊接面更好地接觸浸潤,。超聲波浸焊機和帶振動頭的浸焊機在焊接雙面印制電路板時，能使焊料浸潤到焊點的金屬化孔里,，使焊點更加牢固,，還能振動掉粘在板上的多余焊料。

5.3.2 波峰焊

⑴ 波峰焊機結(jié)構(gòu)及其工作原理

波峰焊機是在浸焊機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的自動焊接設(shè)備,，兩者最主要的區(qū)別在于設(shè)備的焊錫槽,。波峰焊（Wave Soldering）是利用焊錫槽內(nèi)的機械式或電磁式離心泵，將熔融焊料壓向噴嘴,，形成一股向上平穩(wěn)噴涌的焊料波峰,，并源源不斷地從噴嘴中溢出。裝有元器件的印制電路板以直線平面運動的方式通過焊料波峰,，在焊接面上形成浸潤焊點而完成焊接,。圖5.47是波峰焊機的焊錫槽示意圖。

圖5.28 波峰焊機焊錫槽示意圖

現(xiàn)在,，波峰焊設(shè)備已經(jīng)國產(chǎn)化,，波峰焊成為應(yīng)用最普遍的一種焊接印制電路板的工藝方法。這種方法適宜成批,、大量地焊接一面裝有分立元件和集成電路的印制線路板,。凡與焊接質(zhì)量有關(guān)的重要因素，如焊料與焊劑的化學(xué)成分,、焊接溫度,、速度、時間等，在波峰焊機上均能得到比較完善的控制,。圖5.48是一般波峰焊機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,。

圖5.29 波峰焊機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

將已完成插件工序的印制板放在勻速運動的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌下面有裝有機械泵和噴口的熔錫槽,。機械泵根據(jù)焊接要求,，連續(xù)不斷地泵出平穩(wěn)的液態(tài)錫波，焊錫熔液通過噴口,，以波峰形式溢出至焊接板面進(jìn)行焊接,。為了獲得良好的焊接質(zhì)量，焊接前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作,，如預(yù)鍍焊錫,、涂敷助焊劑、預(yù)熱等,；焊接后的冷卻,、清洗這些操作也都要做好。

波峰焊機的焊料液在錫槽內(nèi)始終處于流動狀態(tài),，使工作區(qū)域內(nèi)的焊料表面無氧化層,。由于印制板和波峰之間處于相對運動狀態(tài)，所以助焊劑容易揮發(fā),，焊點內(nèi)不會出現(xiàn)氣泡,。

⑵ 波峰焊工藝材料的調(diào)整

在波峰焊機工作的過程中，焊料和助焊劑被不斷消耗,，需要經(jīng)常對這些焊接材料進(jìn)行監(jiān)測與調(diào)整,。

① 焊料

波峰焊一般采用Sn63/Pb37的共晶焊料，熔點為183℃,。Sn的含量應(yīng)該保持在61.5%以上,，并且Sn/Pb兩者的含量比例誤差不得超過±1%，主要金屬雜質(zhì)的最大含量范圍見表5.4,。

表5.2 波峰焊焊料中主要金屬雜質(zhì)的最大含量范圍（‰）

應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的使用情況,，每隔三個月到半年定期檢測焊料的Sn/Pb比例和主要金屬雜質(zhì)含量。如果不符合要求,，可以更換焊料或采取其他措施。例如當(dāng)Sn的含量低于標(biāo)準(zhǔn)時,，可以添加純Sn以保證含量比例,。

② 助焊劑

波峰焊使用的助焊劑，要求表面張力小,，擴展率>85%,；粘度小于熔融焊料，容易被置換,；一般助焊劑的比重在0.82~0.84g/ml,，可以用相應(yīng)的溶劑來稀釋調(diào)整,，焊接后容易清洗。

假如采用免清洗助焊劑,，要求比重<0.8 g/ml,，固體含量<2.0wt%，不含鹵化物,，焊接后殘留物少,，不產(chǎn)生腐蝕作用，絕緣性好,，絕緣電阻>1×10¹¹Ω,。

應(yīng)該根據(jù)電子產(chǎn)品對清潔度和電性能的要求選擇助焊劑的類型：衛(wèi)星、飛機儀表,、潛艇通信,、微弱信號測試儀器等軍用、航空航天產(chǎn)品或生命保障類醫(yī)療裝置,，必須采用免清洗助焊劑,；通信設(shè)施、工業(yè)裝置,、辦公設(shè)備,、計算機等，可以采用免清洗助焊劑,，或者用清洗型助焊劑,，焊接后進(jìn)行清洗；一般要求不高的消費類電子產(chǎn)品,，可以采用中等活性的松香助焊劑,，焊接后不必清洗，當(dāng)然也可以使用免清洗助焊劑,。

③ 焊料添加劑

在波峰焊的焊料中,，還要根據(jù)需要添加或補充一些輔料：防氧化劑可以減少高溫焊接時焊料的氧化，不僅可以節(jié)約焊料,，還能提高焊接質(zhì)量,。防氧化劑由油類與還原劑組成。要求還原能力強,，在焊接溫度下不會碳化,。錫渣減除劑能讓熔融的鉛錫焊料與錫渣分離，起到防止錫渣混入焊點,、節(jié)省焊料的作用,。

⑶ 幾種波峰焊機

以前，舊式波峰焊機在焊接時容易造成焊料堆積、焊點短路等現(xiàn)象,，修補焊點的工作量較大,。并且，在采用一般的波峰焊機焊接SMT電路板時,，有兩個技術(shù)難點：

　　·氣泡遮蔽效應(yīng),。在焊接過程中，助焊劑或SMT元器件的粘貼劑受熱分解所產(chǎn)生的氣泡不易排出,，遮蔽在焊點上,，可能造成焊料無法接觸焊接面而形成漏焊；

　　·陰影效應(yīng),。印制板在焊料熔液的波峰上通過時,，較高的SMT元器件對它后面或相鄰的較矮的SMT元器件周圍的死角產(chǎn)生阻擋，形成陰影區(qū),，使焊料無法在焊接面上漫流而導(dǎo)致漏焊或焊接不良,。

　　為克服這些SMT焊接缺陷，除了采用再流焊等焊接方法以外,，已經(jīng)研制出許多新型或改進(jìn)型的波峰焊設(shè)備,，有效地排除了原有的缺陷，創(chuàng)造出空心波,、組合空心波,、紊亂波、旋轉(zhuǎn)波等新的波峰形式,。新型的波峰焊機按波峰形式分類,，可以分為單峰、雙峰,、三峰和復(fù)合峰四種波峰焊機,。

① 斜坡式波峰焊機

這種波峰焊機和一般波峰焊機的區(qū)別，在于傳送導(dǎo)軌以一定角度的斜坡方式安裝,，如圖5.49(a)所示,。這樣的好處是，增加了電路板焊接面與焊錫波峰接觸的長度,。假如電路板以同樣速度通過波峰,，等效增加了焊點浸潤的時間，從而可以提高傳送導(dǎo)軌的運行速度和焊接效率,；不僅有利于焊點內(nèi)的助焊劑揮發(fā),，避免形成夾氣焊點，還能讓多余的焊錫流下來,。

圖5.30 斜坡式波峰焊機和高波峰焊機

② 高波峰焊機

高波峰焊機適用于THT元器件“長腳插焊”工藝，它的焊錫槽及其錫波噴嘴如圖5.49(b)所示。其特點是,，焊料離心泵的功率比較大,，從噴嘴中噴出的錫波高度比較高，并且其高度h可以調(diào)節(jié),，保證元器件的引腳從錫波里順利通過,。一般，在高波峰焊機的后面配置剪腿機,，用來剪短元器件的引腳,。

③ 雙波峰焊機

　　雙波峰焊機是SMT時代發(fā)展起來的改進(jìn)型波峰焊設(shè)備，特別適合焊接那些THT＋SMT混合元器件的電路板,。雙波峰焊機的焊料波型如圖5.50所示,，使用這種設(shè)備焊接印制電路板時，THT元器件要采用“短腳插焊”工藝,。電路板的焊接面要經(jīng)過兩個熔融的鉛錫焊料形成的波峰：這兩個焊料波峰的形式不同,，最常見的波型組合是“紊亂波”＋“寬平波”，“空心波”＋“寬平波”的波型組合也比較常見,；焊料熔液的溫度,、波峰的高度和形狀、電路板通過波峰的時間和速度這些工藝參數(shù),，都可以通過計算機伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,。

圖5.31 雙波峰焊機的焊料波型

　　·空心波

　　顧名思義，空心波的特點是在熔融鉛錫焊料的噴嘴出口設(shè)置了指針形調(diào)節(jié)桿,，讓焊料熔液從噴嘴兩邊對稱的窄縫中均勻地噴流出來,，使兩個波峰的中部形成一個空心的區(qū)域，并且兩邊焊料熔液噴流的方向相反,。由于空心波的伯努利效應(yīng)（Bernoulli Effect,，一種流體動力學(xué)效應(yīng)），它的波峰不會將元器件推離基板,，相反使元器件貼向基板,。空心波的波型結(jié)構(gòu),，可以從不同方向消除元器件的陰影效應(yīng),，有極強的填充死角、消除橋接的效果,。它能夠焊接SMT元器件和引線元器件混合裝配的印制電路板,，特別適合焊接極小的元器件，即使是在焊盤間距為0.2mm的高密度PCB上,，也不會產(chǎn)生橋接,?？招牟ê噶先垡簢娏餍纬傻牟ㄖ　⒔孛娣e小,，使PCB基板與焊料熔液的接觸面減小,，不僅有利于助焊劑熱分解氣體的排放，克服了氣體遮蔽效應(yīng),，還減少了印制板吸收的熱量,，降低了元器件損壞的概率。

　　·紊亂波

　　在雙波峰焊接機中,，用一塊多孔的平板去替換空心波噴口的指針形調(diào)節(jié)桿,，就可以獲得由若干個小子波構(gòu)成的紊亂波?？雌饋硐衿矫嬗咳频奈蓙y波,，也能很好地克服一般波峰焊的遮蔽效應(yīng)和陰影效應(yīng)。

　　·寬平波

在焊料的噴嘴出口處安裝了擴展器,，熔融的鉛錫熔液從傾斜的噴嘴噴流出來,，形成偏向?qū)捚讲ǎㄒ步衅ǎＤ嬷≈瓢迩斑M(jìn)方向的寬平波的流速較大,，對電路板有很好的擦洗作用,；在設(shè)置擴展器的一側(cè)，熔液的波面寬而平,，流速較小,，使焊接對象可以獲得較好的后熱效應(yīng)，起到修整焊接面,、消除橋接和拉尖,、豐滿焊點輪廓的效果。

④ 選擇性波峰焊設(shè)備

近年來,，SMT元器件的使用率不斷上升,，在某些混合裝配的電子產(chǎn)品里甚至已經(jīng)占到95%左右，按照以往的思路,，對電路板A面進(jìn)行再流焊,、B面進(jìn)行波峰焊的方案已經(jīng)面臨挑戰(zhàn)。在以集成電路為主的產(chǎn)品中,，很難保證在B面上只貼裝耐受溫度的SMC元件,、不貼裝SMD——集成電路承受高溫的能力較差，可能因波峰焊導(dǎo)致?lián)p壞,；假如用手工焊接的辦法對少量THT元件實施焊接,，又感覺一致性難以保證。為此,，國外廠商推出了選擇性波峰焊設(shè)備,。這種設(shè)備的工作原理是：在由電路板設(shè)計文件轉(zhuǎn)換的程序控制下,，小型波峰焊錫槽和噴嘴移動到電路板需要補焊的位置，順序,、定量噴涂助焊劑并噴涌焊料波峰,，進(jìn)行局部焊接,。

⑷ 波峰焊的溫度曲線及工藝參數(shù)控制

理想的雙波峰焊的焊接溫度曲線如圖5.51所示,。從圖中可以看出，整個焊接過程被分為三個溫度區(qū)域：預(yù)熱,、焊接,、冷卻。實際的焊接溫度曲線可以通過對設(shè)備的控制系統(tǒng)編程進(jìn)行調(diào)整,。

圖5.32 理想的雙波峰焊的焊接溫度曲線

在預(yù)熱區(qū)內(nèi),，電路板上噴涂的助焊劑中的溶劑被揮發(fā)，可以減少焊接時產(chǎn)生氣體,。同時,，松香和活化劑開始分解活化，去除焊接面上的氧化層和其他污染物,，并且防止金屬表面在高溫下再次氧化,。印制電路板和元器件被充分預(yù)熱，可以有效地避免焊接時急劇升溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力損壞,。電路板的預(yù)熱溫度及時間,，要根據(jù)印制板的大小、厚度,、元器件的尺寸和數(shù)量,，以及貼裝元器件的多少而確定。在PCB表面測量的預(yù)熱溫度應(yīng)該在90~130℃之間,，多層板或貼片元器件較多時,，預(yù)熱溫度取上限。預(yù)熱時間由傳送帶的速度來控制,。如果預(yù)熱溫度偏低或預(yù)熱時間過短,，助焊劑中的溶劑揮發(fā)不充分，焊接時就會產(chǎn)生氣體引起氣孔,、錫珠等焊接缺陷,；如預(yù)熱溫度偏高或預(yù)熱時間過長，焊劑被提前分解,，使焊劑失去活性,，同樣會引起毛刺、橋接等焊接缺陷,。為恰當(dāng)控制預(yù)熱溫度和時間,，達(dá)到最佳的預(yù)熱溫度,，可以參考表5.5內(nèi)的數(shù)據(jù)，也可以從波峰焊前涂覆在PCB底面的助焊劑是否有粘性來進(jìn)行判斷,。

表5.3 不同印制電路板在波峰焊時的預(yù)熱溫度

 焊接過程是焊接金屬表面,、熔融焊料和空氣等之間相互作用的復(fù)雜過程，同樣必須控制好焊接溫度和時間,。如焊接溫度偏低,，液體焊料的粘性大，不能很好地在金屬表面浸潤和擴散,，就容易產(chǎn)生拉尖和橋接,、焊點表面粗糙等缺陷；如焊接溫度過高,，容易損壞元器件,，還會由于焊劑被碳化失去活性、焊點氧化速度加快,，產(chǎn)生焊點發(fā)烏,、不飽滿等問題。測量波峰表面溫度,，一般應(yīng)該在250±5℃的范圍之內(nèi),。因為熱量、溫度是時間的函數(shù),，在一定溫度下,，焊點和元件的受熱量隨時間而增加。波峰焊的焊接時間可以通過調(diào)整傳送系統(tǒng)的速度來控制,，傳送帶的速度,，要根據(jù)不同波峰焊機的長度、預(yù)熱溫度,、焊接溫度等因素統(tǒng)籌考慮,，進(jìn)行調(diào)整。以每個焊點接觸波峰的時間來表示焊接時間,，一般焊接時間約為3~4s,。

綜合調(diào)整控制工藝參數(shù)，對提高波峰焊質(zhì)量非常重要,。焊接溫度和時間,，是形成良好焊點的首要條件。焊接溫度和時間,，與預(yù)熱溫度,、焊料波峰的溫度、導(dǎo)軌的傾斜角度,、傳輸速度都有關(guān)系,。雙波峰焊的第一波峰一般調(diào)整為235~240℃/1s左右,，第二波峰一般設(shè)置在240~260℃/3s左右。

5.3.3 再流焊

⑴ 再流焊工藝概述

再流焊（Re-flow Soldering）,，也叫做回流焊,，是伴隨微型化電子產(chǎn)品的出現(xiàn)而發(fā)展起來的錫焊技術(shù)，主要應(yīng)用于各類表面安裝元器件的焊接,。這種焊接技術(shù)的焊料是焊錫膏,。預(yù)先在印制電路板的焊接部位施放適量和適當(dāng)形式的焊錫膏，然后貼放表面組裝元器件,，焊錫膏將元器件粘在PCB板上,，利用外部熱源加熱，使焊料熔化而再次流動浸潤,，將元器件焊接到印制板上。

再流焊操作方法簡單,，效率高,、質(zhì)量好、一致性好,，節(jié)省焊料（僅在元器件的引腳下有很薄的一層焊料）,，是一種適合自動化生產(chǎn)的電子產(chǎn)品裝配技術(shù)。再流焊工藝目前已經(jīng)成為SMT電路板安裝技術(shù)的主流,。

再流焊技術(shù)的一般工藝流程如圖5.52所示,。

5.33 再流焊技術(shù)的一般工藝流程

⑵ 再流焊工藝的特點與要求

與波峰焊技術(shù)相比，再流焊工藝具有以下技術(shù)特點：

·元件不直接浸漬在熔融的焊料中,，所以元件受到的熱沖擊?。ㄓ捎诩訜岱绞讲煌行┣闆r下施加給元器件的熱應(yīng)力也會比較大）,。

·能在前導(dǎo)工序里控制焊料的施加量,，減少了虛焊、橋接等焊接缺陷,，所以焊接質(zhì)量好,，可靠性高。

·假如前導(dǎo)工序在PCB上施放焊料的位置正確而貼放元器件的位置有一定偏離,，在再流焊過程中,，當(dāng)元器件的全部焊端、引腳及其相應(yīng)的焊盤同時浸潤時,，由于熔融焊料表面張力的作用,，產(chǎn)生自定位效應(yīng)（self-alignment），能夠自動校正偏差,，把元器件拉回到近似準(zhǔn)確的位置,。

·再流焊的焊料是能夠保證正確組分的焊錫膏,，一般不會混入雜質(zhì)。

·可以采用局部加熱的熱源,，因此能在同一基板上采用不同的焊接方法進(jìn)行焊接,。

·工藝簡單，返修的工作量很小,。

在再流焊工藝過程中,，首先要將由鉛錫焊料、粘合劑,、抗氧化劑組成的糊狀焊膏涂敷到印制板上,，可以使用自動或半自動絲網(wǎng)印刷機，如同油墨印刷一樣將焊膏漏印到印制板上,，也可以用手工涂敷,。然后，同樣也能用自動機械裝置或手工,，把元器件貼裝到印制板的焊盤上,。將焊膏加熱到再流溫度，可以在再流焊爐中進(jìn)行,，少量電路板也可以用手工熱風(fēng)設(shè)備加熱焊接,。當(dāng)然，加熱的溫度必須根據(jù)焊膏的熔化溫度準(zhǔn)確控制（有些合金焊膏的熔點為223℃,，則必須加熱到這個溫度）,。加熱過程可以分成預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)（再流區(qū)）和冷卻區(qū)三個最基本的溫度區(qū)域,，主要有兩種實現(xiàn)方法：一種是沿著傳送系統(tǒng)的運行方向,，讓電路板順序通過隧道式爐內(nèi)的三個溫度區(qū)域；另一種是把電路板停放在某一固定位置上,，在控制系統(tǒng)的作用下,，按照三個溫度區(qū)域的梯度規(guī)律調(diào)節(jié)、控制溫度的變化,。理想的再流焊的焊接溫度曲線如圖5.53所示,。

圖5.34 理想的再流焊的焊接溫度曲線

再流焊的工藝要求有以下幾點：

① 要設(shè)置合理的溫度曲線。再流焊是SMT生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序,，假如溫度曲線設(shè)置不當(dāng),，會引起焊接不完全、虛焊,、元件翹立（“豎碑”現(xiàn)象）,、錫珠飛濺等焊接缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

② SMT電路板在設(shè)計時就要確定焊接方向,，應(yīng)當(dāng)按照設(shè)計方向進(jìn)行焊接,。

③ 在焊接過程中，要嚴(yán)格防止傳送帶震動,。

④ 必須對第一塊印制電路板的焊接效果進(jìn)行判斷,，適當(dāng)調(diào)整焊接溫度曲線。檢查焊接是否完全,、有無焊膏熔化不充分或虛焊和橋接的痕跡,、焊點表面是否光亮、焊點形狀是否向內(nèi)凹陷,、是否有錫珠飛濺和殘留物等現(xiàn)象,，還要檢查PCB的表面顏色是否改變。在批量生產(chǎn)過程中,，要定時檢查焊接質(zhì)量,，及時對溫度曲線進(jìn)行修正。

⑶ 再流焊爐的結(jié)構(gòu)和主要加熱方法

再流焊爐主要由爐體,、上下加熱源,、PCB傳送裝置、空氣循環(huán)裝置,、冷卻裝置、排風(fēng)裝置,、溫度控制裝置以及計算機控制系統(tǒng)組成,。

再流焊的核心環(huán)節(jié)是將預(yù)敷的焊料熔融、再流,、浸潤,。再流焊對焊料加熱有不同的方法，就熱量的傳導(dǎo)來說,，主要有輻射和對流兩種方式,；按照加熱區(qū)域，可以分為對PCB整體加熱和局部加熱兩大類：整體加熱的方法主要有紅外線加熱法,、氣相加熱法,、熱風(fēng)加熱法、熱板加熱法,；局部加熱的方法主要有激光加熱法,、紅外線聚焦加熱法、熱氣流加熱法,、光束加熱法,。

① 紅外線再流焊（Infra Red Ray Re-flow）

加熱爐使用遠(yuǎn)紅外線輻射作為熱源的，叫做紅外線再流焊爐。現(xiàn)在國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)能夠制造這種焊接設(shè)備,，所以紅外線再流焊是目前使用最為廣泛的SMT焊接方法,。這種方法的主要工作原理是：在設(shè)備的隧道式爐膛內(nèi)，通電的陶瓷發(fā)熱板（或石英發(fā)熱管）輻射出遠(yuǎn)紅外線,，熱風(fēng)機使熱空氣對流均勻,，讓電路板隨傳動機構(gòu)直線勻速進(jìn)入爐膛，順序通過預(yù)熱,、焊接和冷卻三個溫區(qū),。在預(yù)熱區(qū)里，PCB在100~160℃的溫度下均勻預(yù)熱2~3min,，焊膏中的低沸點溶劑和抗氧化劑揮發(fā),，化成煙氣排出；同時,，焊膏中的助焊劑浸潤焊接對象,，焊膏軟化塌落，覆蓋了焊盤和元器件的焊端或引腳,，使它們與氧氣隔離,；并且，電路板和元器件得到充分預(yù)熱,，以免它們進(jìn)入焊接區(qū)因溫度突然升高而損壞,。在焊接區(qū)，溫度迅速上升,，比焊料合金熔點高20~50℃,，漏印在印制板焊盤上的膏狀焊料在熱空氣中再次熔融，浸潤焊接面,，時間大約30~90s,。當(dāng)焊接對象從爐膛內(nèi)的冷卻區(qū)通過，使焊料冷卻凝固以后,，全部焊點同時完成焊接,。圖5.54是紅外線再流焊機的外觀和工作原理示意圖。

紅外線再流焊爐的優(yōu)點是熱效率高,，溫度變化梯度大,，溫度曲線容易控制，雙面焊接電路板時,，PCB的上,、下溫度差別明顯；缺點是同一電路板上的元器件受熱不夠均勻,，特別是當(dāng)元器件的顏色和體積不同時,，受熱溫度就會不同，為使深顏色的和體積大的元器件同時完成焊接，必須提高焊接溫度,。

現(xiàn)在,，隨著溫度控制技術(shù)的進(jìn)步，高檔的紅外線再流焊設(shè)備的溫度隧道更多地細(xì)分了不同的溫度區(qū)域,，例如把預(yù)熱區(qū)細(xì)分為升溫區(qū),、保溫區(qū)和快速升溫區(qū)等。在國內(nèi)設(shè)備條件最好的企業(yè)里,，已經(jīng)能夠見到7~10個溫區(qū)的再流焊設(shè)備,。

圖5.35 紅外線再流焊機的外觀和工作原理示意圖

紅外線再流焊設(shè)備適用于單面、雙面,、多層印制板上SMT元器件的焊接,，以及在其它印制電路板、陶瓷基板,、金屬芯基板上的再流焊,，也可以用于電子器件、組件,、芯片的再流焊,，還可以對印制板進(jìn)行熱風(fēng)整平、烘干,，對電子產(chǎn)品進(jìn)行烘烤,、加熱或固化粘合劑。紅外線再流焊設(shè)備既能夠單機操作,，也可以連入電子裝配生產(chǎn)線配套使用,。

紅外線再流焊設(shè)備還可以用來焊接電路板的兩面：先在電路板的A面漏印焊膏，粘貼SMT元器件后入爐完成焊接,；然后在B面漏印焊膏，粘貼元器件后再次入爐焊接,。這時,，電路板的B面朝上，在正常的溫度控制下完成焊接,；A面朝下,，受熱溫度較低，已經(jīng)焊好的元器件不會從板上脫落下來,。這種工作狀態(tài)如圖5.55所示,。

圖5.36 再流焊時電路板兩面的溫度不同

　　② 氣相再流焊（Vapor Phase Re-flow）

這是美國西屋公司于1974年首創(chuàng)的焊接方法,，在美國的SMT焊接中占有很高比例,。其工作原理是：把介質(zhì)的飽和蒸氣轉(zhuǎn)變成為相同溫度（沸點溫度）下的液體，釋放出潛熱，使膏狀焊料熔融浸潤,，從而使電路板上的所有焊點同時完成焊接,。這種焊接方法的介質(zhì)液體要有較高的沸點（高于鉛錫焊料的熔點），有良好的熱穩(wěn)定性,，不自燃,。美國3M公司配制的介質(zhì)液體見表5.6。

表5.4 3M公司配制的介質(zhì)液體

注：為了減少焊接時介質(zhì)蒸汽的耗散,，還要采用二次保護(hù)蒸汽FC113 等,。

　　氣相再流焊的優(yōu)點是焊接溫度均勻、精度高,、不會氧化,。其缺點是介質(zhì)液體及設(shè)備的價格高，工作時介質(zhì)液體會產(chǎn)生少量有毒的全氟異丁烯（PFIB）氣體,。圖5.56是氣相再流焊設(shè)備的工作原理示意圖,。

圖5.37 氣相再流焊的工作原理示意圖

③ 熱板傳導(dǎo)再流焊

利用熱板傳導(dǎo)來加熱的焊接方法稱為熱板再流焊。熱板再流焊的工作原理見圖5.57,。

圖5.38 熱板再流焊的工作原理

發(fā)熱器件為板型,，放置在傳送帶下，傳送帶由導(dǎo)熱性能良好的材料制成,。待焊電路板放在傳送帶上,，熱量先傳送到電路板上，再傳至鉛錫焊膏與SMC/SMD元器件上,，軟釬料焊膏熔化以后,，再通過風(fēng)冷降溫，完成SMC/SMD與電路板的焊接,。這種設(shè)備的熱板表面溫度不能大于300℃,，適用于高純度氧化鋁基板、陶瓷基板等導(dǎo)熱性好的電路板單面焊接,，對普通覆銅箔電路板的焊接效果不好,。

④ 熱風(fēng)對流再流焊與紅外熱風(fēng)再流焊

熱風(fēng)對流再流焊是利用加熱器與風(fēng)扇，使?fàn)t膛內(nèi)的空氣或氮氣不斷加熱并強制循環(huán)流動,，工作原理見圖5.58,。這種再流焊設(shè)備的加熱溫度均勻但不夠穩(wěn)定，容易產(chǎn)生氧化,，PCB上,、下的溫差以及沿爐長方向的溫度梯度不容易控制，一般不單獨使用,。

圖5.39 熱風(fēng)對流再流焊

改進(jìn)型的紅外熱風(fēng)再流焊是按一定熱量比例和空間分布,，同時混合紅外線輻射和熱風(fēng)循環(huán)對流來加熱的方式,，也叫熱風(fēng)對流紅外線輻射再流焊。這種方法的特點是各溫區(qū)獨立調(diào)節(jié)熱量,，減小熱風(fēng)對流,，在電路板的下面采取制冷措施，從而保證加熱溫度均勻穩(wěn)定,，電路板表面和元器件之間的溫差小,，溫度曲線容易控制。紅外熱風(fēng)再流焊設(shè)備的生產(chǎn)能力高,，操作成本低,，是SMT大批量生產(chǎn)中的主要焊接設(shè)備之一。

圖5.59是簡易的紅外熱風(fēng)再流焊設(shè)備的照片,。它是內(nèi)部只有一個溫區(qū)的小加熱爐,，能夠焊接的電路板最大面積為400×400mm²（小型設(shè)備的有效焊接面積會小一些）。爐內(nèi)的加熱器和風(fēng)扇受計算機控制,，溫度隨時間變化,，電路板在爐內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，連續(xù)經(jīng)歷預(yù)熱,、再流和冷卻的溫度過程,，完成焊接。這種簡易設(shè)備的價格比隧道爐膛式紅外熱風(fēng)再流焊設(shè)備低很多,，適用于生產(chǎn)批量不大的小型企業(yè),。

圖5.40 簡易的紅外熱風(fēng)再流焊設(shè)備

⑤ 激光加熱再流焊

激光加熱再流焊是利用激光束良好的方向性及功率密度高的特點，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚集在很小的區(qū)域內(nèi),，在很短的時間內(nèi)使被加熱處形成一個局部的加熱區(qū),，常用的激光有CO₂和YAG兩種。圖5.60是激光加熱再流焊的工作原理示意圖,。

圖5.41 激光加熱再流焊

激光加熱再流焊的加熱,，具有高度局部化的特點，不產(chǎn)生熱應(yīng)力,，熱沖擊小,，熱敏元器件不易損壞。但是設(shè)備投資大,，維護(hù)成本高。

⑷ 各種再流焊工藝主要加熱方法的優(yōu)缺點見表5.7,。

表5.5 再流焊主要加熱方法的優(yōu)缺點

⑸ 再流焊設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)

溫度控制精度（指傳感器靈敏度）：應(yīng)該達(dá)到±0.1~0.2℃；

傳輸帶橫向溫差：要求±5℃以下,；

溫度曲線調(diào)試功能：如果設(shè)備無此裝置,，要外購溫度曲線采集器；

最高加熱溫度：一般為300~350℃,，如果考慮溫度更高的無鉛焊接或金屬基板焊接,，應(yīng)該選擇350℃以上；

加熱區(qū)數(shù)量和長度：加熱區(qū)數(shù)量越多,、長度越長,，越容易調(diào)整和控制溫度曲線,。一般中小批量生產(chǎn)，選擇4~5個溫區(qū),，加熱長度1.8m左右的設(shè)備,，即能滿足要求。

傳送帶寬度：根據(jù)最大和最寬的PCB尺寸確定,。

5.3.4 無鉛焊接的現(xiàn)狀和發(fā)展

問題的提出

到目前為止電子產(chǎn)品中是含有金屬鉛元素的,，而鉛是一種有毒物質(zhì)，一旦被人體吸收,，將損壞健康,。鉛在電子產(chǎn)品中主要用于與錫組成鉛錫合金作為焊料。傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品在焊接組裝時,，無一不是用鉛錫合金做焊料的,。但在其他環(huán)節(jié)也會用到鉛，如貼片用錫膏,、元器件在出廠前引線浸錫,、PCB板上的油墨、壓電陶瓷材料等等,。因為以上原因,，結(jié)合目前人類越來越重視環(huán)保和健康，無鉛焊接組裝電子產(chǎn)品的課題理所當(dāng)然地被提出來了,。

2003年2月13日,，歐盟WEEE和ROHS指令正式生效，規(guī)定自2006年7月1日起在歐洲市場上銷售的電子產(chǎn)品必須是無鉛產(chǎn)品,。同時各成員國必須在2004年8月13日之前完成相應(yīng)的立法工作,。

日本是對無鉛焊研究和生產(chǎn)較早的國家，松下公司1999年10月推出第一款無鉛組裝電子產(chǎn)品,，并計劃2003年3月31日前實現(xiàn)全制品無鉛化,。1999年10月，NEC公司推出無鉛組裝筆記本電腦,。2000年3月,，索尼公司推出無鉛組裝攝像機。其他大的電子公司如日立,、東芝,、夏普等也制訂了各自的無鉛化計劃,各大公司并已基本上在國內(nèi)的無鉛化制造。

1999年7月29日,，美國環(huán)境保護(hù)署修改有害化學(xué)物質(zhì)排出的報告義務(wù)基準(zhǔn)值,，對于鉛及其化合物類有害物質(zhì)，基準(zhǔn)值由原來的10000磅減少至10磅。2000年1月,，美國NEMI正式向工業(yè)界推薦標(biāo)準(zhǔn)化無鉛焊料。

2003年3月,，中國信息產(chǎn)業(yè)部經(jīng)濟(jì)運行司擬定《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》,，規(guī)定電子信息產(chǎn)品制造者應(yīng)保證，自2003年7月1日起實行有毒有害物質(zhì)的減量化生產(chǎn)措施,；自2006年7月1日起投放市場的國家重點監(jiān)管目錄內(nèi)的電子信息產(chǎn)品不能含有鉛,、鎘、汞,、六價鉻,、聚合溴化聯(lián)苯或聚合溴化聯(lián)苯乙醚等。

無鉛化組裝已成為電子組裝產(chǎn)業(yè)的不可逆轉(zhuǎn)的趨勢

2,、無鉛焊接的技術(shù)難點

從上述可看出,，無鉛化電子組裝主要指無鉛化焊接，包括波峰焊和回流焊,。需要解決的技術(shù)問題是焊料和焊接兩個基本問題,。

1）焊料

目前電子行業(yè)使用的焊料通常是63%的錫和37%的鉛組成的，這種合金焊料共晶熔點低,，只有183℃,；鉛能降低焊料表面張力，便于潤濕焊接面,；成本低,。

無鉛焊料是由哪些成分組成的呢？目前,，國際上并無無鉛焊料的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),。通常是以錫為基體，添加少量的銅,、銀,、鉍、鋅或銦等組成,。例如：美國推薦的錫,、4%銀、0.5%銅的焊料,，日本推薦的錫,、3.2%銀、0.6%銅的焊料,。應(yīng)該指出,，這些焊料中并不是一點鉛都沒有，通常規(guī)定其含量小于0.1%,。

使用無鉛焊料帶來的問題：熔點高（260℃以上）,，潤濕差,，成本高。

2）焊接

由于焊料的成分和性能發(fā)生了變化,，焊接過程中也出現(xiàn)了新的問題：

由于成分不同而出現(xiàn)焊料的熔點及性能不同,，焊接溫度和設(shè)備的控制變得比鉛錫焊料復(fù)雜；

熔點的提高對設(shè)備和被焊接的元器件的耐熱要求隨之提高,，對波峰爐材料,、回流焊溫區(qū)設(shè)置提出了新的要求。對被焊接的元器件如LED,、塑料件,、PCB板提出了新的耐高溫問題。,；

由于無鉛焊潤濕性差,，要求采用新的助焊劑和新的焊接設(shè)備，才能達(dá)到焊接效果,。要提高助焊劑的活性,，延長預(yù)熱區(qū)等措施。

由于新焊料的成本較高,，須設(shè)法減少焊料損耗,，采用充氮工藝等。

3,、國內(nèi)無鉛焊電子組裝的發(fā)展?fàn)顩r

在國內(nèi)外無鉛焊電子組裝呼聲日益高漲,、有鉛產(chǎn)品的禁用日期日益逼近之際，國內(nèi)各電子產(chǎn)品制造商也十分關(guān)注和行動起來,。焊接設(shè)備制造商日東公司,、勁拓公司、科隆威公司等幾乎所有的大中型公司,，均從90年代開始研制,、仿造無鉛波峰焊設(shè)備，目前已形成一定的規(guī)模和水平,。但從考查情況分析,，國內(nèi)生產(chǎn)的無鉛焊設(shè)備還是以出口和供應(yīng)國內(nèi)的外資企業(yè)為主，內(nèi)資企業(yè)包括一些大型企業(yè),，有的處于觀望狀態(tài),，有的在進(jìn)行試點，有的在少量生產(chǎn)出口產(chǎn)品,。之所以推進(jìn)緩慢,，主要是迫于成本壓力。例如：一臺普通波峰焊機售價7萬元左右，一臺無鉛波峰焊機售價18~28萬元,，63度鉛錫焊料售價每公斤50元,，無鉛焊料的售價將近翻倍。又由于無鉛電子產(chǎn)品還需元器件,、原材料等其他方面條件的配合,，也就更增加了這一項目推進(jìn)的難度。但是,，困難雖有，方向卻是一定的,，電子制造廠商們必須克服困難,，實現(xiàn)這一跨越。

5．3.5 其它焊接方法

除了上述幾種焊接方法以外,，在微電子器件組裝中,，超聲波焊、熱超聲金絲球焊,、機械熱脈沖焊都有各自的特點,。例如新近發(fā)展起來的激光焊，能在幾μs的時間內(nèi)將焊點加熱到熔化而實現(xiàn)焊接,，熱應(yīng)力影響小,，可以同錫焊相比，是一種很有潛力的焊接方法,。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,，在電子焊接中使用微處理器控制的焊接設(shè)備已經(jīng)普及。例如,，微機控制電子束焊接已在我國研制成功,。還有一種光焊技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用在CMOS集成電路的全自動生產(chǎn)線上,，其特點是采用光敏導(dǎo)電膠代替焊劑,，將電路芯片粘在印制板上用紫外線固化焊接。

隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展,，傳統(tǒng)的方法將不斷改進(jìn)和完善,，新的高效率的焊接方法也將不斷涌現(xiàn)。

思考題：

1,、⑴ 集成電路有哪些封裝形式,？分別如何安裝？

   ⑵ 功率器件典型的安裝方式有哪些,？

2,、⑴ 印制板通孔安裝方式中，元器件引線的彎曲成形應(yīng)當(dāng)注意什么？具體說,，引線的最小彎曲半徑及彎曲部位有何要求,？

   ⑵ 元器件插裝時，應(yīng)該注意哪些原則（提示：至少總結(jié)出四條）,？

3,、⑴ 試總結(jié)焊接的分類及應(yīng)用場合。

   ⑵ 什么是錫焊,？其主要特征是什么,？

   ⑶ 錫焊必須具備哪些條件？

4,、⑴ 如何進(jìn)行焊接前鍍錫,？有何工藝要點？

   ⑵ 在對導(dǎo)線鍍錫時,，應(yīng)掌握哪些要點,？

5、⑴ 試敘述焊接操作的正確姿勢,。

   ⑵ 焊接操作的五個基本步驟是什么,？如何控制焊接時間？請通過焊接實踐進(jìn)行體驗：焊接1/8W電阻,；焊接7805三端穩(wěn)壓器,；焊接萬用表筆線的香蕉插頭；用φ1鐵絲焊接一個邊長1.5cm的正立方體（先切成等長度的12段,，平直后再施焊）,；用φ4鍍鋅鐵絲焊一個金字塔，邊長5cm,；發(fā)揮你的想像力和創(chuàng)造性,，用鐵絲焊接一個實物的立體造型（必要時，自己設(shè)計被焊構(gòu)件的承載工裝）,。

   ⑶ 總結(jié)焊接溫度與加熱時間如何掌握,。時間不足或過量加熱會造成什么有害后果？

   ⑷ 總結(jié)焊接操作的具體手法（提示：共八條）,。

6,、⑴ 什么叫虛焊？產(chǎn)生虛焊的原因是什么,？有何危害,？

⑵ 對焊點質(zhì)量有何要求？簡述不良焊點常見的外觀以及如何檢查,。

   ⑶ 什么時候才可以進(jìn)行通電檢查,？為什么,？

   ⑷ 熟記常見焊點缺陷及原因分析。在今后的焊接工作中,，如何避免這些缺陷的發(fā)生（提示：參見表5.3）,？

7、⑴ 手工焊接技巧有哪幾項,？

   ⑵ 列舉有機注塑元件的焊接失效現(xiàn)象及原因,，并指出正確的焊接方法。

   ⑶ 說明簧片類元件的焊接技巧,。

   ⑷ 列舉FET,、MOSFET、集成電路的焊接注意事項,。

   ⑸ 請總結(jié)導(dǎo)線連接的幾種方式及焊接技巧,。

   ⑹ 請總結(jié)杯形焊件的焊接方法，并焊一件香蕉插頭表筆線,。

   ⑺ 請總結(jié)平板件和導(dǎo)線的焊接要點，并將一片鋁片與銅導(dǎo)線錫焊在一起,。

8,、⑴ 請敘述手工焊接貼片元器件與焊接THT元器件有哪些不同？

⑵ 請說明手工貼片元器件的操作方法,。

9,、⑴ 敘述什么叫浸焊，什么叫波峰焊,？

⑵ 操作浸焊機時應(yīng)注意哪些問題,？

⑶ 浸焊機是如何分類的？各類的特點是什么,？

⑷ 畫出自動焊接工藝流程圖,。

⑸ 什么叫再流焊？主要用在什么元件的焊接上,？

⑹ 請總結(jié)再流焊的工藝特點與要求,。

⑺ 請列舉其它的焊接方法。

⑶ 免清洗焊接技術(shù)有哪兩種,？請詳細(xì)說明,。

10、無鉛焊接的特點及技術(shù)難點是什么,？