电子电器焊接工艺基础知识

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前言：

       焊接是电子产品装配过程中的一项主要连接方法，是一项重要的基础工艺技术，也是一项基本的操作技能，在产品制造过程的每个阶段都得考虑和处理各种各样的焊接问题，每一阶段对焊接问题的处理都会影响下一阶段的焊接结果。

        电子产品的焊接，实际上是电子线路的焊接，目前电子产品的线路是通过印刷电路板来连接各种电子元器件的，印制电路板焊接技术及其焊点的质量，直接影响着电子产品的性能和产品使用的可靠性，焊点可靠性的含义是：焊点导电性能良好（接触电阻为毫欧级）；焊点机械强度合格（经得起产品的振动和冲击试验）。

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电子产品安装工艺中所谓的“焊接”就是软钎焊的一种，主要使用锡、铅等低熔点合金材料作焊料，因此俗称“锡焊”。
焊接机理：
焊接是将焊料、被焊金属同时加热到最佳温度，焊料熔入被焊接金属材料的缝隙，不同金属表面相互浸润、扩散，最后形成合金层，从而将被焊金属永久牢固地结合。
（一）润湿（横向流动）
又称浸润,是指熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续并附着牢固的焊料层。浸焊程度主要决定于焊件表面的清洁度程度及焊料表面张力。润湿的好坏用润湿角表示,如图1-1。

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（二）扩散（纵向流动）
伴随着熔融焊料在被焊面上扩散的润湿现象还出现焊料向固体金属内部扩散的现象。
例如，用锡铅焊料焊接铜件，焊接过程中既有表面扩散，又用晶界扩散布和晶内扩散。锡铅焊料中的铅只参与表面扩散，而锡和铜原子相互扩散，这是不同金属性质决定的扩散。正是由于这种扩散作用，在两者界面形成新的合金，从而使焊料和焊件牢固地结合。

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(三) 合金层(界面层)
扩散的结果使锡原子和被焊金属铜的交接处形成合金层，从而得到一个牢固可靠的焊接点。(以锡铅焊料焊接铜件为例说明.在低温250-300度条件下,铜和焊锡的界面就会生成Cu3Sn和Cu6Sn5.若温度超过300度,除生成这些合金外,还要生成Cu31Sn8等金属间化合物)。焊点界面层的厚度因焊接温度和时间不同而异,一般在3-10um之间。

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从表面上看，过热或时间过长会使焊料表面失去特有和金属光泽，而使焊点呈灰白色,形成颗料状的外观.同时，靠近合金层的焊料层，其成分发生变化,会使焊料失去结合作用，从而使焊点丧失机械\电气性能。正确的焊接时间为2-5s，且 一次焊成，切忌时间过长和反复修补。

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形成合金层的条件：
1、焊接材料必须具有充分的可焊性
所谓可焊性是指被焊接的金属材料与焊锡在适当的温度和助焊剂的作用下，焊锡原子容易与被焊接的金属原子相结合。
生成良好的焊点特性。有些金属如铬、钼、钨等，可焊性较差，即使一些易于被焊接的金属如紫铜、黄铜等，因为表面容易形成氧化膜而不易焊接，为了提高可焊性，一般须采用镀锡、镀银等措施。衡量材料的可焊性：有专门的测试标准和测试仪器，实际上，将焊料理加热放到已加热的被焊物上，焊料熔化并向周围扩散，测量比较润湿润角的大小，便可比较不同材料、不同镀层的可能性焊性。一般共晶焊锡与表面干净的铜的润湿角落为20度。
2、被焊物表面必须清洁-这是形成合金层垢绝对必要条件
因氧化膜和杂质会阻碍焊锡与焊件相互作用，达不到原子间的相互作用的距离，在焊接处难以生成真正的合金，空易虚焊。
3、选用合适的焊剂
助焊剂作用是：a清除焊件表面氧化膜b减小焊料熔化后表面的张力，提高流动性以利于润湿c形成一层薄膜，防止再氧化。
4、焊接的温度和时间要适当
焊锡、焊件加热到可熔化的焊锡的温度，在足够的温度下，才能使焊料充分润湿，并充分扩散形成合金层。加热时间为2-5秒，加热时间过长容易损坏被焊物。

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锡（Sn）是一种质软，低熔点的金属，其熔点为232℃，纯锡较贵，质脆而机械性能差；在常温下，锡的抗氧化性能强，金属锡在高于13.2 ℃呈现银白色,低于13.2 ℃时呈灰色,低于-40 ℃变成粉末。

铅(Pb) 是一种浅青色软金属,熔点为327 ℃,机械性能差,可塑性好,有较高的抗氧化性和抗腐蚀性.属于对人体有害的重金属,在人体内积蓄能引起铅中毒.因此一些国家已开始对无铅焊料进行研究,欧盟建议法案是在2004年1月1日前完成焊料无铅化的的替代工作。
锡铅合金:当铅和锡以不同的比例熔成锡铅合金后,熔点和其他物理性能都会发生变化.按共晶点配置的合金,锡占63%,铅占37%称为”共晶焊锡”而熔点只有183 ℃,从而焊接温度低,防止损害元器件.

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助焊剂(焊剂)
助焊剂是指焊接时用于去除被焊金属表面间氧化层及杂质的混合物。
助焊剂的作用：

1）去除氧化物

      为了使焊料在被焊金属上产生润湿，必须将妨碍双方金属原子接近的氧化物

及污物除掉，而焊剂正具备这种功能。它能将氧化膜变成易于分解的物质（氢化水蒸气等),从而达到了清洁表面的作用。

2）防止继续氧化

    在焊接过程中，由于温度过高，会使金属表面氧化加速，而焊剂会在整个金属表面形成一层薄膜 ，包住金属，使其同空气隔绝，从而保护焊点不会在高温下继续氧化。

3）提高焊锡的流动性

熔化后的焊料处于固体金属表面上，由于受表面张力的作用力图变成球状，而焊剂可增加焊料流动性，排开熔化焊料的氧化物。

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电烙铁的种类：
1、外热式电烙铁
外热式电烙铁是指烙铁芯包在烙铁头的外部。它由烙铁头、烙铁芯、木柄 、电源引线和插头等组成。


2、内热式电烙铁
内热式电烙铁是指铁芯装在烙铁头的内部，从烙铁头内部向外传导热。它由烙铁芯、烙铁头、连接杆、手柄等几部分组成。内热式电烙铁的热传导效率比外热式电烙铁高，20W的内热式电烙铁的实际发热功率与25-40W的外热式电烙铁相当。


3、恒温式电烙铁
它在普通电烙铁头上安装强磁体传感器制成的，结构如图。
工作原理：接通电源后，烙铁头的温度上升，当达到设定的温度时，传感器里的磁铁达到居里点而磁性消失，从而使磁心触点断开，这时停止向烙铁芯供电；当温度低于居里点时磁铁恢复磁性，与永久磁铁吸合，触点接通，继续向电烙铁供电。如此反复，自动控温。


4、吸锡电烙铁
它是将普通电烙铁与活塞式吸锡器熔为一体的拆焊工具。它的使用方法是接通电源3-5秒后，把活塞按下并卡住，将锡头对准欲拆元器件，待锡熔化后按下按扭，活塞上升，焊锡被吸入吸管。用毕推动活塞三四次，清除残留的焊锡，以便下次使用。

5、热风枪
又称拆焊台。它专门用于表面贴片安装电子元器件的焊接和拆卸。