焊接材料包括焊料(焊锡)和焊剂(助焊剂与阻焊剂),焊接工具在手工焊接时是电烙铁,还有五金工具。
1.常用焊接材料
1)常用焊料
焊料是易熔金属,熔点应低于被焊金属。焊料熔化时,在被焊金属表面形成合金,与被焊金属连接在一起。
焊料按成分可分为锡铅焊料、银焊料、铜焊料等。在一般电子产品装配中,主要采用锡铅焊料,俗称焊锡。
(1)常用焊料的作用。把被焊物连接起来,对电路来说构成一个通路。
(2)常用焊料具备的条件。
① 焊料的熔点要低于被焊工件。
② 易于与被焊物连成一体,具有一定的抗压能力。
③ 有良好的导电性能。
④ 有较快的结晶速度。
(3)常用焊料的种类。
① 锡铅焊料。在锡焊工艺中常用的是铅与锡以不同比例熔合形成的锡铅合金焊料,具有一系列铅和锡不具备的优点。
a.熔点低,易焊接,各种不同成分的锡铅焊料熔点均低于锡和铅的熔点,有利于焊接。
b.机械强度高,焊料的各种机械强度均优于纯锡和铅。
c.表面张力小,黏度下降,增大了液态流动性,有利于焊接时形成可靠接头。
d.抗氧化性好,使焊料在熔化时减小氧化量。
② 共晶焊锡。锡铅含量为锡61.9%、铅38.1%,称为共晶合金。它的熔点最低,为183 ℃,是锡铅焊料中性能最好的一种,它有以下特点。
a.低熔点,使焊接时加热温度降低,可防止元器件损坏。
b.熔点和凝固点一致,可使焊点快速凝固,不会因半熔状态时间的间隔而造成焊点结晶疏松、强度降低。
c.流动性好,表面张力小,有利于提高焊点质量。
d.强度高,导电性好。
(4)常用焊料的形状。在手工电烙铁焊接中,一般使用管状焊锡丝。它是将焊锡制成管状,在其内部充加助焊剂而制成。焊剂常用优质松香添加一定活化剂。焊料成分一般是含锡量60%~65%的锡铅焊料。焊锡丝直径有0.5 mm、0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.3 mm、2.5 mm、3.0 mm、4.0 mm、5.0 mm等多种。
2)常用助焊剂
(1)助焊剂的作用。
① 除去氧化膜。焊剂中的氯化物、酸类同氧化物发生还原反应,从而除去氧化膜。使金属与焊料之间接合良好。
② 防止加热时氧化。焊剂在熔化后,悬浮在焊料表面,形成隔离层,故防止了焊接面的氧化。
③ 减小表面张力。增加了焊锡流动性,有助于焊锡浸润。
④ 使焊点美观。合适的焊剂能够整理焊点形状,保持焊点表面光泽。
(2)常用助焊剂应具备的条件。
① 熔点低于焊料。在焊料熔化之前,焊剂就应熔化。
② 表面张力、黏度、相对密度均应小于焊料。焊剂表面张力必须小于焊料,因为它要先于焊料在金属表面扩散浸润。
③ 残渣容易清除。焊剂或多或少都带有酸性,如不清除就会腐蚀母材,同时也影响美观。
④ 不能腐蚀母材。酸性强的焊剂,不单单清除氧化层,而且它还会腐蚀母材金属,成为发生二次故障的潜在原因。
⑤ 不会产生有毒气体和臭味。从安全卫生角度讲,应避免使用毒性强或会产生臭味的化学物质。
(3)常用的助焊剂。在电子产品中,使用最多、最普遍的是以松香为主体的树脂系列焊剂。松香焊剂属于天然产物。
目前,在使用过程中通常将松香溶于酒精中制成“松香水”,松香与酒精的比例一般以1:3为宜。也可根据使用经验增减,但不能过浓;否则流动性能变差。(www.daowen.com)
(4)使用助焊剂的注意事项。常用的松香助焊剂在超过60 ℃时,绝缘性能会下降,焊接后的残渣对发热元器件有较大的危害,所以要在焊接后清除焊剂残留物。另外,存放时间过长的助焊剂不宜使用。因为助焊剂存放时间过长时,其成分会发生变化,活性变差,影响焊接质量。
3)常用阻焊剂
在焊接时,尤其是在浸焊和波峰焊中,为提高焊接质量,需采用耐高温的阻焊涂料,使焊料只在需要的焊点上进行焊接,而把不需要焊接的部位保护起来,起到一定的阻焊作用。这种阻焊涂料称为阻焊剂。
(1)阻焊剂的主要功能。
① 防止桥接、拉尖、短路及虚焊等情况的发生,以提高焊接质量,减小印制电路板的返修率。
② 印制电路板面被阻焊剂所涂覆,焊接时受到的热冲击小,降低了印制电路板的温度,使板面不易起气泡、分层。同时,也起到了保护元器件和集成电路的作用。
③ 除了焊盘外,其他部分均不上锡,节省了大量的焊料。
④ 使用带有颜色的阻焊剂,如深绿色和浅绿色等,可使印制电路板的板面显得整洁美观。按成膜材料不同,可分为热固化型阻焊剂、紫外线光固化型阻焊剂和电子辐射光固化型阻焊剂。
(2)常用的阻焊剂。常用的阻焊剂是紫外线光固化型阻焊剂,呈深绿色或浅绿色。
2.常用焊接工具
电烙铁是手工施焊的主要工具。合理选择、使用电烙铁是保证焊接质量的基础。
1)电烙铁的分类
(1)按加热方式分,可分为直热式、感应式、气体燃烧式等多种。目前最常用的是单一焊接用的直热式电烙铁。它又分为内热式和外热式两种。
(2)按功率分,可分为20 W、30 W、35 W、45 W、50 W、75 W、100 W、150W 、200 W、300 W等多种。
(3)按功能分,可分为单用式、两用式、恒温式、吸锡式等,如图3−3所示。
2)电烙铁的选用
在选用电烙铁时重点考虑加热形式、功率大小、烙铁头形状。
常用焊接材料与工具
(1)加热形式的选择。内热式和外热式的选择:相同瓦数情况下,内热式比外热式电烙铁的温度高。
(2)电烙铁功率的选择。
① 焊接小瓦数的阻容元件、晶体管、集成电路、印制电路板的焊盘或塑料导线时,宜采用30~45 W的外热式或20 W的内热式电烙铁。应用中选用20 W内热式电烙铁最好。
② 焊接一般结构产品的焊接点,如线环、线爪、散热片、接地焊片等时,宜采用 75~100 W电烙铁。
③ 对于大型焊点,如焊金属机架接片、焊片等,宜采用100~200 W的电烙铁。
图3−3 各式电烙铁
(a)内热式电烙铁;(b)外热式电烙铁;(c)吸锡电烙铁;(d)长寿命烙铁头电烙铁;(e)温控式电烙铁
(3)烙铁头形状的选择。烙铁头可以加工成不同形状,如图3−4所示。凿式和尖锥形烙铁头的角度较大时,热量比较集中,温度下降较慢,适用于焊接一般焊点。当烙铁头的角度较小时,温度下降快,适用于焊接对温度比较敏感的元器件。斜面烙铁头,由于表面大,传热较快,适用于焊接布线不很拥挤的单面印制电路板焊接点。圆锥形烙铁头适用于焊接高密度的线头、小孔及小而怕热的元器件。
对于有镀层的烙铁头,一般不要锉或打磨。因为电镀层的目的就是保护烙铁头不易被腐蚀。
图3−4 各种形状的烙铁头
(4)普通烙铁头的修整和镀锡。烙铁头使用一段时间后,会发生表面凹凸不平现象,而且氧化层严重,这种情况下需要修整。一般将烙铁头拿下来,夹到台钳上粗锉,修整为自己要求的形状,然后再用细锉修平,最后用细砂纸打磨光。
修整后的烙铁应立即镀锡。方法是:将烙铁头装好通电,在木板上放些松香并放一段焊锡,电烙铁沾上锡后在松香中来回摩擦;直到整个电烙铁修整面均匀镀上一层锡为止,如图3−5所示。需注意的是,电烙铁通电后一定要立刻蘸上松香;否则表面会生成难镀锡的氧化层。
(5)吸锡器。吸锡器是专门对多余焊锡进行清除的用具,如图3−6所示。
图3−5 烙铁头镀锡示意图
图3−6 吸锡器的外形
3.电子产品装焊常用五金工具
电子产品装焊常用的五金工具有尖嘴钳、斜口钳、扁嘴钳、克丝钳、镊子、螺丝刀、剥线钳等,如图3−7所示。
图3−7 电子产品装焊常用五金工具
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