手工焊接工艺

5．3　手工焊接工艺

一、手工焊接基本操作

手工焊接技术是一项基本功，就是在大规模生产的情况下，维护和维修也必须使用手工焊接。因此，必须通过学习和实践操作，熟练掌握。

1．手握电烙铁的姿势

掌握手握铬铁的正确操作姿势，可以保证操作者的身心健康，减轻劳动伤害。焊剂加热挥发出的化学物质对人体是有害的，如果操作时鼻子距离烙铁头太近，则很容易将有害气体吸入。为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害，减少有害气体的吸入量，一般烙铁离开鼻子的距离应不小于30cm，通常以40cm为宜。

焊接时，一手拿烙铁，一手拿焊锡丝。电烙铁拿法有三种，如图5－4所示。“反握法”动作稳定，就像握拳头一样，握住烙铁柄，长时间操作不易疲劳，适于大功率烙铁的操作。“正握法”适于中等功率烙铁或带弯头电烙铁的操作。一般在操作台上对于电子线路的焊接时多采用“握笔法”。

图5－4　电烙铁拿法

焊锡丝一般有两种拿法，如图5－5所示。由于焊锡丝成分中，铅占一定比例，众所周知铅是对人体有害的重金属，因此操作时应戴手套或操作后洗手，避免食入。

使用电烙铁要配置烙铁架，一般放在工作台右前方，电烙铁用后一定要稳妥地放在烙铁架上，并注意导线等物不要触碰烙铁头，以免烫伤导线，造成漏电等事故。

图5－5　焊锡丝拿法

2．五步法训练

不少电子爱好者常用一种焊接操作法，即先用烙铁头沾上一些焊锡，然后将烙铁放到焊点上停留，等待加热后焊锡润湿焊件。这种方法不是正确的操作方法。虽然这样也可以将焊件焊起来，但却不能保证质量。作为一种初学者掌握手工锡焊技术的训练方法，五步法是卓有成效的。

图5－6　焊剂在电烙铁上挥发

如图5－6所示，当我们将焊锡熔化到烙铁头上时，焊锡丝中的焊剂浮在焊料表面，由于烙铁头温度一般都在250℃～350℃，当烙铁放到焊点上之前，松香焊剂将不断挥发，而当烙铁放到焊点上时由于焊件温度低，加热还需一段时间，在此期间焊剂很可能挥发大半甚至完全挥发，因而在润湿过程中由于缺少焊剂而润湿不良。同时由于焊料和焊件温度相差很多，结合层不容易形成，很难避免虚焊。更由于焊剂的保护作用丧失后焊料容易氧化，质量就得不到保证了。

掌握好电烙铁的温度和焊接时间，选择恰当的烙铁头和焊点的接触位置，才可能得到良好的焊点。正确的手工焊接操作过程可以分成5个步骤，如图5－7所示。

图5－7　五步法

（1）准备施焊。将焊件、电烙铁、焊锡丝和烙铁架等准备好，并放在便于操作的地方。此时特别强调的是烙铁头部要保持干净，但可以沾上少量的焊锡。左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。

（2）加热焊件。将烙铁接触焊接点，注意首先要保持烙铁加热焊件各部分，例如印制板上引线和焊盘都使之受热，其次要注意让烙铁头的扁平部分（较大部分）接触热容量较大的焊件，烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件，以保持焊件与焊盘同时均匀受热。时间大约为1s。

（3）熔化焊料（送入焊丝）。焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件，焊料开始熔化并润湿焊点。

（4）移开焊锡。当焊锡丝适量熔化后，立即向左上45°方向移开焊丝。焊锡量的多少控制，是非常重要的，应在练习中自己把握。

（5）移开烙铁。当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁，形成一个良好的焊点。注意移开烙铁的方向应该是大致45℃。结束焊接。

上述过程，对一般焊点而言在3s左右。对于小元件和集成电路引脚的焊接时间要短些，对于大元件如中周等，引脚的焊接时间则相对的要长些。这需要在装配实践中细心体会操作要领。

3．三步操作法

对于热容量小的焊件，例如印制板上较细导线的连接，可以简化为三步操作，即将上述步骤二、三合为一步，四、五合为一步。合成后的步骤为：

（1）准备。同五步焊接法中的步骤一。

（2）加热与送丝。同时放上烙铁头和焊锡丝，熔化适量的焊锡。

图5－8　三步操作法

（3）去丝移烙铁。焊锡在焊接面上浸润扩散达到预期范围后，同时拿开焊丝并移开烙铁，并注意移去焊丝的时间不得滞后于移开烙铁的时间。

二、印制电路板的手工焊接

用印制板安装元器件和布线，可以节省很多空间，提高装配密度，减少接线错误，在电子设备中得到广泛应用。因此，印制板的手工焊接也是整机装配的重要技能之一。

1．焊接工具的选用

在印制板上的焊接通常使用20W内热式电烙铁，电烙铁的温度一般控制在250℃～300℃。

2．焊接要求

初学者刚开始学习焊接时一般选用的印制板是单面板，单面板焊接时元器件应装在印制板的无铜面，焊接在有铜面进行。刚开始学习焊接，要注意以下几个问题。

（1）焊锡不能太多，能浸透接线头即可。一个焊点一次成功，如果没成功需要补焊时，一定要间隔一段时间，待冷却后再补焊。补焊时，一定要待两次焊锡一起熔化后，方可移开烙铁头。

（2）焊接时焊件必须固定好，不能随意晃动，尤其是在焊接时不能晃动，否则容易造成虚焊。

（3）装在印制板上的元器件应尽可能同一高度，元器件的引脚也要剪短点，以免引线相接触而短路。

（4）焊接时加热时间不能太长，否则容易烫坏元器件或烫坏铜箔。

（5）元器件的安装位置的原则，应便于观察极性、型号和数值等外观。

三、导线和接线端子的焊接

导线同接线端子、导线同导线之间的连接有以下4种基本形式。

1．钩焊

将导线弯成钩形钩在接线端子上，用钳子夹紧后再焊接，如图5－9，其端头的处理方法与绕焊相同。这种方法的强度低于绕焊，但操作简便。

图5－9　导线和端子的钩焊

2．搭焊

如图5－10所示为搭焊，这种连接最方便，但强度及可靠性最差。图5－10（a）是将经过镀锡的导线搭到接线端子上进行焊接，仅用在临时连接或不便于缠、钩的地方以及某些接插件上。

对调试或维修中导线的临时连接，也可以采用如图5－10（b）所示的搭接办法。这种搭焊连接不能用在正规生产产品中。

图5－10　搭焊

3．绕焊

（1）导线和接线端子的连接。导线和接线端子的绕焊，是将经过镀锡的导线端头在接线端子上绕一圈，然后用钳子拉紧缠牢后进行焊接，如图5－11所示。在缠绕时，导线一定要紧贴端子表面，绝缘层不要接触端子。一般L取1～3mm为宜。

图5－11　导线和端子的绕焊

（2）导线与导线的连接。导线与导线的连接以绕焊为主，如图5－12所示。操作步骤如下。

①去掉导线端部一定长度的绝缘皮；

②导线端头镀锡，并套上合适的热缩套管；

③两条导线绞合后焊接；

④趁热将套管推到接头焊点上，用热风或用电烙铁烘烤热缩套管，套管冷却后固定并紧裹在接头上。

这种连接的可靠性最好，在要求可靠性高的地方常常采用。

图5－12　导线与导线的绕焊

4．插焊（杯形焊件焊接法）

这类接点多见于接线柱和接插件，一般尺寸较大，如果焊接时间不足，容易造成“冷焊”。这种焊件一般是和多股软线连接，焊前要对导线进行处理，先绞紧各股软线，然后镀锡，对杯形焊件也要进行处理。操作方法见图5－13。

图5－13　杯形接线柱焊接方法

（1）往杯形孔内滴助焊剂。若孔较大，用脱脂棉蘸助焊剂在孔内均匀涂抹一层。

（2）用烙铁加热并将锡熔化，靠浸润作用让锡流满内孔。

（3）将导线垂直插入到孔的底部，移开烙铁并保持到凝固。在凝固前，导线切不可移动，以保证焊点质量。

（4）完全凝固后立即套上套管。

由于这类焊点一般外形较大，散热较快，所以在焊接时应选用功率较大的电烙铁。

电气装修工程中，导线的连接是电工基本工艺之一。导线连接的质量关系着线路和设备运行的可靠性和安全性。对导线连接的基本要求是：电接触良好，机械强度足够，接头美观，且绝缘性恢复正常。

四、焊点的质量要求及检查

焊点的质量好坏是电子产品质量好坏的关键。一个好的焊点不但要外观圆润、光亮、清洁，更要具有良好的电气性能和机械性能。保证焊点质量最重要的一点，就是必须避免虚焊。

1．虚焊产生的原因及其危害

虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的，它使焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现连接时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内，保持接触尚好，因此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件的作用下，接触表面逐步被氧化，接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热，局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化，最终甚至使焊点脱落，电路完全不能正常工作。这一过程有时可长达1～2年，其原理可以用“原电池”的概念来解释：当焊点受潮使水汽渗入间隙后，水分子溶解金属氧化物和污垢形成电解液，虚焊点两侧的铜和铅锡焊料相当于原电池的两个电极，铅锡焊料失去电子被氧化，铜获得电子被还原。在这样的原电池结构中，虚焊点内发生金属损耗性腐蚀，局部温度升高加剧了化学反应，机械振动让其中的间隙不断扩大，直到恶性循环使虚焊点最终形成断路。

据统计数字表明，在电子整机产品的故障中，有将近一半是由于焊接不良引起的。然而，要从一台有成千上万个焊点的电子设备里，找出引起故障的虚焊点来，实在不是容易的事。所以，虚焊是电路可靠性的重大隐患，必须严格避免。进行手工焊接操作的时候，尤其要加以注意。

一般来说，造成虚焊的主要原因是：焊锡质量差；助焊剂的还原性不良或用量不够；被焊接处表面未预先清洁好，镀锡不牢；烙铁头的温度过高或过低，表面有氧化层；焊接时间掌握不好，太长或太短；焊接中焊锡尚未凝固时，焊接元器件松动。

2．对焊点的要求

焊接的质量直接影响整机质量，焊接完成后要对焊接的质量进行检查。对焊接质量的要求如下。

（1）具有良好的导电性能。只有焊点良好，才能达到这一要求。焊接是电子线路在物理上实现电气连接的主要手段。锡焊连接不是靠压力，而是靠焊接过程中形成牢固连接的合金层以达到电气连接的目的。如果锡焊仅仅时堆在焊件的表面或只有少量的合金层，也许一开始不会发现焊点存在问题，时间长了，表面的接触层氧化，脱离，容易造成电路接触不良。

（2）焊点上的焊料要适当。焊点上的焊料过少，不仅机械强度低，而且由于表面氧化层逐渐加深，容易导致焊接失效。若焊料过多，不仅浪费焊料，还容易造成短路，同时堆的焊锡多仍能造成虚焊现象。

（3）具有一定的机械强度。焊点的作用是连接两个或两个以上的元器件，并使电气接触良好，因此要求焊点有一定的强度。这里就存在机械强度的问题。锡铅合金本身的强度是较低的，要想增加强度，就要有足够的连接面积。如果是虚焊，焊料仅仅是堆在焊盘上，自然就没什么机械强度了。

（4）焊点外观应有光泽、整齐，不应有毛刺、空隙。优良的焊点应光滑，有一定的光泽和良好的颜色，不应有凹凸不平和颜色、光泽不均匀的现象。这主要与焊接时对焊接温度的掌握和对使用的助焊剂剂量的控制有关。焊点的外观检查应从以下几点进行检查。

①没有漏焊；

②没有焊料拉尖；

③没有焊料引起导线间短路；

④没有损伤导线及元器件的绝缘层；

⑤印制板上没有飞溅的焊料；

⑥焊点表面应清洁。

焊点表面的污垢，特别是助焊剂等有害残留物质，如不及时清除，会留下隐患。

3．造成焊接质量不高的常见原因

（1）焊锡用量过多，使焊点处焊锡堆积；焊锡过少，不足以包裹焊点。

（2）冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足，焊锡未完全熔化、浸润，焊锡表面不光亮（不光滑），有细小裂纹（如同豆腐渣一样）。

（3）夹松香焊接。焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香，造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香，则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高，则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况，可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的，则要“吃”净焊锡，清洁被焊元器件或印刷板表面，重新进行焊接才行。

（4）焊锡连桥。指焊锡量过多，造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。

（5）焊剂过量，焊点周围松香残渣很多。当少量松香残留时，可以用电烙铁再轻轻加热一下，让松香挥发掉，也可以用无水酒精棉球，擦去多余的松香或焊剂。

（6）焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少，以及烙铁离开焊点时角度不当造成的。

4．典型焊点的形成及其外观

在单面和双面（多层）印制电路板上，焊点的形成是有区别的：见图5－14。在单面板上，焊点仅形成在焊接面的焊盘上方；但在双面板或多层板上，熔融的焊料不仅浸润焊盘上方，还由于毛细作用，渗透到金属化孔内，焊点形成的区域包括焊接面的焊盘上方、金属化孔内和元器件面上的部分焊盘。

图5－14　焊点的形成及典型焊点的外观

参见图5－14，从外表直观看典型焊点，对它的要求如下。

（1）形状为近似圆锥而表面稍微凹陷，呈漫坡状，以焊接导线为中心，对称呈裙形展开。虚焊点的表面往往向外凸出，可以鉴别出来。

（2）焊点上，焊料的连接面呈凹形并自然过渡，焊锡和焊件的交界处平滑，接触角尽可能小。

（3）表面平滑，有金属光泽。

（4）无裂纹、针孔、夹渣。

5．通电检查

焊点外观检查准确无误后，才能进行通电检查，这是检验电路性能的关键。如果不经过外观检查就进行通电检查，可能引起短路等现象，造成安全事故。若存在虚焊现象，通电时设备就加不上电，以至于无法进行通电检查。

通电检查可以发现许多微小的、肉眼观察不到的，例如内部虚焊等缺陷。通电检查焊接质量的结果及原因见表5－4。

表5－4　通电检查焊接质量结果及分析

五、焊后清洗

锡焊后的印制板会残留有焊接残渣，他们有的具有一定的腐蚀性，时间长了会引起漏电现象，因此必须采用合适的清洗剂清洗。

1．清洗剂的选择

清洗焊点时一定要选择合适的清洗剂，误用清洗剂对整机都会造成影响。使用清洗剂时按以下方法来选用清洗剂。

（1）能溶解污物，不留残迹且不影响基材性能。

（2）无毒或低毒，对人体无害，不污染环境。

（3）清洗工艺简单，性能稳定，对元器件及其标记无损害。

（4）价格便宜，耗量小并能回收再利用。

清洗剂一般有两大类：一类是有机溶剂，如工业乙醇、航空汽油等。另一类是加有溶剂的水溶液。一般印制板上的残留物也分为两类：一类是极性残留物，如指纹、活性焊料等；另一类是非极性残留物，如松香焊剂、油脂等。有机溶剂比较适合清洗非极性残留物，松香皂水则可以同时清除两类残留物。

2．清洗方法

（1）手工清洗。手工清洗是一种相对落后的清洗工艺，不需要专门的设备，工艺简单，甚至可以边洗边焊，适用于手工生产。

（2）超声波清洗。超声波清洗是一种利用超声波产生的“空化”效应，使污物破裂、净化、脱离，达到清洗目的。这种清洗方法需要专门的超声波清洗机，缺点是易污染，而且很难达到高质量的清洗效果。

（3）气相清洗。气相清洗是一种高洁净清洗工艺。方法为：将清洗剂加热到沸腾，将清洗件置于清洗剂蒸汽中。蒸汽遇热冷凝成液体附在清洗件上，污染物被溶解并随液体滴落，从而达到清洗目的。常采用三氯三氟乙烷和乙醇的混合液作为清洗剂。