SMT產(chǎn)品手工焊接部分的基礎(chǔ)知識(shí)、技巧

 

　　上個(gè)世紀(jì)的70年代，芯片封裝基本都采用DIP封裝，此封裝形式在當(dāng)時(shí)具有適合PCB(印刷電路板)穿孔安裝，布線和操作較為方便等特點(diǎn)。70年代末80年代初中電子科技人員開(kāi)始關(guān)注外的smt技術(shù)發(fā)展，80年代初、中期我早規(guī)模化引進(jìn)smt生產(chǎn)線。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中smt引進(jìn)步伐大大加快。雖然中smt/EMS產(chǎn)業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但客觀來(lái)看還存在很多問(wèn)題。

 

　　隨著smt電子元器件的封裝更新?lián)Q代加快，由原來(lái)的直插式改為了平貼式，連接排線也由FPC軟板進(jìn)行替代，元器件電阻電容經(jīng)過(guò)了1206，0805，0603，0402后已向0201平貼式，BGA封裝后已使用了藍(lán)牙技術(shù)，這無(wú)一例外的說(shuō)明了電子發(fā)展已朝向小型化、微型化發(fā)展，手工焊接難度也隨之增加，在焊接當(dāng)中稍有不慎就會(huì)損傷元器件，或引起焊接不良，所以我們的一線手工焊接人員必須對(duì)焊接原理，焊接過(guò)程，焊接方法，焊接質(zhì)量的評(píng)定，及電子基礎(chǔ)有一定的了解。

 

　　一、焊接基礎(chǔ)

 

　　手工焊接 / Hand Soldering ：指以烙鐵頭為主要熱源以及其他手動(dòng)設(shè)備，用手工操作的方式加熱錫料與被焊件(如元器件引腳焊端、焊盤(pán)、導(dǎo)線等)進(jìn)行焊接/或拆焊的過(guò)程/作業(yè)。它是制造電子產(chǎn)品基本、有效的裝聯(lián)方法。

 

　　1、潤(rùn)濕：熔融焊料在被焊母材表面擴(kuò)展形成附著層。

 

　　在自然界中有很多這方面的例子，舉例來(lái)說(shuō)，在清潔的玻璃板上滴一滴水，水滴可在玻璃板上完全鋪開(kāi)，這時(shí)可以說(shuō)水對(duì)玻璃板完全潤(rùn)濕;如果滴的是一滴油，則油滴會(huì)形成一個(gè)球塊，發(fā)生有限鋪開(kāi)，此時(shí)可以說(shuō)油滴在玻璃板上能潤(rùn)濕;若滴一滴水銀，則水銀將形成一個(gè)球體在玻璃板上滾動(dòng)，這時(shí)說(shuō)明水銀對(duì)玻璃不潤(rùn)濕。焊料對(duì)母材的潤(rùn)濕與鋪展也是一樣的道理，當(dāng)焊料不加助焊劑在焊盤(pán)上熔化時(shí)，焊料呈球狀在焊盤(pán)上滾動(dòng)，也就是焊料的內(nèi)聚力大于焊料對(duì)焊盤(pán)的附著力，此時(shí)焊料不潤(rùn)濕焊盤(pán);當(dāng)加助焊劑時(shí)，焊料將在焊盤(pán)上鋪開(kāi)，也就是說(shuō)此時(shí)焊料的內(nèi)聚力小于焊料對(duì)焊盤(pán)的附著力，所以焊料才得以在焊盤(pán)上潤(rùn)濕和鋪展。

 

　　2、潤(rùn)濕角：是指焊料與母材間的界面和焊料熔化后焊料表面切線之間的夾角，又稱(chēng)接觸角

 

　　3、擴(kuò)散：伴隨著潤(rùn)濕的進(jìn)行，焊料與母材金屬原子間的相互擴(kuò)散現(xiàn)象開(kāi)始發(fā)生。通常原子在晶格點(diǎn)陣中處于熱振動(dòng)狀態(tài)，一旦溫度升高。原子活動(dòng)加劇，使熔化的焊料與母材中的原子相互越過(guò)接觸面進(jìn)入對(duì)方的晶格點(diǎn)陣，原子的移動(dòng)速度與數(shù)量決定于加熱的溫度與時(shí)間。

 

　　二、助焊劑的作用

 

　　助焊劑(FLUX)這個(gè)字來(lái)自拉丁文是"流動(dòng)"(Flow in Soldering)。

 

　　助焊劑主要功能為：

 

　　1.除去氧化物

 

　　要達(dá)到一個(gè)好的焊點(diǎn)，被焊物必須要有一個(gè)完全無(wú)氧化層的表面，但金屬一旦曝露于空氣中回生成氧化層，這中氧化層無(wú)法用傳統(tǒng)溶劑清洗，此時(shí)必須依賴助焊劑與氧化層起化學(xué)作用，當(dāng)助焊劑清除氧化層之后，干凈的被焊物表面，才可與焊錫結(jié)合。

 

　　助焊劑與氧化物的化學(xué)放映有幾種：

 

　　a、相互化學(xué)作用形成三種物質(zhì);

 

　　b、氧化物直接被助焊劑剝離;

 

　　c、上述兩種反應(yīng)并存。

 

　　2.防止再氧化

 

　　當(dāng)助焊劑在去除氧化物反應(yīng)的同時(shí)，必須還要形成一個(gè)保護(hù)膜，防止被焊物表面再度氧化，直到接觸焊錫為止。所以助焊劑必須能承受高溫，在焊錫作業(yè)的溫度下不會(huì)分解或蒸發(fā)，如果分解則會(huì)形成溶劑不溶物，難以用溶劑清洗。

 

　　3、降低被焊接材質(zhì)表面張力

 

　　在焊接過(guò)程中，焊料基本處于液體狀態(tài)，而元件管腳或焊盤(pán)則為固體狀態(tài)，當(dāng)兩種物質(zhì)接觸時(shí)，因液態(tài)物質(zhì)表面張力的作用，會(huì)直接造成兩種物質(zhì)接觸界面的減小，我們對(duì)這種現(xiàn)象的表面概括是“錫液流動(dòng)性差”或“擴(kuò)展率小”，這種現(xiàn)象的存在影響合金形成的面積、體積或形狀。這時(shí)需要的是助焊劑中“表面活性劑”的作用，“表面活性劑”通常指在極低的濃度下，就能夠顯著降低其他物質(zhì)表面張力的一種物質(zhì)，它的分子兩端有兩個(gè)集團(tuán)結(jié)構(gòu)，一端親水憎油另一端親油憎水，通過(guò)其外部表現(xiàn)可以看到，它由溶劑可溶性和溶劑不溶性兩部分組成，這兩個(gè)部分正處于分子的兩端，形成一種并不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，它只所以能夠顯著降低表面張力的作用正是由這種特殊結(jié)構(gòu)所決定的。

 

　　助焊劑中表面活性劑的添加量很小，但作用卻很關(guān)鍵，降低“被焊接材質(zhì)表面張力”，所表現(xiàn)出來(lái)的就是一種強(qiáng)效的潤(rùn)濕作用，它能夠確保錫液在被焊接物表面順利擴(kuò)展、流動(dòng)、浸潤(rùn)等。通常焊點(diǎn)成球、假焊、拉尖等類(lèi)似不良狀況均與表面活性不夠有一定關(guān)系，而這種原因不一定是焊劑“表面活性劑”添加量太少，也有可能是在生產(chǎn)工藝過(guò)程中造成了其成分解、失效等，從而大大減弱表面活性作用。

 

　　三、電烙鐵的結(jié)構(gòu)

 

　　(1)手柄 (2)電發(fā)熱器 (3)烙鐵頭 (4)控溫系統(tǒng)

 

　　各部份的作用：

 

　　烙鐵手柄——為操作者提供舒適而安全的使用手柄。

 

　　電發(fā)熱器——電熱轉(zhuǎn)換，為烙鐵頭提供熱能。

 

　　烙 鐵 頭—— 接受與儲(chǔ)存熱能，并將焊接所需的熱能或溫度，迅速而有效地傳遞到所需的 焊接處。

 

　　控溫系統(tǒng)——以控制烙鐵頭達(dá)到所需要的焊接溫度，并保持其穩(wěn)定性。

 

　　電烙鐵的特性與參數(shù)

 

　　1、輸入電功率(耗電量) 6、烙鐵頭漏電電壓

 

　　2、電熱轉(zhuǎn)換率 7、電絕緣阻抗

 

　　3、熱容量 8、使用壽命

 

　　4、高焊接溫度 9、操作與維修性

 

　　5、復(fù)熱速率 10、價(jià)格

 

　　烙鐵頭選擇的基本原則

 

　　1、烙鐵頭的形體粗細(xì)或質(zhì)量(即重量)輕重應(yīng)與被焊接處所需的熱容量或焊接溫度相匹配。

 

　　2、烙鐵頭形體的幾何形體(特別是其頭部)應(yīng)與被焊接的空間位向相適用。

 

　　3、烙鐵頭頭部的幾何形體應(yīng)使其與被焊接處的接觸面積為大。

 

　　4、烙鐵頭柄部應(yīng)與所用烙鐵身相匹配(即柄部的內(nèi)徑或外徑與烙鐵身的配合應(yīng)適宜而無(wú)松動(dòng))。

 

　　5、烙鐵頭其使用壽命應(yīng)較長(zhǎng)(如耐高溫、耐腐蝕、不易磨損等)且價(jià)格適當(dāng)。

 

　　四、焊接溫度與時(shí)間

 

　　1、手工錫焊溫度與時(shí)間

 

　　1) 手工錫焊的溫度是烙鐵頭于被焊件相互接觸并能形成錫焊點(diǎn)所需的溫度(即焊接點(diǎn)處實(shí)際所能得到的溫度或?qū)７Q(chēng)“焊接溫度”)。一般該溫度不高于錫料自身熔點(diǎn)溫度38℃或100°F，為宜。

 

　　2) 手工錫焊的時(shí)間是指烙鐵頭與被焊件相互接觸并能形成錫焊點(diǎn)所需的時(shí)間(既烙鐵頭在焊接處停留的時(shí)間或?qū)７Q(chēng)“焊接時(shí)間”)。一般應(yīng)控制在1～5秒之間為宜。

 

　　焊接時(shí)間選擇：

 

　　1～2秒：小焊點(diǎn)、熱敏元器件、片式元器件(如電阻、電容)等。

 

　　2～3秒：中焊點(diǎn)、紙基或玻璃纖維基的PCB板、通孔插裝元器件、多引腳貼裝器件、搪錫以及導(dǎo)線等。

 

　　3～5秒：大焊點(diǎn)、玻璃纖維基的PCB板、焊接面積大或散熱快者以及屏蔽線或較粗的導(dǎo)線等。

 

　　2、焊錫絲直徑選擇：

 

　　0.8～1.0mm：小焊點(diǎn)、熱敏元器件、片式元器件、多引腳小間距的貼裝器件等。

 

　　1.0～1.2mm: 中焊點(diǎn)、通孔插裝元器件、多引腳中、大間距的貼裝器件、搪錫以及導(dǎo)線等。

 

　　1.0 ～2.0mm: 大焊點(diǎn)、搪錫、屏蔽線、較大或散熱快的接地、添錫拆焊等。

 

　　一般焊錫絲的直徑應(yīng)約等于焊盤(pán)直接的1/2。

 

　　五、手工焊接步驟

 

　　A、五步法：

 

　　1、準(zhǔn)備：清潔烙鐵頭并沾涂薄錫

 

　　2、加熱：烙鐵頭對(duì)被焊件加熱

 

　　3、送加錫絲：相被焊件供送錫絲

 

　　4、移開(kāi)錫絲：移轉(zhuǎn)烙鐵頭且移開(kāi)錫絲

 

　　5、抽離烙鐵頭：回待并抽離烙鐵頭

 

　　B、兩點(diǎn)加錫法

 

　　1、在烙鐵頭和被焊接件間加焊錫，形成熱橋。

 

　　2、移動(dòng)焊錫絲到烙鐵頭的對(duì)面，繼續(xù)加注焊料，達(dá)到滿意的焊點(diǎn)后成45度離開(kāi)。

 

　　六、手工焊接中常見(jiàn)的十種不良習(xí)慣：

 

　　1、用力過(guò)大(全產(chǎn)生白斑、焊盤(pán)翹起或變形等)

 

　　2、焊料熱橋不合適(會(huì)產(chǎn)生冷焊點(diǎn)及焊料流動(dòng)不充分)

 

　　3、錯(cuò)誤的加熱頭尺寸(如果選擇過(guò)小的烙鐵頭：將會(huì)增加焊接時(shí)間，或?qū)е吕浜更c(diǎn)及焊料流動(dòng)不充分;選擇過(guò)大的烙鐵頭：將會(huì)損壞機(jī)板及相鄰器件)

 

　　4、濕度過(guò)高(會(huì)導(dǎo)致焊盤(pán)起翹及機(jī)板損傷)

 

　　5、助焊劑使用不當(dāng)(會(huì)增加腐蝕，電子遷移助長(zhǎng)金屬須地增長(zhǎng))

 

　　6、轉(zhuǎn)移焊接(指插裝元器件而言，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)濕不良)

 

　　7、修飾性重焊(增加金屬間化合層的增長(zhǎng))