焊锡原理

焊锡原理
焊接技术概要
利用加热和其它方法借助助焊剂的作用使两种金属相互扩散牢固结合在一起的方法称为焊接。

电子行业所用的焊接均为钎接（焊料的熔点小于450度）。

钎焊中起连接作用的金属材料称为焊料。

常用的焊料为锡铅合金。

由于焊锡方法简便，整修焊点、拆换元器件、重新焊接都不困难，使用简单的工具（电烙铁）即可完成，且成本低，易实现自动化等特点，因此，它使用最早，适用范围最广和当前占比例最大的一种焊接方法。

随着电子行业的发展，焊接技术也有了不少的更新和发展，例如：波峰焊、回流焊等。

电子产品中焊接点的数量有几十个至上百万个，这样多的焊接点，不但装配过程中工程量大，而且每一个焊点质量都关系着整个产品的使用可靠性，因引每个焊点都应具有一定的机械强度和良好的电气性能。

焊接技术不仅关系着整机装配的劳动生产率的高低和生产成本的大小，而且也是电子产品质量的关键。

焊料
一、在焊接过程中起连接作用的金属材料，称为焊料。

电子行业中所用的焊料通常为锡铅合金。

其配比为：Sn63%,Pb37%。

该合金称为锡铅共晶合金。

二、共晶焊锡的特点
电子工业希望在最低温度下完成焊锡工作，那就得利用熔点最低之锡铅合金。

即共晶点合金，其配比：Sn:Pb=63：37。

共晶焊锡具有以下特点：
1.不经过半熔融状态而迅速固化或液化，可以最快速度完成焊接。

2.能在较低温度下开始焊接作业，是锡铅合金中焊接性能最佳的一种。

3.焊接后焊点的机械强度、导电性能好。

三焊料中杂质对焊料性能的影响
焊料中除锡、铅外往往含有少量其它元素，如铜、锑、铋等。

另外，在焊接作业中，PCB和元件脚上的杂质也会带入锡炉内。

这些元素对焊锡的性能会有影响，下表中列出的为中国电子行业标准中杂质允许范围及对焊点性能的影响。

助焊剂
助焊剂是在焊接过程中起助焊作用的液体，其作用如下：
一、助焊剂的作用
1．清除焊接金属表面的氧化膜。

2．在焊接物物表面形成一液态保护膜，隔绝高温时四周的空气，防止金属表面再氧化；3．降低焊锡的表面张力，增加其扩散能力；
4．焊接的瞬间，可以让熔融状的焊锡取代，顺利完成焊接。

二、助焊剂的分类
助焊剂通常是依它们的成份分类，也有依它们的活性强弱而分类的。

按成份通常分为无机系列和有机系列。

有机系列又可分为松香型和非松香型。

1．无机系列：主要由无机酸和无机盐组成，有很强的活性，腐蚀性大，挥发气体对元件有破坏作用，焊后必须清洗，电子行业一般禁止使用。

2．有机系列：主要由有机酸、有机的胺盐、卤素化合物等组成。

焊锡作用及腐蚀性中性，大部分为水溶性，无法用一般溶剂清洗。

3．树脂系列：主要由松香、松香加活性剂、松香系列合成树脂加活性剂，消光剂等组成。

松香的绝缘性能比较好，但是活性差，为提高其活性，往往加入少量有机酸、有机胺类等活性物质。

实际上，随着电子行业对焊接质量的要求提高，化工行业已将有机系列与树脂系列综合起来调配，以满足不同的焊接要求。

三、助焊剂的选择
随着电子行业的发展，助焊剂的种类也随之增多，选择合适的助焊剂对于保证生产和产品质量非常重要。

选择时主要考虑下列因素：
1．被焊金属材料及清洁程度；
2．焊后清洗或免清洗（水洗或有机溶剂清洗）；
3．助焊剂本身的稳定性；
4．绝缘阻抗及腐蚀程度；
5．消光型或光亮型；
6．比重使用范围；
7．对环境卫生的影响。

焊点
将被焊金属通过焊接连接在一起的连接点叫焊点。

一、焊点的形成过程及必要条件
1．焊点的形成
熔化的焊锡借助助焊剂的作用，与被焊接的金属材料相互接触时，如果在结合界面上不存在其他任何杂质，那么焊锡中的锡和铅的任何一种原子会进入被焊接的金属材料的晶格而生成合金，这样就形成了牢固可靠的焊点。

2．焊点形成的条件：
1）被焊接金属材料应具有良好的可焊性；
2）被焊接金属材料表面要清洁；（无氧化、无杂质）
3）助焊剂选择要适当；
4）焊料的成份与性能要适应焊接要求；
5）焊接要具有一定的温度。

在焊接时，热能的作用是使焊锡向被焊接金属材料扩散并使焊接金属材料上升到焊接温度，以便与焊锡生成金属合金；
6）焊接时间：焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。

它包括被焊接金属材料达到焊接温度时间，焊锡的熔化时间，助焊剂发挥作用及生成金属合金的时间几个部分。

二、对焊点的要求
1．具有良好的导电性，即焊料与被焊金属物面相互扩散形成合金属。

2．具有一定的强度，即焊点必须具有一定的抗拉强度和抗冲击韧性。

3．焊料要适当，过少机械强度低，易造成虚焊，过多会浪费焊料，并造成焊点相碰和掩盖焊接缺陷。

一般焊点与PCB板面所呈的角度θ，所允许的范围为15°<θ<30°º（如图）
4．焊点表面应有良好的光泽。

5．焊点不应有毛刺、空隙、气泡。

6．焊点表面要清洁，有残留物或污秽，会给焊点带来隐患。

三、不良焊点
生产中由于PCB线路设计，生产中工艺控制以及助焊剂的选择等因素影响，均会出现不良焊点，所出现的不良焊点主要有以下几种：
1．焊点短路（边焊），即不同线路上的焊点连在一起；如图A
2．偏锡或虚焊，即焊点偏孔或元件脚松动；如图B1、B2
3．晶粒粗化或拉尖，即麻点状或毛刺焊点；如图C
4．包焊，即纺锤型、球形焊点；如图D
5．翘铜皮，即焊点与板面脱离。

如图E
C
E
焊锡工艺依据作业方式的不同而分为：手工焊、浸焊、波峰焊、回流焊等。

手工焊
靠手工作业的方式，用电烙铁和焊锡线所完成的焊接叫手工焊。

一、手工焊的用途
手工焊主要应用于以下几个方面：
1）小批量手产的小型化产品，具有特殊要求的高可靠产品；
2）不便使用机器焊接、复杂多变形的线路结构；
3）对温度敏感的元器件及维修中需要更换的元器件；
4）对机器焊接出现的不良焊点进行补焊。

二、焊接前的准备
为了得到良好的焊接点，PCB的焊盘与元器件的引线一定要保持清洁，PCB的保存时间不宜过长，以防焊盘氧化，影响焊接质量，切勿用油手、汗手及其他油脂物弄脏PCB 板焊盘，如果弄脏了，要用无水酒精擦干净。

三、焊接步骤
1．对准焊接点：电烙铁与焊锡面同时对准焊接点，并在烙铁头上先熔化少量的焊锡丝或松香。

2．接触焊接点：在烙铁头的焊剂尚未挥发完时，将烙铁头与焊锡丝同时接触焊接点，在较小的焊接点上，同于加热时间很短，所以在焊锡丝放在焊接点上的同时就可充分熔化焊锡。

3．移开焊锡丝和烙铁头：在焊锡熔化够量和焊接点吃锡充分的情况下，要迅速移开焊锡
丝和拿开烙铁头。

这几乎是同时完成的，但要注意移开焊锡丝的时间不迟于离开烙铁头的时间。

连续焊接时，因每焊完一个焊点时烙铁头上尚余下少量的焊锡和焊剂，所以可以取消上述第一步骤，直接一个一个地用烙铁头和焊锡丝接触焊接点完成焊接。

四、注意事项
手工焊接的主要特点是操作要准而快，要特别注意以下几点：
1．温度要适当，加温时间要短。

由于PCB焊盘很小，铜箔簿，每个焊点能承受的热量很少，只要烙铁头稍一接触，焊接点即可达到焊接温度，烙铁头的温度下降也不多，接触时间一长，焊盘很容易损坏，所以焊接时间一定要短，一般以2—3秒为宜。

2．焊料与焊剂要适量
PCB的焊盘有助焊剂，连同焊锡丝的焊剂已够焊接使用，如果再用助焊剂，则会造成焊剂在焊接过程中不能充分挥发而影响焊接质量，增加清洗焊剂残留物的工作量。

浸焊
浸焊是将插好元器件的PCB板在熔化的锡炉内浸锡，一次完成多焊点焊接的方法。

一、手工浸焊
手工浸焊是由人工手持夹具夹住插装好的PCB完成浸锡的方法，其操作过程如下：1．加热锡炉使锡温度控制在250℃--280℃左右；
2．在PCB板上涂一层（或浸一层）助焊剂；
3．用夹具夹住PCB浸入锡炉中，使焊盘表面与PCB板接触，浸锡高度以PCB厚度的1/2—1/3为宜，浸锡的时间约3—5秒。

4．以PCB板与锡面成5°-10°的角度使PCB板离开锡面，略微冷却后检查焊接质量。

如有较多的焊点未焊好，要重复浸锡一次，对只有个别不良焊点的板，可用手工补焊。

手工浸焊的特点为：设备简单、投入少，效率低，焊接质量与操作人员熟练程度有关，易出现漏焊现象。