电子竞赛培训教程2.2 装配工艺及方法

2.2 装配工具及方法装配、焊接是电子设计制作中最重要的环节，关系到作品的成功与否，性能指标的优劣。

2.2.1 装配工具1.电烙铁电烙铁是焊接的主要工具，作用是把电能换成热能对焊接点部位进行加热，同时熔化焊锡，使熔融的焊锡润湿被焊金属形成合金，冷却后被焊元器件通过焊点牢固地连接。

（1）电烙铁的类型与结构电烙铁的类型与结构主要有内热式电烙铁、外热式电烙铁、吸锡器电烙铁和恒温式电烙铁等类型。

①内热式电烙铁由连杆，手柄弹簧夹，铁芯，烙铁头（也称铜头）5个部件组成。

烙铁芯安装在烙铁头的里面（发热快，热效率高达85%~90%以上），故称为内热式电烙铁。

烙铁芯采用镍铬电阻丝绕在瓷管上制成，一般20W电烙铁其电阻为2.4KΩ左右。

常用的内热式电烙铁的工作温度如表2.2.1所示。

表2.2.1 电烙铁头的工作温度烙铁芯是可更换的，换烙铁芯时注意不要将引线接错，一般电烙铁有三个接线柱，中间一个为地线，另外两个接烙铁芯的两条引线。

接线柱外接电源线可接220V交流电压。

一般来说，电烙铁的功率越大，热量越大，烙铁头的温度越高。

焊接集成电路、印制电路板等较小体积的元器件时，一般可选用20W内热式电烙铁。

使用烙铁功率过大，容易烫坏元器件（一般二极管，三极管结点温度超过200℃时就会烧坏）和使印制导线从基板上脱落；使用的烙铁功率太小，焊锡不能充分熔化，也会烧坏器件，一般每个焊点在1.5~4S内完成。

②外热式电烙铁一般由烙铁头，烙铁芯，外壳，手柄，插头等部分所组成。

烙铁芯是用镍铬电阻丝在薄云母片绝缘的的筒子上（或绕在一组瓷管上），烙铁头安装在烙铁芯里面，故称外热式电烙铁。

烙铁头的长短也是可以调整的（烙铁头越短，烙铁头的温度越高），且有凿式，尖锥形，圆面形，圆尖锥形和半圆钩形等不同的形状，以适应不同焊接物面的需要。

电阻丝断路后也可重新修复或更换。

烙铁头采用热传导性好的以铜为基体的铜—锑，铜—铍，铜—铬—锰—及铜—镍—铬等铜合金材料制成。

普通的铜质烙铁头在连续使用后其作业面会变得不平，须用锉刀锉平。

即使新烙铁头在使用前也要用锉刀去掉烙铁头表面的氧化物，然后再接通电源待烙铁头加热到颜色发紫时，再用含松香的焊锡丝摩擦烙铁头，使烙铁头挂上一层薄锡。

千万注意：对于表面镀有合金层的烙铁头，不能够采用上述的方法，可以用湿的木棉布等去掉烙铁头表面的氧化物。

③吸锡电烙铁是将活塞式吸锡器与电烙铁合在一起的拆焊工具。

④恒温电烙铁的温度能自动调节保持恒定。

有一种恒温电烙铁是用热电耦来检测和控制烙铁头温度的恒定。

（2）电烙铁使用时的注意事项。

①电烙铁使用前要坚持检查烙铁的电线有没有损坏，烙铁头有没有和电源引线间连接。

②根据焊接对象合理选用不同类型的电烙铁。

当被焊接的导体较大时，则电烙铁的功率相应也要高。

③根据焊接元器件不同，可以选用不同截面的烙铁头，常用的是尖圆锥形。

④使用过程中不要任意敲击电烙铁头以免损坏。

内热式电烙铁连接杆管壁厚度只有0.2mm，不能用钳子夹，以免损坏。

在使用过程中应经常维护，保证烙铁头挂上一层薄锡。

当烙铁头上有杂物时，用湿润的耐高温海棉或棉布搽拭。

⑤使用电烙铁时，不要向外甩锡，以免伤到皮肤和眼睛。

⑥新用电烙铁使用前，首先给烙铁上一层松香，然后用另一把烙铁给新烙铁上锡。

⑦对于吸锡电烙铁，再使用后要马上压挤活塞清理内部的残留物，以免堵塞。

2. 其他常用工具（1）尖嘴钳头部较细，常用来夹小型金属零件、元件引脚成型。

（2）剪丝钳的刀口较锋利，主要用来剪切导线，元件多余的引线。

（3）镊子的作用是弯曲较小元器件的引脚、摄取微小器件用焊接。

（4）螺丝刀有“一”字式和“十”字式两种，使用金属或非金属材料制造；它的作用是拧动螺钉及调整可调元器件的可调部分。

电路调试时，调整电容或中周时要选用非金属的螺丝刀。

（5）小刀用来刮去导线和元件引线上的绝缘物和氧化物。

（6）剥线钳用于剥离导线上的护套层。

2.2.2焊接材料1. 焊料焊料是一种易熔的金属及其合金，它能使元件引线与印刷电路板连接在一起，形成电气互联。

焊料的选择对焊接质量有很大的影响。

锡（Sn）是一种质地柔软、具有很大延展性的银白色金属，熔点为232℃，在常温下化学性能稳定，不易氧化，不失金属光泽，抗大气腐蚀能力强。

铅（Pb）是一种较软的浅青白色金属，熔点为327℃，高纯度的铅耐大气腐蚀能力强，化学稳定性好，但对人体有害。

锡中加入一定比例的铅和少量其他金属可制成熔点低、流动性好、对元件和导线的附着力强、机械强度高、导电性好、不易氧化、抗腐蚀性强、焊点光亮美观的焊料，一般称为焊锡。

（1）焊锡的种类常用焊锡按含锡量的多少可分为15种，并按含锡量和杂质的化学成分分为S、A、B 三个等级，家用电器和通信设备使用的焊锡为60Sn~40Sn。

65Sn用于印刷电路板的自动焊接（浸焊、波峰焊等）；50Sn为手工焊接中使用较广的焊锡，但其液相温度高（约为215℃），所以为防止器件过热，最好选用60Sn或是63Sn。

（2）焊锡的形状焊锡有很多种形状，手工焊接主要用丝状焊锡。

焊锡丝的直径（单位为mm）有0.5、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、2.0、2.3、2.5、3.0、4.0、5.0等多种。

实际手工焊接时，为了使操作简化将焊锡制成丝型管状，管内夹带固体焊剂。

焊剂一般用特级松香并添加一定的活化剂（如二乙胺盐酸盐）制成。

2. 焊剂根据焊剂的作用不同可分为助焊剂和阻焊剂两大类。

手工电子制作时主要使用助焊剂。

（1）助焊剂的作用焊接的原理是使焊接和被接合金属之间的距离达到金属原子相互作用的距离，两者间就开始产生润湿和扩散现象。

但金属表面的氧化物和污垢是影响润湿最有害的物质，所以焊接时必须采取防止金属表面氧化的措施。

具体的方法有机械方法和化学方法。

机械方法的用砂纸或利器将氧化物去除；化学方法使用助焊剂来清除。

其作用表现在下面几点：①助焊剂能溶解去除金属表面的氧化物，并在焊接加热时包围金属的表面，使之和空气隔绝，防止金属在加热时氧化。

②助焊剂可降低焊锡的表面张力，有利于焊锡的湿润。

（2）助焊剂的分类助焊剂一般可分为无机助焊剂、有机助焊剂和树脂型助焊剂。

①无机助焊剂化学作用强、腐蚀作用大、锡焊非常好。

使用这种助焊剂进行焊接后，一定要进行清洗。

由于它的腐蚀作用强，一般在电子设备制作中几乎不采用。

②有机助焊剂由有机酸、有机类卤化物以及各种胺盐组成。

这类助焊剂由的缺点是热稳定性差，有的助焊剂具有较好的助焊性能，被广泛使用。

但这种助焊剂的缺点是热稳定性差，有的助焊剂具有一定程度的腐蚀性，残渣不易清洗干净。

这类助焊剂有的是水溶性的，因而在电子工业装配中的使用受到限制。

③用于电子设备的助焊剂应具备：无腐蚀性；高绝缘性；长期稳定性；耐湿性；无毒性。

树脂系列的助焊剂具此条件，以松香焊剂使用最广。

松香可直接做助焊剂使用，它的软硬兼施化温度约为52~83℃，加热到125℃时变为液态。

如若将质量分数为22%松香、67%无水乙醇、1%三乙醇胺配成松香酒精溶液比单独用松香的效果好。

（3）助焊剂的组成助焊剂一般由以下4个部分组成。

①活性剂，常用活性剂有溴化水杨酸、有机物盐酸盐、溴化肼、磷苯二甲酸等，作用是在焊接时去除氧化膜。

活性好的活性剂腐蚀性较大。

焊剂中的活性剂含量增加，能提高可焊能力，同时会使绝缘电阻、介质损耗、击穿电压和防腐性能变差，故要求恰当地选择，一般活性剂的添加量为2%~10%。

②树脂，最常用的是松香、改性松香及其他热熔性有机高分子化合物。

树脂的作用是熔化后覆盖在被焊部位的表面，保护金属表面及熔融状态的焊料不易氧化。

③扩散剂，其作用是焊接温度一定时，引导熔化的焊锡向四面扩散并深入焊疑缝。

同时使树脂部分成薄膜状态，保护熔化的焊料表面不致氧化。

扩散剂有甘油、硬脂酸、松节油之类的油脂和高价醇类。

④溶剂，有乙醇类、脂类、芳香族类、石油类等。

其作用是将树脂、活性剂、扩散剂全部溶解为液态焊剂。

2.2.3 焊接工艺和方法1. 焊接工艺（1）对焊接的要求电子产品的组装其主要任务是在印制电路板上对电子元器件进行锡焊。

焊点的个数从几十个到成千上万个，如果有一个焊点达不到要求，都会影响整机的质量，因此，在锡焊时必须做到以下几点：①焊点的机械强度要足够。

为保证被焊件在受到振动或冲击时不至脱落、松动，因此，要求焊点要有足够的机械强度。

但不能用过多的焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。

②焊接可靠保证导电性能。

为使焊点有良好的导电性能，必须防止虚焊。

虚焊是指焊料与被焊物表面没有形成合金结构，只是简单地依附在被焊金属的表面上，如图2.2.1所示。

图2.2.1 虚焊现象在锡焊时，如果只有一部分形成合金，而其余部分没有形成合金，这种焊点在短期内也能通过电流，用仪表测量也很难发现问题。

但随着时间的推移，没有形成合金的表面就要被氧化，此时便会出现时通时断的现象，这势必造成产品的质量问题。

③焊点表面要光滑、清洁。

为使焊点美观、光滑、整齐，不但要有熟练的焊接技能，而且要选择合适的焊料和焊剂，否则将出现焊点表面粗糙、拉尖、棱角等现象。

图2.2.2是两种典型焊点的外观，其共同特点是：a. 外形以焊接导线为中心，匀称、成裙形拉开。

b. 焊料的连接呈半弓凹面，焊料与焊件交界处平滑，接触角尽可能小。

c. 表面有光泽切平滑。

e. 无裂纹、针孔、夹渣。

图2.2. 2 典型焊点外观示意图（2）焊接前的准备①元器件引线加工成形。

元器件在印制板上的排列和安装方式有两种，一种是立式，另一种是卧式。

元器件引线弯成的形状是根据焊盘孔的距离及装配上的不同而加工成形。

引线的跨距应根据尺寸优选2.5的倍数。

加工时，注意不要将引线齐根部弯折，并用工具保护引线的根部，以免损坏元器件。

成形后的元器件，在焊接时，尽量保持其排列整齐，同类元件要保持高度一致。

各元器件的符号标志向上（卧式）或向外（立式），以便于检查。

图2.2.3是几种成形图例。

图2.2. 3元器件成形图例②镀锡。

元器件引线一般都镀有一层薄的钎料，但时间一长，引线表面产生一层氧化膜，影响焊接。

对于引线氧化的元器件，在焊接前引线都要重新镀锡。

镀锡时要注意：a. 待镀面应清洁。

元器件、焊片、导线等表面的污物，轻则用酒精或丙酮擦洗，严重的腐蚀性污点只有用机械办法去除，包括刀刮或砂纸打磨，直到露出光亮金属为止；b. 加热温度要足够。

被焊金属表面温度应接近熔化时的焊锡温度才能形成良好的结合层，因此应该根据焊件大小供给它足够的热量。

但由于考虑到元器件承受温度不能太高，必须掌握恰到好处的加热时间。

c. 要使用有效的焊剂。

松香是广泛应用的焊剂，但松香经过反复加热后就会失效，发黑的松香实际已经不起什么作用，应及时更换。

d. 多股导线镀锡。

剥导线头的绝缘皮不要伤线，剥导线头的绝缘皮最好用剥皮钳，根据导线直径选择合适的槽口。