SMT产品手工焊接部分的基础知识、技巧

 

　　上个世纪的70年代，芯片封装基本都采用DIP封装，此封装形式在当时具有适合PCB(印刷电路板)穿孔安装，布线和操作较为方便等特点。70年代末80年代初中电子科技人员开始关注外的smt技术发展，80年代初、中期我早规模化引进smt生产线。进入21世纪以来，中smt引进步伐大大加快。虽然中smt/EMS产业取得了突飞猛进的发展，但客观来看还存在很多问题。

 

　　随着smt电子元器件的封装更新换代加快，由原来的直插式改为了平贴式，连接排线也由FPC软板进行替代，元器件电阻电容经过了1206，0805，0603，0402后已向0201平贴式，BGA封装后已使用了蓝牙技术，这无一例外的说明了电子发展已朝向小型化、微型化发展，手工焊接难度也随之增加，在焊接当中稍有不慎就会损伤元器件，或引起焊接不良，所以我们的一线手工焊接人员必须对焊接原理，焊接过程，焊接方法，焊接质量的评定，及电子基础有一定的了解。

 

　　一、焊接基础

 

　　手工焊接 / Hand Soldering ：指以烙铁头为主要热源以及其他手动设备，用手工操作的方式加热锡料与被焊件(如元器件引脚焊端、焊盘、导线等)进行焊接/或拆焊的过程/作业。它是制造电子产品基本、有效的装联方法。

 

　　1、润湿：熔融焊料在被焊母材表面扩展形成附着层。

 

　　在自然界中有很多这方面的例子，举例来说，在清洁的玻璃板上滴一滴水，水滴可在玻璃板上完全铺开，这时可以说水对玻璃板完全润湿;如果滴的是一滴油，则油滴会形成一个球块，发生有限铺开，此时可以说油滴在玻璃板上能润湿;若滴一滴水银，则水银将形成一个球体在玻璃板上滚动，这时说明水银对玻璃不润湿。焊料对母材的润湿与铺展也是一样的道理，当焊料不加助焊剂在焊盘上熔化时，焊料呈球状在焊盘上滚动，也就是焊料的内聚力大于焊料对焊盘的附着力，此时焊料不润湿焊盘;当加助焊剂时，焊料将在焊盘上铺开，也就是说此时焊料的内聚力小于焊料对焊盘的附着力，所以焊料才得以在焊盘上润湿和铺展。

 

　　2、润湿角：是指焊料与母材间的界面和焊料熔化后焊料表面切线之间的夹角，又称接触角

 

　　3、扩散：伴随着润湿的进行，焊料与母材金属原子间的相互扩散现象开始发生。通常原子在晶格点阵中处于热振动状态，一旦温度升高。原子活动加剧，使熔化的焊料与母材中的原子相互越过接触面进入对方的晶格点阵，原子的移动速度与数量决定于加热的温度与时间。

 

　　二、助焊剂的作用

 

　　助焊剂(FLUX)這個字来自拉丁文是"流动"(Flow in Soldering)。

 

　　助焊剂主要功能为：

 

　　1.除去氧化物

 

　　要达到一个好的焊点，被焊物必须要有一个完全无氧化层的表面，但金属一旦曝露于空气中回生成氧化层，这中氧化层无法用传统溶剂清洗，此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用，当助焊剂清除氧化层之后，干净的被焊物表面，才可与焊锡结合。

 

　　助焊剂与氧化物的化学放映有几种：

 

　　a、相互化学作用形成三种物质;

 

　　b、氧化物直接被助焊剂剥离;

 

　　c、上述两种反应并存。

 

　　2.防止再氧化

 

　　当助焊剂在去除氧化物反应的同时，必须还要形成一个保护膜，防止被焊物表面再度氧化，直到接触焊锡为止。所以助焊剂必须能承受高温，在焊锡作业的温度下不会分解或蒸发，如果分解则会形成溶剂不溶物，难以用溶剂清洗。

 

　　3、降低被焊接材质表面张力

 

　　在焊接过程中，焊料基本处于液体状态，而元件管脚或焊盘则为固体状态，当两种物质接触时，因液态物质表面张力的作用，会直接造成两种物质接触界面的减小，我们对这种现象的表面概括是“锡液流动性差”或“扩展率小”，这种现象的存在影响合金形成的面积、体积或形状。这时需要的是助焊剂中“表面活性剂”的作用，“表面活性剂”通常指在极低的浓度下，就能够显著降低其他物质表面张力的一种物质，它的分子两端有两个集团结构，一端亲水憎油另一端亲油憎水，通过其外部表现可以看到，它由溶剂可溶性和溶剂不溶性两部分组成，这两个部分正处于分子的两端，形成一种并不对称的结构，它只所以能够显著降低表面张力的作用正是由这种特殊结构所决定的。

 

　　助焊剂中表面活性剂的添加量很小，但作用却很关键，降低“被焊接材质表面张力”，所表现出来的就是一种强效的润湿作用，它能够确保锡液在被焊接物表面顺利扩展、流动、浸润等。通常焊点成球、假焊、拉尖等类似不良状况均与表面活性不够有一定关系，而这种原因不一定是焊剂“表面活性剂”添加量太少，也有可能是在生产工艺过程中造成了其成分解、失效等，从而大大减弱表面活性作用。

 

　　三、电烙铁的结构

 

　　(1)手柄 (2)电发热器 (3)烙铁头 (4)控温系统

 

　　各部份的作用：

 

　　烙铁手柄——为操作者提供舒适而安全的使用手柄。

 

　　电发热器——电热转换，为烙铁头提供热能。

 

　　烙 铁 头—— 接受与储存热能，并将焊接所需的热能或温度，迅速而有效地传递到所需的 焊接处。

 

　　控温系统——以控制烙铁头达到所需要的焊接温度，并保持其稳定性。

 

　　电烙铁的特性与参数

 

　　1、输入电功率(耗电量) 6、烙铁头漏电电压

 

　　2、电热转换率 7、电绝缘阻抗

 

　　3、热容量 8、使用寿命

 

　　4、高焊接温度 9、操作与维修性

 

　　5、复热速率 10、价格

 

　　烙铁头选择的基本原则

 

　　1、烙铁头的形体粗细或质量(即重量)轻重应与被焊接处所需的热容量或焊接温度相匹配。

 

　　2、烙铁头形体的几何形体(特别是其头部)应与被焊接的空间位向相适用。

 

　　3、烙铁头头部的几何形体应使其与被焊接处的接触面积为大。

 

　　4、烙铁头柄部应与所用烙铁身相匹配(即柄部的内径或外径与烙铁身的配合应适宜而无松动)。

 

　　5、烙铁头其使用寿命应较长(如耐高温、耐腐蚀、不易磨损等)且价格适当。

 

　　四、焊接温度与时间

 

　　1、手工锡焊温度与时间

 

　　1) 手工锡焊的温度是烙铁头于被焊件相互接触并能形成锡焊点所需的温度(即焊接点处实际所能得到的温度或专称“焊接温度”)。一般该温度不高于锡料自身熔点温度38℃或100°F，为宜。

 

　　2) 手工锡焊的时间是指烙铁头与被焊件相互接触并能形成锡焊点所需的时间(既烙铁头在焊接处停留的时间或专称“焊接时间”)。一般应控制在1～5秒之间为宜。

 

　　焊接时间选择：

 

　　1～2秒：小焊点、热敏元器件、片式元器件(如电阻、电容)等。

 

　　2～3秒：中焊点、纸基或玻璃纤维基的PCB板、通孔插装元器件、多引脚贴装器件、搪锡以及导线等。

 

　　3～5秒：大焊点、玻璃纤维基的PCB板、焊接面积大或散热快者以及屏蔽线或较粗的导线等。

 

　　2、焊锡丝直径选择：

 

　　0.8～1.0mm：小焊点、热敏元器件、片式元器件、多引脚小间距的贴装器件等。

 

　　1.0～1.2mm: 中焊点、通孔插装元器件、多引脚中、大间距的贴装器件、搪锡以及导线等。

 

　　1.0 ～2.0mm: 大焊点、搪锡、屏蔽线、较大或散热快的接地、添锡拆焊等。

 

　　一般焊锡丝的直径应约等于焊盘直接的1/2。

 

　　五、手工焊接步骤

 

　　A、五步法：

 

　　1、准备：清洁烙铁头并沾涂薄锡

 

　　2、加热：烙铁头对被焊件加热

 

　　3、送加锡丝：相被焊件供送锡丝

 

　　4、移开锡丝：移转烙铁头且移开锡丝

 

　　5、抽离烙铁头：回待并抽离烙铁头

 

　　B、两点加锡法

 

　　1、在烙铁头和被焊接件间加焊锡，形成热桥。

 

　　2、移动焊锡丝到烙铁头的对面，继续加注焊料，达到满意的焊点后成45度离开。

 

　　六、手工焊接中常见的十种不良习惯：

 

　　1、用力过大(全产生白斑、焊盘翘起或变形等)

 

　　2、焊料热桥不合适(会产生冷焊点及焊料流动不充分)

 

　　3、错误的加热头尺寸(如果选择过小的烙铁头：将会增加焊接时间，或导致冷焊点及焊料流动不充分;选择过大的烙铁头：将会损坏机板及相邻器件)

 

　　4、湿度过高(会导致焊盘起翘及机板损伤)

 

　　5、助焊剂使用不当(会增加腐蚀，电子迁移助长金属须地增长)

 

　　6、转移焊接(指插装元器件而言，会导致润湿不良)

 

　　7、修饰性重焊(增加金属间化合层的增长)