【AOI论坛】手工焊接质量的相关因素研究

关键词

■电烙铁■焊锡线■助焊剂m手工烙铁焊

摘要:在电子产品装联工艺中,浸焊、波峰焊、回流焊一直是组装焊接的主流,而手工焊也是不可缺少的工艺操作,手工焊接的工具是电烙铁,焊接材料是锡合金焊锡线,焊接点的质量又是电子户产品可靠性的保证, 电烙铁的选择,焊接温度的控制及焊锡线的品质和焊接过程的操作是保证焊点质量的关键因素,为此本文给出了手工焊接工艺的综合性指导建议。

手工焊接质量的相关因素研究

■丁飞,潘晓琦,薛宁,涨潮,陈斌,张文杰等

(航天科工集团第二研究院699厂)

在电子电器产品的手工组装焊接工艺中,是以适宜熔点的锡合金软钎焊焊料做媒介用电烙铁把锡焊料合金丝材熔化后使元器引线脚或|C集成电路引脚与PCB焊盘之间形成具有一定机械强度和良好导电性能的牢固连接焊点。为形成可靠的焊接点,在焊接过程中,对电烙铁种类的选择,电烙铁的工作温度的调整,对锡合金焊锡线的合金成分、线径,焊锡线焊接活性的选择.以及正确使用电烙铁的焊接操作,都对焊接点的高可靠性有着及其重要的重要的影响,对电烙铁手工焊接的全过程需要进一步 探讨和实验。

1 现用电烙铁的基本选择

1.1 电烙铁的材质、形状和功率

电烙铁的材质是指电烙头的材质,是选自优质紫铜,紫铜镀铬或铜,铁、镍铬合金材料制作。进行无铅焊接时多采用镀铬或合金材料的铬铁头,以减少高锡的无铅焊料在高温下对塔铁头的腐蚀,延长电烙铁的使用寿命。

烙铁头有多种形状可供选择,有尖形、扁嘴形、 刀口形、马蹄形等,可以根据焊接部位焊盘大小,形状及元器件引线的粗细,厚薄选择最合适的烙铁头形状。

电烙铁的功率有10 W~20 W的用于微型器件及片状元器件的焊接,30 W50 W的用于型印制板电路板组件的焊接,50 W-7o W的用于大型焊接端子和接地线的焊接部位,

1.2 普通电烙铁

普通电烙铁是依靠加热电阻丝的大小获得相对稳定的温度,输出,没有温度补信担。度稳定性差连续多点使用时, 温度会下降,影响焊接效率。

1.3恒温电烙铁

恒温电格铁是内部采用PTC恒温发热文件,通过温度,国实控制温度输出,温度稳定性好,设计为固定温度输出不能调节,特点是升温快,使用寿命长、成本低,用于_RFC8元器件的焊接, 加热单元和烙铁头可以更换,但不通宜焊接对静电电压敏感的电子器件。

1.4调温电烙铁

调温电烙铁在手柄上端位置有个调温小转盘,可根据被焊接部位及元器的大小,调整烙铁头的焊接温度。

1.5焊台

焊台是变压器供电的焊接工作台,简称焊台,也是电烙铁的一种,由控制台、手柄、发热芯,烙铁头组成。其特点是热率高.温度效果好,手柄电压低仅为24 V.使用安全温速度快, 具有防静电功能。适合表面贴装工艺中,5洛件体积小、集成化高、印制电路精细、焊缝窄小特适合对耗电电压击穿敏感的元器焊接。

1.6吸锡电烙铁

吸锡电烙铁用于拆卸元器件.多指引脚的元器, 集成电路等,可以逐个把引脚上的锡熔化吸干净, 可以避免拆卸时烫烧,待拆零件或烫坏线路板。

含芯的锡合金焊接线材是用于手工电烙铁焊接和波峰

行补焊的材料,要求润湿时间焊回流焊接后的焊接缺陷进

短、可律性好培铁头处的浮清少、焊接烟雾小, 无飞败等。焊锡线的质量由锡合金化学成分和焊锡线的药芯即助焊剂的性能等决定。 根据锡合金焊锡线的化学成分分为有铅锡合全线材和无铅锦合全线材,根据助焊剂的润湿焊接中活性和高活性。性能分为低活性,

2.1常用有铅锡合金焊锡线

常用有铅锡锡合金焊锡线按合成份分为两种. -种是含

锡63%.铅37%的共晶合金,其熔点是183 c.另一种是含锡62 5%.铅36%.银1 5%的共晶合金,其熔点是179C,这两种有铅锡合金焊锡线都适用于电子元器件与PCB板的焊接,后者由于在锡铅合金合金中加入了少量的银,可以使锡合金的熔点降低、增加扩散性、提高焊接强度,焊点也更加光亮美观,更适用于焊接晶体振子等组件,集成电路,热敏电阻、陶瓷体和镀银件.能有效抑制陶瓷件的银浆层扩散,防止银层脱落。

2.2常用无铅锡合金焊锡线

常用无铅锡合金焊锡线按合金成分有多种可供选择.锡银铜合金焊锡线熔点为217 C.锡银合金焊锡线熔点为227 C.锡铋锌系合金焊锡线的熔点范围为135 C ~150C.锡铋锑系合金焊锡线的熔点范围为140 C~150 C.锡铋银系合金焊锡线的熔点范围为135“C~140 C.锡铋锌.锡铋锑和锡铋银系合金焊锡线都属于低温无铅焊锡线,特别适合无铅化制成中新型轻薄微小芯片,对温 度敏感的元器件及柔性电路板转连焊接。

2.3锡合金焊锡线专用助焊剂

锡合金焊锡线专用助焊剂的优劣是决定焊锡线焊接性能的关键因素之一一.其主要线分是成膜物质,活性剂.表面活性剂和功能性添加剂,助焊剂各组成及含量百分比见表1。

相分(S)

表1焊锡线专用助焊接

成膜物质为活性丙烯酸树脂或活性松香树脂:活性剂可以选择卤化物盐类或有机二元酸,有机三元酸:表面活性剂可以选择阳离子表面活性剂,非离子表面活性剂或二者复配物:添加剂包含媛蚀剂.高沸点溶剂,酸度调节等,其作用是减缓卤化物盐类的腐蚀,避免助焊剂飞溅产生锡珠以及中和有机酸活性的酸值,解决好助焊剂的可焊

性与腐蚀性的矛盾,理想的助焊剂在室温下呈弱酸性在接近焊接温度时,活性剂的活性得以显现,在焊接温度区间活性剂分解活化净化被焊基体金属表面,清除金属表面的氧化物,活性剂在表面活性剂的协同作用下,使熔化的焊锡线润湿铺展被焊物表面完成焊接助焊剂中的成膜物质在焊接温度下可为已净化的被焊接金属表面提供很好的保护层,高沸点溶剂的流加改善了成膜物质的脆性,增加了韧性,在锡线加工拉伸过程中不断芯,焊接中不产生飞溅现象。酸度调节剂可以用有机胺类,不但能有效促进焊接效果,使焊点光亮饱满,而且有机胺中氨基NH2具有中和焊后多余有机酸,降低腐蚀性的作用,焊后的残留物星中性。

2.4锡合金焊锡线的制备
锡合金焊锡线的质量与其制备工艺有关重量的关系,要从以下方面加以控制:
2.4.1要保证所选用的各种相关金属原料的纯度等

及。
2.4.2保证熔炼锡合金焊料的工艺参数合理及浇铸锡合金园锭的质量。
2.4.3注意单芯焊锡线的挤压粗锡丝直径为φ9.0mm. 三芯焊锡线的挤压粗锡丝直径为中12 mm.正确调整孔芯位置。
2.4.4挤压工艺包括挤压简预热温度,助焊剂温度助焊简内压力。挤压出线速度的控制,
2 45配备大中小细水箱拉丝机,配模及未用拉丝润滑剂液,尤其值得注意的是拉伸无铅合金焊锡线时,应采用热拉工艺,润滑剂温度控制在60 C~80“C之间。

3手工烙铁焊接的基本操作过程3.1 焊点形成过程的三个要点
。净化被焊元器件及焊盘表面,使之形成无氧化物无污垢的洁净表面,以利于融熔焊锡线的润湿铺展,体现助焊剂的作用。

b被焊接金属要获得使焊锡线熔化的温度, 当热量从您铁头向被焊的金属部位传导时,熔化的焊锡线流会沿着铜焊盘表面及元器件表面漫流达到完全润湿,烙铁头与焊盘的接触面积,接触压力和接触角是完全至关重要的,如
图1所示:


图1手工烙铁焊接示意图
正确的焊接顺序是烙铁头首先接触焊盘,使焊盘温度上升,再将焊锡线从烙铁对面接触焊盘.此时焊盘的温度应足以融化焊锡线。在焊盘与元器中引脚结合到形成连接点。烙铁头的温度应保持在焊锡线合金料熔点加上140C-150 C.烙铁头与PCB板之间的夹角以焊锡线与PCB板之间的夹角保持在35 C-45 C为好。
当焊接部位有一定量的焊锡时,可将焊锡线向上约40C .方向移开,焊锡液完全浸润焊盘和元器件引脚部位后,可将烙铁向上的40”方向移开。熔化的焊锡合金液在焊接温度下充分接触并扩散到被焊金属表面,形成了焊料与被焊接件之间的牢固结合层,也就是被焊母材表面与焊料成分发生的冶金反应形成的结合层,或称为金属间化合物,这是冷却后形成的一个金属整体。如果没有形成真正的结合层,焊料只是填充在被焊接的两种母材之间,即为虚焊或假焊。

3.2孔金属化PCB的焊接
在焊接金属化孔时加热时间可适当稍长一点,因为手工焊接是被焊接的PC8面朝上,熔化后的焊锡线首先覆盖在PCB的焊盘表面, 然后在焊锡线内的助焊剂和焊木料液重

力作用下开始漫流,这是助焊剂在高温下挥出来的气体E存在于金属化孔中的空气会受热膨胀形成热气泡浮向通孔上端,进而冲出熔融焊料在焊点表面形成孔内空洞或焊点表面针孔这有可能使焊料与被焊基体金属之间并没有形成金属间化合物。会存在虚焊假焊的缺陷,这是特别值得注意的情况。

3.3手工焊接中对烙铁温度,控制

焊接时间和焊接次数的
手工焊接工艺中,不但要考虑PCB与铜箔与绝缘板之间的结合温度要求,铜箔线的厚度宽度,还要考虑电子元器件在高温下的稳定性和承受高温的能力,因此对烙铁头的温度应该有一定的要求,一般控制在240 C-280 C .短时间内最好不要超过300 C。焊接时间不要超过2秒。若第-次焊接不理想时,应等焊点冷却后再次施焊,但不要超过2次。当发现被焊件挂锡不好时,可焊性差时,最好在焊接前先把被焊件部位挂焊处理。当拖焊细小芯片引线排针时要选择10W~ 20W尖形圆角回温时的防静电烙铁。

3.4电烙铁的选用维护及保养方法
3.4.1 正确选择烙铁头的大小和形状是保证焊点规整清牢国的重要环节,使合适的塔铁头能使焊按工作更有效事,烙铁头的大小与其热容量的直接关系,在进行连
应使大烙铁
续焊接大焊盘、元器件宽大厚的引线部位时,使用短而粗的头,这样焊接温度跌幅小,焊接温度稳定。 扁而钝的烙铁头比长而尖的烙铁头传热快,也比较耐用。总之要选择烙铁头比尖而锐的烙铁头能传递更多的热小尺寸的电您铁头能够与焊点充分接触的几何形状和大小
以保证焊接的速度和焊接的质量。 表面涂覆一层焊锡、
可以减少烙铁头使用中烧3.4.2 姑铁使用前要在烙铁头表烙铁头的氧化,物和氧化物.层新的焊埠接随时用吸水海焊锡丝,保持良好的焊对烙铁头
绵清洁烙铁头上的助焊剂残接状态。焊接完毕后,再涂覆

进行保养维护。
3.4.3
在焊接过程中不要长期在高电压和太高温下使用电烙铁
也不要施加过大的压力或反复磨擦被焊接部位表面,否则会影响电烙铁头的使用寿命,同时也会加大被焊接部位表面的氧化。

4 结束语
手工焊接在电子产品装连过程中是必不可少的技术手段.焊接点的形成看似一种极为简单的操作,却发生一系列的物理变化和化学变化,焊锡线中助焊剂与被焊物表面氧化层的还原反应,焊锡线熔化后在新生金属表面的润湿铺展,而生成合金属间化合物,所表现出的焊接机理.都需要操作者在实践中反复运用揣摩,不断积累经验,才能实现电烙铁各项应该参数.被焊接材料特征与焊锡线的完美结合,制作出符合焊接工艺要求的焊接点。

 

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