手工焊接技術

第一節   手工焊接的工具
    任何電子產品，從幾個零件構成的整流器到成千上萬個零部件組成的計算機系統，都是由基本的電子元件器件和功能構成，按電路工作原理，用一定的工藝方法連接而成。雖然連接方法有多種（例如、繞接、壓接、粘接等）但使用最廣泛的方法是錫焊。
1 ．手工焊接的工具
（ 1 ）電烙鐵
（ 2 ）鉻鐵架
 
圖1
2 ． 錫焊的條件
為了提高焊接質量，必須注意掌握錫焊的條件。

1. 被焊件必須具備可焊性。
2. 被焊金屬表面應保持清潔。
3. 使用合適的助焊劑。
4. 具有適當的焊接溫度。
5. 具有合適的焊接時間。 

第二節   焊料與助焊劑
1 ．焊接材料
    凡是用來熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之成為一個整體的金屬或合金都叫焊料。這裡所說的焊料只針對錫焊所用焊料。
常用錫焊材料：

1. 管狀焊錫絲
2. 抗氧化焊錫
3. 含銀的焊錫
4. 焊膏

2 ．助焊劑的選用。
    在焊接過程中，由於金屬在加熱的情況下會產生一薄層氧化膜，這將阻礙焊錫的浸潤，影響焊接點合金的形成，容易出現虛焊、假焊現象。使用助焊劑可改善焊接性能。助焊劑有松香、松香溶液、焊膏焊油等，可根據不同的焊接對象合理選用。焊膏焊油等具有一定的腐蝕性，不可用於焊接電子元器件和電路板，焊接完畢應將焊接處殘留的焊膏焊油等擦拭乾凈。元器件引腳鍍錫時應選用松香作助焊劑。印製電路板上已塗有松香溶液的，元器件焊入時不必再用助焊劑。

第三節   手工焊接的注意事項
    手工錫焊接技術是一項基本功，就是在大規模生產的情況下，維護和維修也必須使用手工焊接。因此，必須通過學習和實踐操作練習才能熟練掌握。注意事項如下：  
1. 手握鉻鐵的姿勢掌握正確的操作姿勢，可以保證操作者的身心健康，減輕勞動傷害。為減少焊劑加熱時揮發出的化學物質對人的危害，減少有害氣體的吸入量，一般情況下，烙鐵到鼻子的距離應該不少於 20cm ，通常以 30cm 為宜。
    電烙鐵有三種握法，如圖2 所示。
 
圖2 握電烙鐵的手法示意
 反握法的動作穩定，長時間操作不易疲勞，適於大功率烙鐵的操作；正握法適於中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作；一般在操作台上焊接印製板等焊件時，多採用握筆法。

2. 焊錫絲一般有兩種拿法，如圖3 所示。由於焊錫絲中含有一定比例的鉛，而鉛是對人體有害的一種重金屬，因此操作時應該戴手套或在操作后洗手，避免食入鉛塵。
 
圖3    焊錫絲的拿法
3. 電烙鐵使用以後，一定要穩妥地插放在烙鐵架上，並注意導線等其他雜物不要碰到烙鐵頭，以免燙傷導線，造成漏電等事故。 

第四節   手工焊接操作的基本步驟
掌握好電烙鐵的溫度和焊接時間，選擇恰當的烙鐵頭和焊點的接觸位置，才可能得到良好的焊點。正確的手工焊接操作過程可以分成五個步驟，如圖所示。
 
圖4   手工焊接步驟

1 ．基本操作步驟
⑴ 步驟一：準備施焊（圖 (a) ）
左手拿焊絲，右手握烙鐵，進入備焊狀態。要求烙鐵頭保持乾淨，無焊渣等氧化物，並在表面鍍有一層焊錫。
⑵ 步驟二：加熱焊件（圖 (b) ）
烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體，時間大約為 1 ～ 2 秒鐘。對於在印製板上焊接元器件來說，要注意使烙鐵頭同時接觸兩個被焊接物。例如，圖 (b) 中的導線與接線柱、元器件引線與焊盤要同時均勻受熱。
⑶ 步驟三：送入焊絲（圖 (c) ）
焊件的焊接面被加熱到一定溫度時，焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件。注意：不要把焊錫絲送到烙鐵頭上！
⑷ 步驟四：移開焊絲（圖 (d) ）
當焊絲熔化一定量后，立即向左上 45° 方向移開焊絲。
⑸ 步驟五：移開烙鐵（圖 (e) ）
焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以後，向右上 45° 方向移開烙鐵，結束焊接。從第三步開始到第五步結束，時間大約也是 1 至 2s 。 

2 ．錫焊三步操作法
對於熱容量小的焊件，例如印製板上較細導線的連接，可以簡化為三步操作。

1.  準備：同以上步驟一；
2.  加熱與送絲：烙鐵頭放在焊件上后即放入焊絲。
3.  去絲移烙鐵：焊錫在焊接面上浸潤擴散達到預期範圍后，立即拿開焊絲並移開烙鐵，並注意移去焊絲的時間不得滯後於移開烙鐵的時間。

    對於吸收低熱量的焊件而言，上述整個過程的時間不過 2 至 4s ，各步驟的節奏控制，順序的準確掌握，動作的熟練協調，都是要通過大量實踐並用心體會才能解決的問題。有人總結出了在五步驟操作法中用數秒的辦法控制時間：烙鐵接觸焊點后數一、二（約 2s ），送入焊絲后數三、四，移開烙鐵，焊絲熔化量要靠觀察決定。此辦法可以參考，但由於烙鐵功率、焊點熱容量的差別等因素，實際掌握焊接火候並無定章可循，必須具體條件具體對待。試想，對於一個熱容量較大的焊點，若使用功率較小的烙鐵焊接時，在上述時間內，可能加熱溫度還不能使焊錫熔化，焊接就無從談起。

第五節   手工焊接操作的具體手法
    在保證得到優質焊點的目標下，具體的焊接操作手法可以有所不同，但下面這些前人總結的方法，對初學者的指導作用是不可忽略的。

1. 保持烙鐵頭的清潔
   焊接時，烙鐵頭長期處於高溫狀態，又接觸助焊劑等弱酸性物質，其表面很容易氧化腐蝕並沾上一層黑色雜質。這些雜質形成隔熱層，妨礙了烙鐵頭與焊件之間的熱傳導。因此，要注意用一塊濕布或濕的木質纖維海綿隨時擦拭烙鐵頭。對於普通烙鐵頭，在腐蝕污染嚴重時可以使用銼刀修去表面氧化層。對於長壽命烙鐵頭，就絕對不能使用這種方法了。
2. 靠增加接觸面積來加快傳熱
   加熱時，應該讓焊件上需要焊錫浸潤的各部分均勻受熱，而不是僅僅加熱焊件的一部分，更不要採用烙鐵對焊件增加壓力的辦法，以免造成損壞或不易覺察的隱患。有些初學者用烙鐵頭對焊接面施加壓力，企圖加快焊接，這是不對的。正確的方法是，要根據焊件的形狀選用不同的烙鐵頭，或者自己修整烙鐵頭，讓烙鐵頭與焊件形成面的接觸而不是點或線的接觸。這樣，就能大大提高傳熱效率。
3. 加熱要靠焊錫橋
   在非流水線作業中，焊接的焊點形狀是多種多樣的，不大可能不斷更換烙鐵頭。要提高加熱的效率，需要有進行熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋，就是靠烙鐵頭上保留少量焊錫，作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋樑。由於金屬熔液的導熱效率遠遠高於空氣，使焊件很快就被加熱到焊接溫度。應該注意，作為焊錫橋的錫量不可保留過多，不僅因為長時間存留在烙鐵頭上的焊料處於過熱狀態，實際已經降低了質量，還可能造成焊點之間誤連短路。
4. 烙鐵撤離有講究
   烙鐵的撤離要及時，而且撤離時的角度和方向與焊點的形成有關。如圖所示為烙鐵不同的撤離方向對焊點錫量的影響。
    
   圖5 烙鐵撤離方向和焊點錫量的關係  
5. 在焊錫凝固之前不能動
   切勿使焊件移動或受到振動，特別是用鑷子夾住焊件時，一定要等焊錫凝固后再移走鑷子，否則極易造成焊點結構疏鬆或虛焊。
6. 焊錫用量要適中
   手工焊接常使用的管狀焊錫絲，內部已經裝有由松香和活化劑製成的助焊劑。焊錫絲的直徑有 0.5 、 0.8 、 1.0 、 … 、 5.0mm 等多種規格，要根據焊點的大小選用。一般，應使焊錫絲的直徑略小於焊盤的直徑。
   如圖所示，過量的焊錫不但無必要地消耗了焊錫，而且還增加焊接時間，降低工作速度。更為嚴重的是，過量的焊錫很容易造成不易覺察的短路故障。焊錫過少也不能形成牢固的結合，同樣是不利的。特別是焊接印製板引出導線時，焊錫用量不足，極容易造成導線脫落。
    
   圖6 焊點錫量的掌握  
7. 焊劑用量要適中
   適量的助焊劑對焊接非常有利。過量使用松香焊劑，焊接以後勢必需要擦除多餘的焊劑，並且延長了加熱時間，降低了工作效率。當加熱時間不足時，又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開關、接插件的時候，過量的焊劑容易流到觸點上，會造成接觸不良。合適的焊劑量，應該是松香水僅能浸濕將要形成焊點的部位，不會透過印製板上的通孔流走。對使用松香芯焊絲的焊接來說，基本上不需要再塗助焊劑。目前，印製板生產廠在電路板出廠前大多進行過松香水噴塗處理，無需再加助焊劑。
8. 不要使用烙鐵頭作為運送焊錫的工具
   有人習慣到焊接面上進行焊接，結果造成焊料的氧化。因為烙鐵尖的溫度一般都在 300 ℃ 以上，焊錫絲中的助焊劑在高溫時容易分解失效，焊錫也處於過熱的低質量狀態。特別應該指出的是，在一些陳舊的書刊中還介紹過用烙鐵頭運送焊錫的方法，請讀者注意鑒別。

第六節 焊點質量及檢查
    對焊點的質量要求，應該包括電氣接觸良好、機械結合牢固和美觀三個方面。保證焊點質量最重要的一點，就是必須避免虛焊。
1 ．虛焊產生的原因及其危害
    虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的，它使焊點成為有接觸電阻的連接狀態，導致電路工作不正常，出現連接時好時壞的不穩定現象，雜訊增加而沒有規律性，給電路的調試、使用和維護帶來重大隱患。此外，也有一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長時間內，保持接觸尚好，因此不容易發現。但在溫度、濕度和振動等環境條件的作用下，接觸表面逐步被氧化，接觸慢慢地變得不完全起來。虛焊點的接觸電阻會引起局部發熱，局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點情況進一步惡化，最終甚至使焊點脫落，電路完全不能正常工作。這一過程有時可長達一、二年，其原理可以用“原電池”的概念來解釋：當焊點受潮使水汽滲入間隙后，水分子溶解金屬氧化物和污垢形成電解液，虛焊點兩側的銅和鉛錫焊料相當於原電池的兩個電極，鉛錫焊料失去電子被氧化，銅材獲得電子被還原。在這樣的原電池結構中，虛焊點內發生金屬損耗性腐蝕，局部溫度升高加劇了化學反應，機械振動讓其中的間隙不斷擴大，直到惡性循環使虛焊點最終形成斷路。
    據統計數字錶明，在電子整機產品的故障中，有將近一半是由於焊接不良引起的。然而，要從一台有成千上萬個焊點的電子設備里，找出引起故障的虛焊點來，實在不是容易的事。所以，虛焊是電路可靠性的重大隱患，必須嚴格避免。進行手工焊接操作的時候，尤其要加以注意。
    一般來說，造成虛焊的主要原因是：焊錫質量差；助焊劑的還原性不良或用量不夠；被焊接處表面未預先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過高或過低，表面有氧化層；焊接時間掌握不好，太長或太短；焊接中焊錫尚未凝固時，焊接元件鬆動。
2 ．對焊點的要求 

1. 可靠的電氣連接
2. 足夠的機械強度
3. 光潔整齊的外觀

3 ．典型焊點的形成及其外觀
    在單面和雙面（多層）印製電路板上，焊點的形成是有區別的：見圖，在單面板上，焊點僅形成在焊接面的焊盤上方；但在雙面板或多層板上，熔融的焊料不僅浸潤焊盤上方，還由於毛細作用，滲透到金屬化孔內，焊點形成的區域包括焊接面的焊盤上方、金屬化孔內和元件面上的部分焊盤，如圖所示。
 
圖 7焊點的形成                                                                           圖 4-10 典型焊點的外觀  

參見圖，從外表直觀看典型焊點，對它的要求是：

1.  形狀為近似圓錐而表面稍微凹陷，呈漫坡狀，以焊接導線為中心，對稱成裙形展開。虛焊點的表面往往向外凸出，可以鑒別出來。
2.  焊點上，焊料的連接面呈凹形自然過渡，焊錫和焊件的交界處平滑，接觸角儘可能小。
3.  表面平滑，有金屬光澤。
4.  無裂紋、針孔、夾渣。