焊接工艺概述详解

1.焊接的分类与原理

(1)熔焊。所谓熔焊,是指焊接过程中母材和焊料均熔化的焊接方式。常见的熔焊方式有:等离子焊、电子束焊、气焊等。

(2)钎焊。在焊接过程中母材不熔化,而焊料熔化的焊接方式称为钎焊。钎焊又分为软钎焊和硬钎焊。焊料熔点低于450 ℃为软钎焊,高于450 ℃则为硬钎焊。

(3)加压焊。加压焊又分为加热与不加热两种方式。冷压焊、超声波焊等属于不加热方式;加热方式中,一种是加热到塑性,另一种是加热到局部熔化。

在电子产品制造过程中,应用最普遍、最有代表性的焊接形式是锡焊,它是一种最重要的软钎焊方式。锡焊能实现电气的连接,让两个金属部件实现电气导通,锡焊同时能够实现部件的机械连接,对两个金属部件起到结合、固定的作用。常见的锡焊方式有手工烙铁焊、手工热风焊、浸焊、波峰焊和再流焊。

2.锡焊的特点

锡焊方法简便,只需要使用简单的工具(如电烙铁)即可完成焊接、焊点整修、元器件拆换、重新焊接等工艺过程。此外,锡焊还具有成本低、易实现自动化等优点,在电子工程技术里,它是使用最早、最广、占比重最大的焊接方法。锡焊的主要特点有以下三点:

(1)焊料熔点低于焊件;

(2)焊接时将焊料与焊件共同加热到锡焊温度,焊料熔化而焊件不熔化;

(3)焊接的形成依靠熔化状态的焊料浸润焊接面,由毛细作用使焊料进入焊件的间隙,形成一个合金层,从而实现焊件的结合。

3.锡焊的原理

锡焊的原理是将焊件和熔点比焊件低的焊料共同加热到锡焊温度,在焊件不熔化的情况下,焊料熔化并浸润焊接面,依靠二者原子的扩散形成焊件的连接。焊接的物理基础是“浸润”,浸润也叫“润湿”。锡焊的过程,就是通过加热,让焊料在焊接面上熔化、流动、浸润,使焊料渗透到铜母材(导线、焊盘)的表面内,并在两者的接触面上形成脆性合金层。除了含有大量铬、铝等元素的一些合金材料不宜采用锡焊焊接外,其他金属材料大都可以采用锡焊焊接。(www.xing528.com)

如果焊接面上有阻隔浸润的污垢或氧化层,不能生成两种金属材料的合金层,或者温度不够高使焊料没有充分熔化,都不能使焊料浸润。进行锡焊,必须具备的条件有以下几点。

(1)焊件必须具有良好的可焊性。

所谓可焊性是指在适当温度下,被焊金属材料与焊锡能形成良好结合的合金的性能。不是所有的金属都具有好的可焊性,有些金属如铬、钼、钨等的可焊性就非常差;有些金属的可焊性又比较好,如紫铜、黄铜等。在焊接时,由于高温使金属表面产生氧化膜,影响了材料的可焊性。为了提高可焊性,可以采用表面镀锡、镀银等措施来防止材料表面的氧化。

(2)焊件表面必须保持清洁。

为了使焊锡和焊件达到良好的结合,焊接表面一定要保持清洁。即使是可焊性良好的焊件,由于储存不当或被污染,都可能在焊件表面产生对浸润有害的氧化膜和油污。在焊接前务必把污垢清除干净,否则无法保证焊接质量。金属表面轻度的氧化层可以通过焊剂作用来清除,氧化程度严重的金属表面,则应采用机械或化学方法清除,例如进行刮除或酸洗等。

(3)要使用合适的助焊剂。

助焊剂的作用是清除焊件表面的氧化膜。不同的焊接工艺,应该选择不同的助焊剂,如镍铬合金、不锈钢、铝等材料,没有专用的特殊焊剂是很难实施锡焊的。在焊接印制电路板时,为使焊接可靠稳定,通常采用以松香为主的助焊剂。

(4)焊件要加热到适当的温度。

焊接时,热能的作用是熔化焊锡和加热焊接对象,使焊料渗透到被焊金属表面的晶格中而形成合金。焊接温度过低,对焊料原子渗透不利,无法形成合金,极易形成虚焊;焊接温度过高,会使焊料处于非共晶状态,加速焊剂分解和挥发速度,使焊料品质下降,严重时还会导致印制电路板上的焊盘脱落。需要强调的是,不但焊锡要加热到熔化,而且应该同时将焊件加热到能够熔化焊锡的温度。

(5)合适的焊接时间。

焊接时间是指整个焊接过程所需要的时间。它包括被焊金属达到焊接温度的时间、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。当焊接温度确定后,就应根据被焊件的形状、性质、特点等来确定合适的焊接时间。焊接时间过长,易损坏元器件或焊接部位;过短,则达不到焊接要求。一般,每个焊点焊接一次的时间最长不超过5 s。