焊接基礎(chǔ)知識

第一章焊接理論

一、焊接的含義

焊接是利用比被焊接金屬熔點低的材料，與被焊接金屬一同加熱，在被

焊接金屬不熔化的條件下，熔融焊料潤濕金屬表面，并在接觸面上形成合金

層，從而達到牢固的連接的過程。

在焊接過程中，為什么焊料能潤濕被焊金屬？怎么樣才能得到可靠的連

接？通過對焊接原理的分析，可以得到初步的了解C

一個焊點的形成要經(jīng)過三個階段的變化：1、熔融焊料在被焊金屬表面的

潤濕階段；2、熔融焊料在被焊金屬表面的擴展階段；3、熔融焊料通過毛細

管作用滲透焊縫，與被焊金屬在接觸面上形成合金層。其中，潤濕是最重要

的階段，沒有潤濕，焊接無法進行。

二、焊接的潤濕作用

任何液體和固體接觸時，都會產(chǎn)生程度不同的潤濕現(xiàn)象。焊接時，熔融

焊料（液體）會程度不同地黏附在各種金屬表面，并能進行不同程度的擴展,

這種粘附就是濕潤。潤濕得越牢，擴展面越大，潤濕得越好，反之，潤濕性

不好或根本不濕潤。

為什么會產(chǎn)生潤濕程度的差異，其原因是液體分之（熔融焊料）與固體

分子（被焊金屬）之間的相互引力（粘結(jié)力）大于或小于液體分子之間的相

互引力（表面張力）決定的，即：

粘結(jié)力＞表面張力，則濕潤；

粘結(jié)力〈表面張力，則不濕潤。

根據(jù)上述原理，焊接時降低熔融焊料的表面張力，可提高焊料對被焊金

屬的潤濕能力。而降低焊料表面張力的最有效手段是：焊接時使用焊劑。

為了使焊料能迅速濕潤被焊金屬，必須達到金屬間的直接接觸，也就是

說焊料和被焊金屬接觸面必須干凈，任何污染都會妨礙潤濕和金屬化合物生

成c因此，保持清潔的接觸表面是潤濕必須具備的條件。但是金屬表面總是

存在氧化物、油污等，因此焊接前對被焊金屬表面都要進行清潔處理。

三、焊點的形成

3.1焊點形成的作用力

一個焊點形成是多種作用力綜合作用的結(jié)果。在一塊清潔的銅板上涂上

一層焊劑，并在上面放置一定的焊料，然后將銅板加熱到規(guī)定的溫度，焊料

熔化后就形成了下圖的形狀。

圖3-3

（圖3-2）中可以看出，通過接觸角的大小，可以衡量焊料對被焊金屬潤

濕性能的好壞，如圖3?3所示。

當e<90°時cose>0,濕潤

當e>900時cose<o,不濕潤

當。->0°時cose-i,完全濕潤

當6―180°時cose——1,完全不濕潤

一般來說，0=20。~30°,為良好的潤濕，是合格的焊點。

從以上可以看出，焊點形成的優(yōu)劣取決于焊料和焊劑的性能，以及被焊

金屬的表面狀態(tài)，同時也取決于焊接工藝條件和操作方法。

3.2焊點（合金層）的形成一一金屬間擴散作用

熔融材料潤濕被焊金屬時，會產(chǎn)生金屬間的擴散，從而在金屬接觸面

上形成合金層，達到焊接的最終目的。

任何金屬內(nèi)部都不是完全致密的，在晶格內(nèi)部或晶格界面上總存在一

定數(shù)量的間隙或空穴。在正常情況下，金屬原子在晶格中都可以以其平衡位

置為中心進行不停的熱運動，這種運動隨溫度的增高，其頻率和能量也逐步

增高，當達到足夠的能量和溫度時，某些原子會克服周圍原子對它的束縛，

脫離原來占據(jù)的位置，這種現(xiàn)象就是擴散。如進行銅和銅合金焊接時，在一

定的工藝條件下，焊料中的錫原子和被焊金屬銅原子都會擴散到金屬接觸

面，形成銅錫合金Cu5Sn6、CiisSn）o

金屬間的擴散速度和擴散量，與溫度和時間密切相關(guān)，因此，在焊接技

術(shù)中，焊接溫度和焊接時間等工藝是保證焊接質(zhì)量達到可靠連接的重要條

件c

另外，焊接時能否形成合金層還取決于被焊金屬與焊料之間親和力的大

小有關(guān)。親和力大，則生成金屬化合物（合金層）；親和力小，則生成固溶

體；親和力特別小，則生成混合物。這說明焊料潤濕被焊金屬與被焊金屬木

身特性有關(guān)，在電子導(dǎo)電材料中，大多采用Cu、Au、Ag等材料和鍍層，

就是為了提高焊料對被焊金屬的潤濕能力。

四、提高焊接質(zhì)量的對策

根據(jù)以上對焊接機理的分析，我們知道電子產(chǎn)品的焊接過程是一項復(fù)雜

的物理化學(xué)變化過程，焊點的形成是綜合作用力的結(jié)果。由此，提高焊接質(zhì)

量的對策是：

327

181

Pb—Sn合金狀態(tài)圖

從Sn-Pb合金的相圖可以看出，Sn-Pb合金由Q(Sn)相和B(Pb)相兩種固溶

體和a+8相合成的共晶體組成。b點為共晶點，Sn的含量為61.9%,Pb的

含量為38.1%。按照該比例制成的焊料為共晶焊料，其熔化溫度(共晶溫度)

為183℃。

1.2.2Sn-Pb焊料(共晶焊料)的特點

1、共晶焊料的熔化溫度比其他配比的溫度都要低，這樣可以減少焊料

對元器件的熱損傷。

2、共晶焊料加熱時由固態(tài)直接變成液態(tài)，不存在半熔狀態(tài)，這樣可以

防止焊料凝固時連接點晃動造成的虛焊。

3、流動性好，表面張力小，侵潤性好，有利于提高焊接質(zhì)量。

4、共晶焊料的電氣和機械性能優(yōu)良(機械強度高、導(dǎo)電性能好)。

因此，共晶焊料被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的焊接。

1.2.3Sn-Pb焊料中雜質(zhì)對焊接的影響

錫鉛焊料除了主要成分錫和鉛外，還含有少量的其它金屬雜質(zhì)。在金屬

雜質(zhì)中，有些是無害的，有些則不然，即使含有微量也會對焊接質(zhì)量造成程

度不同的影響。因此，正確使用焊料，控制雜質(zhì)含量，是提高焊接質(zhì)量的措

施之一。

國標(GB3131)規(guī)定的雜質(zhì)含量如下:

成分(%)雜質(zhì)含量(％)

焊料牌

其

號錫錨鉛銅鈕碑鐵硫鋅鋁

它

59-6<余0.0.00.00.00.00

SnPb0.08

10.8量15222

雜質(zhì)對焊接性能的影響:

錨(Sb)：焊料中的主要雜質(zhì)(在礦石中鋪常與錫結(jié)合在一起)。少量

睇的存在有利于提高焊料的機械強度，特別能改善連接公的低溫性能。含量

在3%以下時，對焊點的外觀光澤無影響，但含量過高會使焊點脆化，使焊料

流動性和潤濕性差。

鋅(Zn)：焊料中最有害雜質(zhì)之一。其含量達到0.001%時，影響就會表

現(xiàn)出來，含量達到0.005%時，焊料表面會產(chǎn)生氧化鋅(ZnO)薄膜，使焊接

性能劣化，流動性下降，焊點失去光澤，表面粗糙。鋅通常從鍍鋅零件帶入

焊料槽或焊點，另一來源是焊接黃銅零件，焊料中的錫會從黃銅中溶解鋅。

鋁（AI）:微量的鋁雜質(zhì)就會使焊點出現(xiàn)砂粒狀外觀，并加速焊料表面

的氧化，使焊料槽的浮渣增加，焊料的流動性和澗濕性下降。鋁通常是在自

動焊接過程中由夾具磨損帶入的。

例（Bi）:焊料中鈿的含量增加，會使焊料熔點降低，是制造低溫焊料

的材料，但也會降低焊料的機械性能。

銅（Cu）:銅雜質(zhì)是焊料中最常見的雜質(zhì)，銅含量增加會造成焊料熔點

增高，焊點性能變脆，潤濕性下降。

金（Au）:在過去焊料槽中金是主要雜質(zhì)，人們常優(yōu)先采用金作為元器

件引線和印制板的鍍層。但焊接后Sn-Au-Cu金屬化合物會促成焊點產(chǎn)生裂

紋，因此金作為鍍層越來越少。焊料中金雜質(zhì)的增加會造成焊點失去光澤，

甚至?xí)霈F(xiàn)砂粒狀外觀，還會降低焊料的潤濕性能。因此，焊料中金雜質(zhì)的

含量最大值為0.1虬

銀（Ag）:銀是另一種鍍層帶進焊料中的雜質(zhì)，也是有害性最小的雜質(zhì)

之一。在某些焊料中還故意加銀，以解決微電子焊接中銀層的遷移帶來的危

害。銀含量過高會使焊點灰暗，并降低焊料的流動性。

二、焊劑

2.1分類

焊劑也稱助焊劑，其分類方法很多，通常焊劑分為無機助焊劑（如ZnCK

NH4C1、HC1等）、有機助焊劑（有機酸、有機鹵素等）和樹脂型助焊劑（如

松香等）。具體如下：

正磷酸H3Poi

酸鹽酸(HCI)

無機系

氟酸（HF）

列

鹽-氧化物ZnC12、NHiCl、SnCl2

一有機酸（硬脂酸、乳酸、油酸、氨基酸等）

助焊劑一有機系—―有機鹵素（鹽酸笨胺等）

列

尿素、乙二胺等

一松香

樹脂型—―活化松香

」一氧化松香

熔融焊料在被焊金屬表面要想產(chǎn)生“潤濕”和“擴展”,就只有在被焊

金屬和焊料之間的距離達到相互作用的原子間距時才能發(fā)生。而妨礙原子間

相互接近的是金屬表面的氧化層和雜質(zhì)。為了去除氧化層和防止焊接時金屬

表面氧化，必須使用焊劑。

2.2焊劑的作用原理

焊劑的作用原理示意圖如下:

2.2.1焊劑的化學(xué)作用

利用焊劑的活性，清除金屬表面的氧化物，因此，焊劑的化學(xué)作用主

要表現(xiàn)在親氧性方面，即在達到焊接溫度前充分地使金屬表面的氧化物還原

或置換，形成新的金屬鹽類化合物。下面以松香為例，對焊劑的化學(xué)作用進

行分析。

松香是電子工業(yè)中最常用的焊劑，松香中的有機酸的主要成分是松香

酸，而松香酸在170c時，活性表現(xiàn)充分，靠本身的功能基因脛基起助焊作

用，以達到去除金屬表面氧化物的目的。其化學(xué)反應(yīng)如下（以焊接銅金屬為

例）：

CuO+2G9H29C00H-Cu（CifeOCO）2+H2O

上式為氧化銅和松香酸在加熱條件下，生成松香酸銅（金屬鹽），它只

是一瞬間生于焊盤周圍，而松香酸銅受熱分解，除生成活性銅外，還可以從

松香酸銅中取得[H]+,從而形成脛基基因，重新聚合為松香酸。

Cu(G9H29OCO)2-*G9H29COOH+CU

生成的活性銅可以與熔融焊料反應(yīng)生成銅錫合金。

Cu+Sn-Pb-Cu-Sn-Pb

2.2.2焊劑的物理作用

焊接時使用焊劑能降低焊料的表面張力，從而提高焊料對被焊金屬的

潤濕能力。如，共晶焊料的表面張力為49Pa,使用松香焊劑時表面張力為39Pa,

若用氯化鋅時表面張力降為33.lPao

同時，焊劑可以改善焊接時的熱傳導(dǎo)，很快達到熱平衡。因焊接表面有

一定的粗糙度，焊接面谷點的間隙內(nèi)有空氣存在，起著隔熱作用，施加焊劑

后，間隙內(nèi)被焊劑填滿，加快了熱量傳遞并建立熱平衡，保證了焊接質(zhì)量。

2.3焊劑的性能要求

1、焊劑中各組份之間不應(yīng)因相互作用而降低助焊性能，儲存時有長期

穩(wěn)定性；

2、表面張力比焊料小，潤濕擴散速度比焊料快；

3、焊劑熔點應(yīng)低于焊料，在加熱過程中有一定的熱穩(wěn)定性；

4、焊接時焊劑的活性發(fā)揮充分，而在常溫下化學(xué)性能穩(wěn)定，無腐蝕性；

5,存放或焊接時不會產(chǎn)生有毒、有強烈臭味的氣體；

6、焊劑的電氣性能優(yōu)良，絕緣電阻高，殘留物容易清除。

第三章焊接工具一一電烙鐵

一、電烙鐵的分類

按加熱方式，電烙鐵可分為直熱式、感應(yīng)式、兩用式和恒溫式等幾種。

L1直熱式電烙鐵

為單一焊接使用的電烙鐵，最常使用，它可分為內(nèi)熱式和外熱式兩種。

1、內(nèi)熱式電烙鐵

內(nèi)熱式電烙鐵的發(fā)熱元件在烙鐵頭的內(nèi)部，從烙鐵頭內(nèi)部向外傳熱，所

以被稱為內(nèi)熱式電烙鐵，如下圖所示

2、外熱式電烙鐵

外熱式電烙鐵的發(fā)熱元件在烙鐵頭外，如下圖所示

L2感應(yīng)式電烙

感應(yīng)式電烙鐵也叫速熱烙鐵，俗稱焊槍。它里面實際上是一個變壓器，

這個變壓器的次級一般只有一匝。當變壓器初級通電時，次感應(yīng)出的大電流

通過加熱體，使和它連接的烙鐵頭迅速達到焊接所需要的溫度。

這種烙鐵的特點是加熱速度快，一般通電幾秒鐘，即可達到溫度，不需

要持續(xù)通電。它的手柄上帶有開關(guān)，工作時只需按下開關(guān)幾秒鐘即可進行焊

接，適用于斷續(xù)工作。

1.3兩用式電烙鐵

即焊接和拆焊兩用的電烙鐵，又稱錫電烙鐵。它是普通直熱式電烙鐵上

增加吸錫結(jié)構(gòu)組成，具有加熱、吸錫兩種功能。也可將吸錫器做成單獨的一

種工具。

1.4恒溫電烙鐵

該種電烙鐵又分為自動和手動兩種。手動實際上是將電烙鐵接到一個可

調(diào)電源（如調(diào)壓器）上，由調(diào)壓器上的刻度可以確定調(diào)定烙鐵的溫度。

自動恒溫電烙鐵一種是依靠溫度傳感元件監(jiān)測烙鐵頭的溫度，并通過放

大器輸出的信號放大，控制電烙鐵的供電電路，從而達到恒溫的目的。

另一種是強磁體傳感器磁性在某一溫度時的磁性消失的特性達到恒溫

的目的。

二、電烙鐵的合理選用

2.1選用原則

1、必須滿足焊接所需的熱量，并能在操作過程中保持一定的溫度;

2、溫升快、熱效率高，在連續(xù)操作時溫度下降不多；

3、電氣、機械性能安全可靠；

4、質(zhì)量輕，操作舒適，工作壽命長，維修方便；

5、烙鐵頭形狀要適應(yīng)焊接空間的需求。

2.2選擇依據(jù)

烙鐵頭溫度（室

焊接對象及工作性質(zhì)選用烙鐵

溫、220V電壓）

一般印制電路板、安裝導(dǎo)線300?400C20W內(nèi)熱式、30W外熱式、恒溫式

集成電路300?400C20W內(nèi)熱式、恒溫式

焊片、電位器、2-8W電阻、大電解電

350?450℃35-50W內(nèi)熱式、恒溫式50-75W外熱式

容器、大功率管

8V以上大電阻、2mm以上導(dǎo)線400?550℃100W內(nèi)熱式、150-200W外熱式

匯流排、電阻板等500?630C300W外熱式

維修、調(diào)試一般電子產(chǎn)品20W內(nèi)熱式、恒溫式、感應(yīng)式、兩用式

三、烙鐵的正確使用方法

3.1新烙鐵使用前的處理

新烙鐵在使用前要進行處理后，才能使用。方法是：先用紗布（對于舊

烙鐵可用細錘刀）對烙鐵頭進行打磨，露出新鮮表面（除去表面氧化層），

在松香水中浸一下；然后接通烙鐵頭電源，待烙鐵熱后，在木板上放些松香

并放一段焊錫，烙鐵上沾上錫，在松香中來回摩擦，直到烙鐵頭修理面均勻

鍍上一層錫焊為止。也可以在烙鐵頭沾上錫后，在濕布上摩擦，再沾錫，反

復(fù)磨模。直到烙鐵頭上均勻涂上一層錫為止。該方法同樣適用于使用后舊烙

鐵的處理。

3.2烙鐵的握法

1、正握法：適用于中功率烙鐵或帶彎頭烙鐵的操作。

2、反握法：適用于大功率烙鐵的操作。

3、握筆法：適用于操作臺上焊接印制板等組件。

第四章焊接工藝

一、焊接的條件、

1、被焊金屬材料、元器件具有良好的可焊性能；

2、被焊金屬材料、元器件引線表面清潔、無氧化；

3、焊料的成分和性能符合焊接要求，印制板焊接采用Sn63Pb37型錫絲；

4、助焊劑使用適當，在使用松香焊錫時一般不需要添加助焊劑；

5、選擇適當功率的電烙鐵，保證焊接時所需的溫度；

烙鐵頭頭部溫度一般控制在300±10℃o烙鐵一般采用30W,對引線較

粗，焊盤較大或焊盤接有面積較大印制導(dǎo)線時應(yīng)采用50W（內(nèi)熱式）。

6、焊接時間適當，一般2?3s（一個小焊點）；7、

操作方法正確，熟練掌握焊接技術(shù)和要求。

二、焊接的方法

2.1焊接的二種方法介紹

1、三步法

本方法適用于熱容量?。ㄉ崧┑脑骷暮附?。具體方法如下表:

2、五步法

本方法適用于熱容量大（散熱快）的元器件的焊接。具體方法如下表；

2.2焊錫絲的拿法和熔化方法

2.2.1焊錫絲的拿法通常分連續(xù)操作和斷續(xù)操作兩中情況。

2.2.2焊錫絲的熔化方法如下圖所示。

2.3焊接操作的基本步驟

1、準備拖焊：左手拿焊錫絲，右手握烙鐵，進入備焊狀態(tài)。（要求：烙鐵

頭保持干凈，無氧化物，并在表面鍍有一層焊錫。）

2、加熱焊件：烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體。（對于印

制板上焊接元器件來說，要注意使烙鐵頭同時接觸焊盤和元器件引線。）

3、送入焊絲：焊件的焊接面被加熱到一定的溫度時，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。）

4、移開焊絲：當焊絲熔化一定量后，立即向左上45°方向移開焊絲。

5、移開烙鐵：焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后，向右上方45°方向移

開烙鐵，結(jié)束焊接。

2.4焊接操作的具體方法

在保證得到優(yōu)質(zhì)焊點的目標下，具體的焊接操作手法可因人而異。下述這

些前人總結(jié)的方法，對初學(xué)者的指導(dǎo)作用是不可以忽略的。

1、持烙鐵頭的清潔。在烙鐵架上隨時蹭去雜質(zhì)，也可用濕布和濕海綿隨

時擦拭烙鐵頭。氧化、污染嚴重的的普通烙鐵（長壽命烙鐵除外），可用鋰

刀鏗去表面氧化層和污物。

2、靠增加接觸面積來加快傳熱。有初學(xué)者為加快焊接，企圖用烙鐵頭對

焊接面施加壓力，這是不對的。正確的方法是；要根據(jù)焊件的形狀選用不同

的烙鐵，或者自己修整烙鐵頭，讓烙鐵頭與焊件形成面的接觸不是點或線的

接觸，這樣就能大大提高工作效率。

3、加熱靠焊錫橋。在非流水作業(yè)中，焊接的焊點形狀是多種多樣的，不

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，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遞

的橋梁。由于金屬溶液的導(dǎo)熱效率遠遠高于空氣，使焊件很快被加熱到焊接

溫度。應(yīng)該注意，作為焊錫橋的錫量不可保留太多，以免造成焊點誤違。

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(guān)。

5、在焊錫凝固之前不能動。不要使焊件移動或受到振動，特別是用鏡子

夾住時，一定要等焊錫凝固后再移走鏡子，否則極易造成虛焊。

6、焊錫用量要適中。選用焊錫的直徑要略小于焊盤直徑。焊接時焊錫不

能過多，也不能過少，過多不但會浪費較貴的焊錫，而且還會增加焊接時間,

特別容易造成短路；過少則不能形成牢固的結(jié)合，同樣是不利的。特別是焊

接印制板引出導(dǎo)線時，焊錫不足，極易造成導(dǎo)線脫落。

7、焊劑用量要適中。適量的助焊劑對焊接非常有利。過多的松香助焊劑,

焊接后勢必需要擦除多余的焊劑，且延長了焊接時間，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(guān)、接插件時，過量

的焊劑容易流到接觸點處，會造成接觸不良。適當?shù)暮竸┝?，?yīng)該是松香水

僅能浸濕將要形成的焊點，不會透過印制板流到元件面或插孔里。對使用松

香芯焊錫絲的焊接來說，基本上不需要再涂松香水。

8、不要使用烙鐵頭作為運載焊料的工具。有人習(xí)慣用烙鐵頭沾上焊錫再

去焊接，結(jié)果造成焊料的氧化。因為烙鐵頭的溫度一般都在3000c左右，焊

錫絲中的焊劑在高溫中容易分解失效。

2.5焊接中注意事項

1、烙鐵和人體應(yīng)有接地線，工作臺要有防靜電措施。

2、烙鐵頭的溫度和焊接時間要適當，如在規(guī)定的時間內(nèi)未焊好，應(yīng)等焊

點溫度冷卻后再復(fù)焊，若再焊不好應(yīng)停止焊接，檢查原因，多次焊接的焊點

應(yīng)加新焊錫。

3、注意烙鐵頭的形狀，烙鐵頭與被焊件接觸角度、接觸面積、接觸壓力、

撤回烙鐵的方法。烙鐵頭頭部應(yīng)隨時保持有錫在上面，并經(jīng)常保持清潔。

4、對引線較多的元器件應(yīng)按對角線的方法焊接，先預(yù)焊對角線焊腳，固

定其位置，然后依次焊接其余焊腳。

5、手