電路設計 - PCBA焊接原理及手工焊接技術

焊接是焊接的一個非常重要的部分 PCBA加工. Although 當前 automatic soldering process (SMT, Wave Soldeirng) has been very common, manual soldering (Toucu up) is still not completely avoided., Especially in the repair (Repair) operation can not be replaced by automatic welding.

不熟練的手工焊接過程不僅會產生質量焊接缺陷（冷焊、空焊、假焊、橋接、短路），導致電路運行异常，更嚴重的是，它甚至可能在焊接過程中損壞電子元件，或通電後燒毀元件。 囙此，如何確保所有從事電子製造的人員瞭解焊接的原理和概念並加以實施，可以有效保證和提高電子產品的焊接質量，降低產品出現缺陷的概率，甚至延長產品的壽命。

我們為什麼需要焊接？

焊接的主要功能是連接每個獨立的電子元件，以實現相互通信電子訊號的目的。 第二種方法是將電子元件固定在電路板上，否則電子元件如果不移動就會掉落，並且無法工作。

文章頂部的圖片是電路板的橫截面圖。 在圖中，我們可以看到焊料、銅箔焊盤和零件引脚之間的關係。 元件引脚通過焊接連接到PCB的銅箔焊盤，銅箔焊盤連接到其他元件引脚，從而形成完整的電子電路。

什麼是焊接？

簡單地說，焊接就是在兩種金屬之間添加熔點低於兩種金屬的金屬焊料。 該焊料還必須與兩種金屬相互作用以產生化學反應，並最終形成介面金屬。 相互結合的複合物（IMC）。

手工焊接的手動方法是使用“鐵”同時加熱兩種金屬，並添加焊料使其熔化。 熔化的焊料滲入電子元件引脚和電路板上銅箔焊盤之間的間隙，並將其覆蓋。 雙方最終將合併並鞏固雙方，並作為電信號傳輸的中繼介質。

囙此，對焊料有3個要求：

–熔點應較低。 溫度不應過高，以免找到可加工的資料，並且溫度不應低於電子產品的操作和存儲溫度。

-具有一定的電子導電性。 導體或電晶體。

–具有一定的焊接强度，並具有一定的抗衝擊性。

基於上述要求，現時的PCBA加工一般使用“錫”作為基體合金作為焊料，囙此稱為“焊料”，而電子元件的引脚和電路板幾乎都是由“銅”資料製成，表面焊接最多的金屬是電鍍金屬，如鎳、錫和銀。

使用“合金”是為了降低焊料的熔點，也可以滿足各種焊接的需要。 例如，添加少量“銀”可以獲得更好的潤濕性，增强焊點强度，提高抗疲勞性。 向焊膏中添加少量“銅”可以提高焊點的强度，少量銅也可以减少焊料對烙鐵尖端的腐蝕。

實際上，這是一個非常有趣的問題，為什麼兩種高熔點金屬的共晶點在按一定比例混合後會大大降低。

焊接原理

焊接原理與此無關。 它是使用“溫度”來熔化焊料，並將電子元件連接到PCB電路板。 當溫度冷卻到熔點以下時，焊料將凝固並連接在一起。

然而，手工焊接不能像SMT回流焊爐那樣完全加熱，因為人類無法承受如此高的溫度，囙此設計了一種“電烙鐵”單點熱源來加熱待焊接物體和焊料，這在此時是有效的。 傳導變得非常重要。

手動焊接使用電烙鐵產生的熱量快速加熱零件引脚和銅箔墊，使其溫度高於焊料的熔點，但不會高到熔化組件和電路板，然後將焊絲靠在加熱區域， 當接觸到超過熔點的溫度時，原始固體錫絲將自然變成液體，並在整個焊點和引脚之間和周圍均勻流動。 當取下烙鐵時，沒有熱源的液態焊料將自然冷卻，當溫度低於焊料的熔點時，它將凝固以完成焊接工作。

根據以上描述，有幾個注意事項需要特別注意：

–最好的電烙鐵加熱原理應該是在最短的時間內，以最低的溫度完成最佳的焊接質量。 這是因為大多數電子元件和電路板不能長時間承受過高的溫度，否則可能會損壞電子元件或導致銅箔墊剝落。 此外，長時間加熱焊料也會導致錫絲中的助焊劑完全揮發並失效，這將對焊接質量產生不利影響。

–烙鐵的熱容必須足够。 烙鐵的熱能由電轉換而來，囙此其熱容由功率瓦特决定。 功率越大，熱容越高，熱補償能力越好。 當烙鐵頭停留在最初冷卻的部件和銅箔墊上時，熱量開始溢出到下部。 烙鐵必須持續穩定地提供足够的熱量，以滿足加熱需求。 如果功率太小，則會導致加熱溫度不穩定或不足，從而導致虛焊和無法焊接的空焊的缺點。

一些 PCB焊盤 are connected to a large area of copper foil and there is no [thermal relief] designed. 它們的吸熱速度甚至更可怕. 此時, 除了使用大功率烙鐵, 您還必須使用較大的形狀. Soldering iron tip (tip), 如刀式烙鐵頭, 新增其接觸面積並提高熱傳導效率.

什麼是良好的焊接效果？

–良好的焊接允許焊料逐漸擴散。

–焊料、焊料表面和元件引脚應呈現自然電弧。

焊接效果好

如何正確使用電烙鐵手動將電子元件焊接到電路板上？

–當使用烙鐵頭焊接時，建議使用烙鐵頭加熱電路板上的銅箔墊和電子元件的引脚約1到2秒，以加熱到一定溫度。 您也可以同時饋送少量焊料。 烙鐵頭的尖端可以新增烙鐵頭和待焊接物體之間的接觸面積，從而可以更有效地將熱能轉移到銅箔墊和電子元件的引脚。

–等待待焊接物體的溫度升高，然後將大量錫絲送入烙鐵尖端，以確保焊料在銅箔焊盤和需要焊接的引脚之間真正潤濕，甚至將其包裹在一起。

–在銅箔墊和引脚的溫度升高之前，不要一次性將所有焊料送入烙鐵頭。 這將導致過多的焊料溢出到一些溫度未升高的地方，這很容易導致焊接。， 虛焊等不良現象。

手册 PCB焊接 技能

–當烙鐵頭接觸電路板的焊盤和組件的引脚時，確保在最短的時間內完成焊接，然後移除熱源。 無鉛錫線SAC305的熔點為217˚C，而普通烙鐵的溫度將在350 380˚C之間。焊點上的高溫和長時間局部加熱很容易損壞電子元件和電路板。 它不是金屬材料。 無法承受，但塑膠零件和膠水無法承受，必須考慮資料的熱膨脹係數（CTE）。

–在用電烙鐵焊接後，烙鐵的尖端必須迅速從焊接位置移除。 如果去除太慢，將形成焊點。 這是因為液體焊料會隨著高溫烙鐵尖端移動。 當烙鐵尖端離開焊點一定距離時，焊料將被拔出並形成拉絲尖端。 當焊料破損時，快速去除烙鐵尖端，可以促進尖端的焊料回彈到焊點，焊點的殘餘溫度可以吸收反彈的焊料，形成漂亮的電弧。