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发表于 2020-5-27 08:42:13
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本课将讲解PCB焊接的有关知识。包括以下内容：
（1）锡焊原理
（2）温度对锡焊的影响
（3）焊锡材质和助焊剂的影响
（4）针插元件焊接
（5）普通贴片元件焊接
（6）大面积焊盘的贴片元件焊接
（7）窄间距引脚的贴片芯片焊接
（8）吸锡带
（9）热风机/热风拔放台
1、锡焊原理
PCB焊接所用的锡焊，是利用低熔点的金属焊料加热熔化后，渗入并充填金属件连接处间隙的焊接方法。如图1所示，锡焊最重要的原理是物理学中的浸润原理。
锡合金在熔化状态可以浸润铜及其合金、金、银、锌、镍等金属，而不能浸润铝，不锈钢，铸铁。所以，锡焊第一步是要保证焊接面无锈、无油污，是可焊接的金属表面。如图2所示是针插元件PCB焊接浸润示意图。
2、温度对锡焊的影响
浸润是液体对固体进行浸润，如果焊锡仅仅是在加热点勉强达到熔化状态，而远离加热点位置显然会因为温度不够（无法保持液体状态）而无法浸润。在不考虑器件耐温的情况下，显然是烙铁（或其他加热工具）温度越高，越容易焊接。
除了焊接温度，烙铁头的大小和形状对锡焊也有很大影响。
（1）如果是手工烙铁焊接PCB，烙铁头本身是否沾锡（浸润锡）是能否有效加热焊锡的先决条件。只有烙铁沾锡，烙铁头表面才能与焊锡有更大的有效接触面积，传递热量，熔化足够多的焊锡。否则焊台功率再高，热量也传递不到焊锡。
（2）遇到引脚粗壮，器件本身带有散热结构，焊盘连接大块铜皮，需要加大烙铁功率，以及使用更大烙铁头，如图3所示。
3、焊锡材质和助焊剂的影响
含锡量越高的焊锡丝可焊性越好、越易浸润焊接面。如图4所示的各种助焊剂，其作用是改善液态焊锡的流动性（不粘稠），让高温熔化状态的焊锡以最快速度浸润到整个焊接表面。
下面我们将对温度、焊锡材质的焊接效果做一个直观的对比。
（1）如图5所示，焊接温度300℃，使用含锡量低的劣质焊锡。可以看到，劣质焊锡在较低的焊接温度下表现的像“泥巴”，根本无法形成有效的熔化浸润效果。
（2）如图6所示，焊接温度350℃，使用含锡量低的劣质焊锡。可以看到，劣质焊锡在中等的焊接温度下勉强熔化，形成没有光泽的浸润效果。
（3）如图7所示，焊接温度375℃，使用含锡量低的劣质焊锡。可以看到，劣质焊锡在较高的焊接温度下可以熔化浸润焊盘，但冷却后劣质焊锡依然没有光泽。
（3）如图8所示，焊接温度300℃，使用含锡量高的优质焊锡。可以看到，优质焊锡在较低的焊接温度下就可以熔化浸润焊盘，冷却后焊锡展现镜面光泽。
4、针插元件焊接
任何类型元件焊接前的准备工作：合适的烙铁头以及清洁烙铁头。
（1）烙铁头大小和形状的选择。越大的烙铁头越容易将热量传递给焊锡丝，只要焊盘间距够大，我们会发现总是大烙铁头好用。比如大间距的针插元件可以首选马蹄形烙铁头。
（2）清洁烙铁头。烙铁头表面由于高温会形成氧化层，导致不能与焊锡浸润。如图9所示，将烙铁头在浸湿的高温海绵表面蹭擦，氧化层急速冷却与烙铁头剥离，可以使烙铁头表面恢复光洁。
（3）实际操作中，可以用湿巾纸，甚至浸湿的餐巾纸代替高温海绵。切忌使用干燥的高温海绵，高温海绵的湿度以刚好按压不出积水为宜。
针插元件一般可以实现良好的焊前固定，这样左手持焊锡丝，右手持烙铁，两手完全够用，焊接步骤如下：
（1）如图10所示，用烙铁抵住焊盘与插针结合部。
（2）如图11所示，往三者结合部送入焊锡丝；熔化的焊锡丝会自动浸润所有金属表面以及孔壁，形成饱满的圆锥，此时可以撤去烙铁。
注意事项：
（1）焊接过程中，烙铁是固定不动的，并不需要绕焊盘运动一周.
（2）焊锡是依靠烙铁温度加热熔化后以后，由于表面张力，被“吸到”所有金属表面自动形成圆锥焊点。
（3）焊锡被吸入孔壁时，能观察到明显的焊锡下沉（像陷进坑）。
5、普通贴片元件焊接
普通贴片元件在焊接时，涉及镊子（夹持元件）、焊锡丝、烙铁三种工具，而人只有两只手，所以一次只能操作两种工具。
（1）左手焊锡丝、右手烙铁。参考图12，预先给一个焊盘上沾上焊锡。切忌两个焊盘都沾锡，那样将来会造成元件凸起，无法贴合PCB板。
（2）左手持镊子、右手持烙铁。参考图13，烙铁头熔化焊盘上的焊锡，并在焊盘中央保持不动；镊子夹上元件放到焊盘上，一端抵住烙铁。先撤去烙铁，然后再撤去镊子，完成单焊盘的焊接。注意元件另一端不要翘起。
（3）左手持焊锡丝、右手持烙铁。如图14,焊接另一个焊盘，焊锡丝抵在焊盘交接处，烙铁接触熔化焊锡丝即可。
6、大面积焊盘的贴片元件焊接
如图15所示的元件拥有大面积的散热焊盘，需要使用马蹄形或者刀型烙铁头，烙铁功率也应适当调大。
（1）为了更方便焊接，以及保护焊盘（缩短焊接时间），可以考虑涂抹一定量的助焊剂。
（2）首先焊接小面积的引脚。先给马蹄烙铁底部预先沾锡，然后如图16所示那样按压引脚1-2秒，即可可靠焊接。
（3）接下来焊接大面积焊盘。如图17所示，左手持焊锡丝，右手持烙铁，熔化足量的焊锡至焊盘与元件引脚的结合部。
（4）如图18所示，撤去焊锡丝，烙铁来回涂抹引脚，给焊锡增加温度，以确保焊锡浸润焊盘。
（5）如图19所示，待到全部焊锡都有光泽的均匀分布时，就代表浸润良好，可以撤去烙铁。
7、窄间距引脚的贴片芯片焊接
对于宽引脚间距的贴片芯片，例如SOP封装，其焊接方法与贴片电阻电容差别不大。都是先单个焊盘沾锡，用小尺寸烙铁头焊上一个引脚后，再依次将其他引脚焊接即可。
而窄间距引脚的贴片芯片的焊接方法则有很大不同，使用的是大加热面积的马蹄头或者刀头进行焊接。
（1）参考图20的TQFP封装，首先必须涂抹助焊剂，否则将会焊接困难。马蹄形烙铁底部预先沾上一点焊锡。然后从第一个引脚开始，轻轻压住引脚，开始“拖焊”。注意，只有压住引脚，才能保证引脚和焊盘的可靠焊接。
（2）参考图21，拖焊的过程中，一定要保证马蹄烙铁的底面与芯片引脚充分接触，慢慢拖焊。一切正常的话，烙铁所过之处，应该是焊锡跟着烙铁头跑，而不会堆积在两个焊盘上。如果，发生焊盘堆积，则原因可能是助焊剂不够、焊锡丝劣质、温度不够、烙铁未充分与引脚接触等。
（3）如图22所示，在拖焊的最后几个焊盘位置，很有可能会发生焊锡粘连，这是正常现象。
（4）如图23所示，使用烙铁反方向拖焊一端距离，就可以消除尾部引脚焊锡粘连。一定注意，此时的烙铁不再是按压芯片引脚拖焊，而是抵住引脚和焊盘的结合部，仅压着焊盘拖动。
对于窄间距引脚芯片焊接的最大技巧，就是一定要把芯片位置摆放精确。至于焊接过程中是否会堆锡粘连，总是有办法解决的，手艺不行还可以用后面我们会介绍的吸锡带。
8、吸锡带
如图24所示是锡焊的一种辅助耗材吸锡带。它利用网状纯铜更强的浸润吸附力，去除堆锡，消除粘连。
如图25所示，sop封装的芯片引脚发生了堆锡粘连。
（1）对于熟练工来说，即使TQFP的粘连，用烙铁都可以轻易消除，更别说sop封装了。
（2）但是，完全不讲究技巧的情况下，任何人都可以用吸锡带来清除粘连。
（3）如图26所示，选择任何平底接触面的烙铁头，将吸锡带按压在焊锡粘连处，多余的焊锡自然就跑到吸锡带上了。必要的话，可以涂抹一定量的助焊剂，吸附效果更好。
吸锡带属于消耗品，除了费钱几乎不会带来任何不良影响。有些特别野蛮的TQPF元件的焊接方法是先堆满焊锡，再全部用吸锡带清理干净。当然我们不提倡这么干，仅用于说明吸锡带“有病治病无病强身”的神奇功效。
9、热风机/热风拔放台
任何能把焊锡加热至熔化的方法都可以实现锡焊。如图27所示为一体式恒温烙铁&热风拔放台，使用热风来加热焊锡，很多时候比电烙铁更有效快速，特别对于拆卸元件。
所有贴片元件的焊接和拆除都可以用热风机来完成。拆除好理解，下面讲讲热风机焊接。
（1）如图28所示，给焊盘上涂抹适量的焊锡膏。焊锡膏是一种泥巴状的焊锡材料，焊锡膏本身带有助焊剂。
（2）如图29所示，使用热风机将焊锡膏熔化，由于表面张力浸润作用，熔化的焊锡自动会跑到焊盘的位置，实现完美焊接。
10、本课小结
本课讲解了大量PCB手工焊接有关的知识，最重要的一条就是理解锡焊的浸润原理，只有建立起浸润的基本概念，才理解各种元件焊接方法的异同，才能以不变应万变。
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