作者:李錚錚

自從電子管問(wèn)世以來(lái)，為了保證元器件間形成可靠的連接，以制造出滿足人們需要的電子產(chǎn) 品，烙鐵就成為了最重要和不可或缺的工具。

隨著晶體管和IC的發(fā)明，以及封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，THT和SMT相繼問(wèn)世，波峰焊接和回流 焊接設(shè)備也取代烙鐵，成為了完成元器件間互聯(lián)的主要手段。但是，到目前為止，烙鐵仍然在生 產(chǎn)和科研，如返工/返修等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。

RoHS法規(guī)的實(shí)施，給電子制造業(yè)界帶來(lái)了一系列技術(shù)和管理上的挑戰(zhàn)；同樣，手工焊接技術(shù)也必須克服各種困難， 完成向無(wú)鉛的轉(zhuǎn)換。對(duì)于手工焊接來(lái)說(shuō)，在實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的過(guò)程中將會(huì)面臨哪些問(wèn)題？都有哪些相關(guān)知識(shí)需要掌握呢？ 為此，本刊特邀奧科電子（北京）有限公司總經(jīng)理李錚錚先生撰寫了“手工焊接系列”文章，希望能對(duì)讀者有所幫助。 

焊點(diǎn)形成簡(jiǎn)介 
焊接的目的是形成一個(gè)可靠的連接點(diǎn),該連接點(diǎn)必 須具備一定的機(jī)械強(qiáng)度和保持連續(xù)的導(dǎo)電通路 特性。根據(jù)MIL-STD和IPC焊接標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主 要是要求形成焊接點(diǎn)的條件要在高于焊料溶點(diǎn)溫度40℃ 的條件下, 持續(xù)對(duì)被焊點(diǎn)加熱2-5 秒之內(nèi)形成可靠的連接點(diǎn)。

可靠連接點(diǎn)的形成是在熱容量對(duì)被焊物的作用下, 通過(guò) 助焊劑和焊膏之間的化學(xué)反應(yīng), 焊料向金屬表面潤(rùn)濕，焊料 與金屬互相滲透(擴(kuò)散)而在被焊接物體表面之間形成一個(gè)金 屬化合物的合金層。因此, 焊接的過(guò)程是焊錫是通過(guò)潤(rùn)濕、 擴(kuò)散和冶金結(jié)合這三個(gè)物理和化學(xué)過(guò)程來(lái)完成的。

手工焊接焊點(diǎn)的形成過(guò)程 

手工焊接的焊點(diǎn)形成過(guò)程： 

· 通過(guò)烙鐵頭對(duì)焊接點(diǎn)上面的焊錫絲和焊接點(diǎn)同時(shí)加熱

· 隨著焊點(diǎn)溫度升高, 在達(dá)到焊錫絲熔點(diǎn)之前, 助焊劑完 成活化作用

· 焊接的潤(rùn)濕過(guò)程開始, 該過(guò)程是指已經(jīng)熔化了的焊料借 助物體表面張力沿被焊接金屬表面細(xì)微的凹凸和結(jié)晶 的間隙向四周漫流，從而在被焊物表面形成附著層， 使焊料與被焊接金屬的原子相互接近，達(dá)到原子引力 起作用的距離

· 在焊接點(diǎn)溫度達(dá)到高于焊錫絲溶點(diǎn)40℃后，保持該溫 度2-5秒, 伴隨著潤(rùn)濕的進(jìn)行，焊料與被焊接金屬原子 間的相互擴(kuò)散現(xiàn)象開始發(fā)生。原子活動(dòng)劇烈程度隨溫 度升高成正比, 焊料同被焊金屬的原子相互越過(guò)接觸面 進(jìn)入對(duì)方的晶格點(diǎn)陣，原子的移動(dòng)速度與數(shù)量決定于 加熱的溫度與時(shí)間

· 焊接是冶金結(jié)合：由于原子的相互擴(kuò)散，在2種金屬之 間形成了一個(gè)中間層——金屬化合物，獲得良好的焊 點(diǎn)

· 將烙鐵頭離開被焊接物體

無(wú)鉛手工焊接

有鉛到無(wú)鉛焊接的轉(zhuǎn)變帶來(lái)了焊接工藝上的諸多改變（詳見(jiàn)下表）：

由于無(wú)鉛焊接對(duì)于焊料熔點(diǎn)的提高, 基于大部分傳統(tǒng) 加熱方式烙鐵的烙鐵頭閑置溫度的大幅度提高，而元器件 本身和PCB的耐溫條件沒(méi)有改變這樣一個(gè)事實(shí), 目前手工無(wú) 鉛焊接在質(zhì)量和成本等方面面臨極大的挑戰(zhàn),需要更加嚴(yán)格的工藝要求。（見(jiàn)上圖）

由上圖可見(jiàn)，無(wú)鉛焊接需要更多的熱容量(Thermal Energy) 來(lái)形成可靠焊點(diǎn)：

·烙鐵頭溫度的提高 (對(duì)于所有使用傳統(tǒng)加熱方式的 烙鐵而言) 
·提高能量消耗 
·降低烙鐵頭使用壽命 
·提高PCB的損壞機(jī)率 
·提高元器件損壞機(jī)率 
·增加焊料用量

那么，如何實(shí)現(xiàn)有效地將熱容量傳遞給被焊物呢？

·使用正確幾何形狀的烙鐵頭 
·選擇熱傳導(dǎo)效率高的烙鐵確保能夠在不大幅度提高烙鐵頭閑置溫度條件下能夠有效傳遞熱能量給被焊物體 
·正確使用助焊劑

無(wú)鉛焊料的選擇

·熔點(diǎn) 
熔點(diǎn)的高低決定了有關(guān)的工藝條件。雖然中低熔點(diǎn) 的無(wú)鉛焊料熔點(diǎn)比較低，但是目前因?yàn)闈?rùn)濕性比較差，焊 接強(qiáng)度不理想，不耐高溫，價(jià)格高等原因，大多數(shù)廠家 選用的是高熔點(diǎn)無(wú)鉛焊料�？蛻粼谑褂脽o(wú)鉛焊接物料時(shí)， 首先需要了解的是熔點(diǎn)，這與客戶的后續(xù)使用有最直接的關(guān)系。

·可焊接特性 
無(wú)鉛焊料的可焊接特性都不如有鉛焊料。但是相對(duì)而 言，無(wú)鉛焊料的可焊接特性還是有好差之分，客戶需要區(qū) 別。

·可靠性 
有的無(wú)鉛焊料在高溫下面可靠性比較差， 但是在 200℃以下可靠性比較好，所以客戶在選擇無(wú)鉛焊料時(shí)，應(yīng) 該考慮這一因素。一般的家用電器等產(chǎn)品，200℃以下的溫 度就可以了，但是對(duì)于很多需要進(jìn)行返工的產(chǎn)品，必須經(jīng) 受200℃以上的高溫。

·價(jià)格 
與無(wú)鉛焊料的成分與制造過(guò)程有關(guān)。含銀或者含Bi等 貴重元素的價(jià)格都較高,含銀的比例越高，價(jià)格越高。 如上面介紹的Sn/Ag/Cu，Sn/Ag，Sn/Ag/Bi類價(jià)格是普 通有鉛焊錫的2.5倍，Sn/Cu 類是普通有鉛焊錫的1.5倍。

·是否為專利產(chǎn)品 
有的無(wú)鉛焊料雖然價(jià)格高一點(diǎn)，但是已經(jīng)注冊(cè)了專 利，電子生產(chǎn)廠家以后不會(huì)遇到法律問(wèn)題，所以歐美日本 等電子生產(chǎn)廠家愿意選用此類焊料。