电子产品生产工艺与管理
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3.1 手工焊接常用工具

焊接是电子产品实现连接的重要方法之一,是将导线、元器件引脚与印制电路板连接在一起的过程,是电子产品装配过程中的一个重要步骤。采用合适的焊接工具是保证电子产品焊接质量的关键一环。

3.1.1 电烙铁

电烙铁是最常用的手工焊接工具之一,被广泛用于各种电子产品的生产与维修。

1.电烙铁的分类

常见的电烙铁分为外热式、内热式、恒温式等,最常用的是内热式和外热式两种。

(1)内热式电烙铁。常见的内热式电烙铁及烙铁头形状如图3-1所示。电烙铁由手柄、电源线、紧固螺钉、烙铁头、加热体等部分组成。烙铁芯一般采用极细的镍铬电阻丝绕在磁管上制成,它被铬铁头包起来,故称为内热式。烙铁头的温度也可以通过移动烙铁头与烙铁芯的相对位置来调节。内热式电烙铁发热快,热效率高,体积小,重量轻,故目前用得较多。

(2)外热式电烙铁。外热式电烙铁因烙铁芯在烙铁头外面故称之为外热式。烙铁头是由紫铜或铜合金制成,具有较好的传热性能。烙铁头的体积、形状、长短与工作所需温度和工作环境有关。常用的烙铁头有凿形、圆锥形、圆斜面形、弯形等。

烙铁头的温度可以通过烙铁头固定螺钉来调节。外热式电烙铁的规格有多种,常用的有25W、45W、75W,100W等。其热利用率相对内热式要低得多。常用外热式电烙铁外形及烙铁头形状如图3-2所示。

(3)吸锡电烙铁。吸锡电烙铁如图3-3所示,常用于对焊点进行拆焊。它主要由含电热丝的外壁、弹簧及柱状内芯组成。使用时,挤压内芯使弹簧变形,待焊点融化后,按下卡内芯的按钮,弹簧迅速恢复形变,弹起内芯,吸锡口形成强劲气流,将溶化的焊料吸走,以便拆卸元器件。吸锡电烙铁是将活塞式吸锡器与电烙铁融为一体的拆卸工具。

图3-1 内热式电烙铁外形及各种常见的烙铁头的形状

图3-2 外热式电烙铁外形图及烙铁头形状

图3-3 吸焊电烙铁外形

(4)电热镊子。电热镊子是一种专用于SMC贴片元器件的高档工具,它相当于两把组装在一起的电烙铁,只是两个电热芯独立安装在两则,同时加热。接通电源后,捏合电热镊子夹住SMC元器件的两个焊端,加热头的热量熔化焊点,很容易把元器件取下来。电热镊子的外形如图3-4所示。

图3-4 电热镊子的外形

(5)恒温电烙铁。恒温电烙铁的结构图如图3-5所示,在烙铁头内装有磁铁式的温度元器件,由它来控制通电时间,实现恒温的目的。当电烙铁通电时,温度上升,当达到预定温度时,烙铁头内的强磁体传感器达到某一温度(居里点)而磁性消失,从而使磁芯开关触点断开,烙铁加热器断电。当温度低于强磁体传感器某一温度(居里点)时,强磁体便恢复磁性,并吸动磁芯开关中的永久磁铁,使控制开关的触点接通,继续向电烙铁供电,如此循环往复,达到控制温度的目的。在电子产品的焊接中常选用恒温电烙铁,但它的价格比一般电烙铁的价格高。

图3-5 恒温电烙铁的结构图

2.电烙铁的选用

电烙铁的种类及规格有很多种,而被焊工件的大小有所不同,因而合理地选用电烙铁的功率和种类,对提高焊接质量和工作效率有直接关系。如果被焊件较大,使用的电烙铁功率较小,则焊接温度过低,焊料熔化慢,焊剂不能挥发,焊点不光滑、不牢固,势必造成焊接强度及质量不合格,甚至焊料不熔化,使焊接无法进行。如果电烙铁的功率太大,会使过多的热量传递到被焊工件上面,使元器件的焊点过热,造成元器件损坏,致使印制电路铜箔脱落等。

选用电烙铁时,可以从以下几方面进行考虑:

(1)焊接集成电路、晶体管及受热易损元器件时,应选用20W内热式、25W的外热式电烙铁或恒温电烙铁。

(2)焊接导线及同轴电缆时,应选用45~75W外热式电烙铁或者50W内热式电烙铁。

(3)焊接较大的元器件时,如输出变压器的引线脚、大电解电容的引线脚、金属底盘接地焊片等,应选用100W以上的电烙铁。

(4)烙铁头长度的调整。电烙铁的功率选定后,已基本满足焊接温度的要求。工作中还可以通过调整烙铁头的长度来调整烙铁头的温度。例如,焊接集成电路与晶体管时,电烙铁温度就不能太高,且时间不能过长,此时可适当调整烙铁头插入烙铁芯的长度,从而控制烙铁头的温度,烙铁头往前调整温度降低,反之升高。

(5)烙铁头的选择。烙铁头有直头和弯头两种。当采用握笔法时,直头的电烙铁使用起来较灵活,适合在元器件较多的电路中进行焊接。弯头电烙铁用正握法较合适,多用于线路板垂直于桌面的情况下焊接。

3.电烙铁使用注意事项

(1)新烙铁使用前的处理。在使用前先用砂布打磨烙铁头,将其氧化层去除,露出均匀、平整的铜表面,然后将烙铁头装好通电。当烙铁头温度长到能熔锡时,将烙铁头在松香上蘸涂一下,等松香冒烟后再蘸涂上一层锡,如此反复进行几次,直到整个烙铁头修整面均匀地挂上一层锡为止。电烙铁通电后一定要立刻蘸上松香,否则其表面会再一次生成氧化层。

(2)使用过的烙铁头的处理。电烙铁用了一定时间,或是烙铁头被焊锡腐蚀得凸凹不平,此时不利于热量传递,或者是烙铁头表面氧化使烙铁头被“烧死”,不再吃锡。这种情况下,电烙铁虽然很热,但就是焊不上元器件。处理方法是用锉刀将烙铁头部的氧化层及凹坑锉掉,锉成原来的形状,然后再按照新烙铁头的处理方法进行处理。使用合金烙铁头时,切忌用锉刀修整。

(3)电烙铁的保养。在开始焊接前后,经常在湿润的木质纤维海绵上擦拭烙铁头,清除烙铁头上的残锡,保持烙铁头的清洁。在烙铁头上均匀镀上一层焊锡,它不仅在焊接时起到传热作用,还能保护烙铁头不被氧化。在焊接时不要施加压力,否则会使烙铁头受损变形或损坏元器件、损伤电路板的焊盘。焊接完成以后,要清洁烙铁头并镀上一层新锡作为保护。

(4)恒温电烙铁焊接作业顺序:

①清洗纤维海绵,使海绵表面洁净,无明显焊锡或松香残渣,保持海绵润湿(轻压不出水)。

②打开电源开关,调整控温旋钮到所需温度。

③加热指示灯开始闪烁时,可以开始焊接作业。

④操作完毕,加锡保养烙铁头,将电烙铁置于烙铁架上,调节温度到最低后关闭电源开关。

4.电烙铁常见故障及其维护

电烙铁使用过程中常见的故障有:电烙铁通电后不发热,烙铁头不吃锡,烙铁带电等。下面以内热式20W电烙铁为例分述如下:

(1)电烙铁通电后不发热。遇此故障首先断开电源,用万用表欧姆挡测量电源引线(插头)两端,如表针不动,说明有断路故障。当插头本身无故障时,可用万用表测量胶木手柄内烙铁芯的两根引线,若表针仍不动说明烙铁芯损坏,应更换新烙铁芯。更换烙铁芯时应注意引线的正确连接,电烙铁有3个接线柱,其中一个为地接线柱以防感应电压使外壳带电,电热丝的接头通过接线柱与220V交流电源相接。若将220V电源接到地接线柱上,则电烙铁的外壳就会带电,被焊件也带电,将损坏元器件或发生触电事故。如果测得电阻值为2.5kΩ左右,说明烙铁芯是好的,故障出现在引线及插头上,多为电源引线断路或接点断开,进一步测量即可发现。

更换烙铁芯的方法:将固定的烙铁芯的引线松开,将引线卸下,把烙铁芯从连接杆中取出,然后将新的同规格的烙铁芯插入连接杆将引线固定在固定螺钉上,并将烙铁芯多出的引线头剪掉,以防两引线不慎短路。

(2)烙铁头带电。烙铁头带电除前面所述电源线错接在接地线的接线柱上的原因外,多为电源线从烙铁芯固定螺钉上脱落后,碰到了接地线的螺钉上,从而造成烙铁头带电。这种故障最易造成触电事故,并损坏元器件。为此,要经常检查压线螺钉是否松动或丢失,发现问题应及时修理。

(3)烙铁头不吃“锡”。烙铁头长时间使用因氧化而不沾锡,这种现象称之为烧死。当出现不吃锡的情况时,可用细砂纸或锉刀将烙铁头重新打磨或锉出新刃,然后重新镀上焊锡即可使用。

(4)烙铁头出现凹坑或氧化腐蚀层,使烙铁头的刃面不平。遇此情况,可用锉刀将氧化层及凹坑锉掉,锉成原来的形状,然后再镀上锡,即可重新使用。

3.1.2 电热风枪

电热风枪是利用高温热风加热焊锡和元器件引脚,使焊锡熔化,实现焊接或拆焊的半自动设备,如图3-6所示。

图3-6 电热风枪图形

电热风枪由控制台(主机)和电热风吹枪组成。电热风吹枪内装有电热丝,用软管连接热风吹枪和控制台内置的吹风电动机。按下热风台前面板上的电源开关(开关ON),电热丝和吹风电动机同时开始工作,电热丝被加热,吹风电动机压缩空气,通过软管从热风吹枪前端吹出来,电热丝达到足够的温度后,就可以用热风进行焊接或拆焊;断开电源开关(开关OFF),电热丝停止加热,但吹风电动机还要工作一段时间,直到热风吹枪的温度降低以后才自动停止。热风抢的前面板上,除了电源开关,还有HEATER(加热温度)和AIR(吹风强度)两个旋钮,分别用来调整、控制电热丝的温度和吹风电动机的送风量。两个旋钮的刻度都是从1到8,分别指示热风的温度和吹风强度。使用电热风枪焊接SMT电路板时,应该把“温度”旋钮置于刻度“4”左右,“送风量”旋钮置于刻度“3”左右。热风吹枪的前端可以装配各种专用的热风嘴,用于拆卸不同尺寸、不同封装方式的芯片。

3.1.3 其他焊接装配辅助工具

电子产品在装配过程中常用的其他工具如图3-7所示。

图3-7 常用的其他工具图形

1.尖嘴钳

尖嘴钳头部较细,适用于夹持小型金属零件或弯曲元器件引线,以及电子装配时其他钳子较难涉及的部位,不宜用力夹持物体。

2.平嘴钳

平嘴钳钳口平直,可用于夹弯元器件引线,因为钳口无纹路,所以对导线拉直,整形比尖嘴钳适用。但因钳口较薄,不易夹持螺母或需施力较大部位。

3.斜嘴钳

斜嘴钳用于剪掉焊后线头或元器件引脚,也可与尖嘴钳配合,剥去导线的绝缘皮。

4.平头钳

平头钳头部较宽平,适用于螺母或紧固件的装配操作,但不能代替锤子敲打零件。

5.剥线钳

剥线钳专门用于剥去导线绝缘层,使用时应注意将需剥皮的导线放入合适的槽口,以免剥皮时剪断或剪伤导线,剪口的槽合拢后应为圆形。

6.镊子

镊子有尖嘴镊子和圆嘴镊子两种。尖嘴镊子用于夹持细小的导线,以便于装配焊接,圆嘴镊子用于弯曲元器件引线和夹持元器件焊接等,用镊子夹持元器件焊接时还能起到散热的作用。元器件的拆卸也需要用镊子。

7.空心针头

用空心针头拆卸电子元器件或集成电路时。应首先选择合适的空心针头,以针头的内径能正好套住集成电路引脚或电子元器件引脚为宜。拆卸时一边用电烙铁熔化集成电路引脚上的焊点,一边用空心针头套住引脚旋转,等焊锡凝固后拔出针头,这样引脚便会和印制电路板完全分开。待各引脚按上述办法与印制电路板脱开后,集成电路或电子元器件便可轻易从电路板上拆下。

8.螺丝刀

螺丝刀又称起子或改锥,有“-”字形和“+”字形两种,专用于拧螺钉。