《汽车电工电子基础》电子教案 2.7焊接相关

课程教案
教学过程
教师活动教学内容学生活动
1.组织教学
2.复习回顾
3.告知教学目标
4.讲授新知清点人数，师生问好
提问欧姆定律的公式，引入新课。

告知学生本堂课的任务
（1）了解焊接的 3 种类型和焊接机理；
（2）了解影响焊接质量的相关因素；
（3）能熟练应用焊接工具按照工艺标准完成焊接工作。

一、焊接的基础知识
（一）焊接的分类
焊接一般分为熔焊、接触焊和钎焊三大类。

1. 熔焊
熔焊是指在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，
在不外加压力的情况下完成焊接的方法，如电弧焊、气焊
等，如图所示。

2. 接触焊
接触焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热
或不加热）来完成焊接的方法，如超声波焊、脉冲焊、摩
学生互动
回答问题
擦焊等。

图示为超声波金属焊接机。

学生听讲
3. 钎焊
钎焊采用比被焊件熔点低的金属材料作焊料，将焊件
和焊料加热到高于焊料的熔点而低于被焊件的熔点的温
度，利用液态焊料润湿被焊件，并与被焊件相互扩散，从
而实现连接。

钎焊根据使用焊料熔点的不同又可分为硬钎焊和软钎
焊。

使用焊料的熔点高于 4 500℃的钎焊称为硬钎焊；使
用焊料的熔点低于 4 500℃的钎焊称为软钎焊。

电子产品
安装工艺中的“焊接”就是软钎焊的一种，主要使用锡、
铅等低熔点合金材料作焊料，因此俗称“锡焊”。

（二）焊接的机理
电子线路的焊接看似简单，似乎只不过是熔融的焊料
与被焊金属（母材）的结合过程，但其微观机理则是非常
复杂的，它涉及物理、化学、材料学、电学等相关知识。

只有熟悉有关焊接的基础理论，才能对焊接中出现的各种
问题心中有数，应付自如，从而提高焊接质量。

焊接是将焊料、被焊金属同时加热到最佳温度，依靠
熔融焊料添满被焊金属间隙并与之形成金属合金的过程。

从微观的角度分析，焊接包括两个过程：一个是润湿过程，
另一个是扩散过程。

1. 润湿（横向流动）
润湿又称为浸润，是指熔融焊料在金属表面形成均匀、
平滑、连续并牢固附着的焊料层。

润湿程度主要取决于焊件表面的清洁程度及焊料的表
面张力。

被焊金属表面看起来是比较光滑的，但在显微镜
下却可以看到有无数凹凸、晶界和伤痕。

焊料就是沿着这
些表面上的凹凸和伤痕靠毛细作用润湿扩散开去的，因此
焊接时应使焊料流淌。

流淌的过程一般是松香在前面清除氧化膜，焊料紧跟其后，因此润湿基本上是熔化的焊料沿着金属表面横向流动。

润湿的质量用润湿角表示，如图所示。

（a）θ<90°，润湿；（b）θ>90°，不润湿
从以上叙述可知，润湿的条件之一是被焊金属表面必须保持清洁。

只有这样，焊料和被焊金属的原子才可以自由地相互吸引。

2. 扩散（纵向流动）
伴随着熔融焊料在被焊金属表面扩散的润湿现象的出现，还出现了焊料向固体金属内部扩散的现象。

例如用锡铅焊料焊接铜件时，焊接过程中既有表面扩散，又有晶界扩散和晶内扩散。

锡铅焊料中的铅只参与表面扩散，而锡和铅原子则相互扩散，这是不同金属的不同性质所决定的选择扩散。

正是由于这种扩散作用，在两者界面形成新的合金，从而使焊料和焊件牢固地结合。

扩散的结果使锡原子和被焊金属的交接处形成合金层，从而形成牢固的焊接点。

以锡铅焊料焊接铜件为例，在低温（250~300℃）条件下，在铜和焊锡的界面上会生
成 Cu
3Sn 和 Cu
6
Sn
5。

若温度超过 300℃，除了生成这些合金外，还会生成Cu31Sn8 等金属间化合物。

焊点界面的厚度因温度和焊接时间的不同而异，一般为 3~10 μm。

在温度适当时，焊接时会生成 Cu3Sn、Cu6Sn5；当温度过高时，会生成 Cu31Sn8 等其他合金。

这是由于温度过高而使铜熔进过多，这对焊接部位的物理特性、化学性质，尤其是机械特性及耐腐蚀性等都有很大影响。

从焊点表面看，过热或时间过长会使焊料表面失去特有的金属光泽，而使焊点呈灰白色，形成颗粒状的外观。

同时，靠近合金层的焊料层，其成分发生变化，也会使焊料失去结合作用，从而使焊点丧失机械、电气性能。

正确的焊接时间为 2~5 s，且应一次焊成，切忌焊接时间过长和反复修补。

图所示为元件焊接合金层示意。

只有在焊锡和元件的交接面形成的合金层，才能使焊锡与元件牢固连接；只有
焊锡与焊盘金属的表面有合金层形成，焊锡才能牢固地附着在印制电路板（PCB）上；只有这两个合金层都很好，才能使元件牢固地固定在印制电路板焊盘上。

（三）焊接的要素
焊接是综合的、系统的过程，焊接的质量取决于下列要素。

（1）焊接母材的可焊性。

所谓可焊性，是指液态焊料与母材之间应能互相溶解，即两种原子之间要有良好的亲和力。

两种不同金属互溶的程度取决于原子半径及它们在元素周期表中的位置和晶体类型。

对于锡铅焊料，除了含有大量铬和铝合金的金属材料不易与其互溶外，其他金属材料大都可以与其互溶。

为了提高可焊性，一般采用表面镀锡、镀银等措施。

（2）焊接部位的清洁程度。

焊料和母材表面必须“清洁”。

这里的“清洁”是指焊料与母材两者之间没有氧化层，更没有污染。

当焊料与被焊金属之间存在氧化物或污垢时，就会阻碍熔化的金属原子的自由扩散，不会产生润湿作用。

元件引脚或印制电路板的焊盘氧化是产生“虚焊”的主要原因之一。

（3）助焊剂。

助焊剂可破坏氧化膜、净化焊接面，使焊点光滑、明亮。

电子装配中的助焊剂通常是松香。

（4）焊接温度和时间。

焊锡的最佳温度为 250℃±5℃，最低焊接温度为 240℃。

温度太低易形成冷焊点，温度高于 260℃易使焊点质量变差。

（5）焊接时间。

完成润湿和扩散两个过程需要的焊接时间为 2~3 s，1 s 仅完成润湿和扩散两个过程的 35%。

一般集成电路（IC）、三极管焊接时间短于 3 s，其他元件焊接时间为 4~5 s。

二、焊料、助焊剂、阻焊剂
焊料、助焊剂和阻焊剂的性质和成分、作用原理及选用知识是电子组装工艺技术中的重要内容之一，对保证焊
2. 焊锡合金的特性
（1）导电性能。

锡铅合金的电导率仅是铜的 1/10，即锡铅合金的导电能力比较差。

焊点的电阻与电阻率，焊点的形状、面积等多种因素有关。

焊点如果有空洞、深孔等缺陷，电阻就要明显变大。

在室温下，一般一个焊点的电阻通常为 1~10 mΩ。

当有大电流流过焊接部位时，就必须考虑其电压降和发热。

因此，对大电流通过的焊接部位，除了印制导线要加宽外，待焊件还应该绕焊。

（2）力学性能。

在实际焊接中，即使不考虑焊接过程中产生的缺陷（如空洞和气泡等）对焊点强度的影响，焊点强度也经常出现问题。

电子产品在实际工作中，由于焊点电阻的存在而出现发热现象，在温度循环的情况下，焊点出现蠕变和疲劳，这将极大地影响焊点的力学性能。

例如在温度为 20~110℃时循环超过 2 000 次，焊料的抗剪强度仅为正常值的 1/10~1/5。

此外，焊点强度还与焊点的形状、负载的方向、IMC 的厚度以及冷却的速度有关。

3. 杂质对焊锡的影响
焊锡中往往含有少量其他元素，这些元素会影响焊锡的熔点、导电性、抗张强度等物理、机械性能。

（1）铜（Cu）。

铜的成分来源于印制电路板的焊盘和元件的引线，并且铜的熔解速度随着焊料温度的升高而升高。

随着铜的质量分数的升高，焊料的熔点升高，黏度加大，容易产生桥接、拉尖等缺陷。

一般焊料中铜的质量分数为 0.3%~0.5％。

（2）锑（Sb）。

加入少量锑会使焊锡的机械强度升高，光泽度升高，但润滑性变差，对焊接质量产生影响。

（3）锌（Zn）。

锌是对锡焊最有害的金属之一。

焊料
常用工具电烙铁、焊料、助焊剂、金属钳、吸锡器、焊台、万用表等，如图所示。

（二）焊接步骤
1. 清除焊接部位的氧化层
焊接前，应对元件引脚或印制电路板的焊接部位进行焊前处理。

可用断锯条制成小刀，刮去金属引线表面的氧化层，使引脚露出金属光泽，如下图所示。

印刷电路板可用细砂纸将铜箔打光后，涂上一层松香酒精溶液。

2. 元件镀锡
在刮净的引线上镀锡，可将引线蘸一下松香酒精溶液，然后将带锡的热烙铁头压在引线上，并转动引线，即可使引线均匀地镀上一层很薄的锡层。

焊接导线前，应将绝缘外皮剥去，再经过上面两项处理，才能正式焊接。

若焊接多股金属丝的导线，应将其打光后先拧在一起，然后镀锡。

3. 焊接流程
做好焊前处理之后，就可以正式进行焊接。

（1）右手持电烙铁，左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。

焊接前，电烙铁要充分预热。

烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量的焊锡。

（2）将烙铁头刃面紧贴在焊点处。

电烙铁与水平面大约成 45°角，以便熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。

烙铁头在焊点处停留的时间控制为 2~3 s。

（3）抬开烙铁头。

左手仍持元件不动，待焊点处的锡
冷却凝固后才可松开左手。

（4）用镊子转动引线，确认不松动后，可用偏口钳剪
去多余的引线。

下图所示为焊接质量示意。

焊接时，要保证每个焊点
焊接牢固，接触良好，保证焊接质量。

如图所示，焊点应是锡点光亮，圆滑而无毛刺，锡量
适中。

锡应和被焊件融合牢固，没有虚焊和假焊。

虚焊是指焊点处只有少量锡焊住，造成接触不良，时
通时断。

假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊
住，有时用手一拔就可以将引线从焊点中拔出。

焊接印制电路板时一定要控制好焊接时间。

若焊接时间太长，印制电路板将被烧焦，或造成铜箔
脱落。

从印制电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊
点上，待焊点上的锡熔化后将元件拔出。

观看视频播放视频《电子元件的焊接》，让学生学习如何焊接。

（三）贴片二极管的焊接
（1）在所需焊接的焊盘上涂抹适量助焊剂，如图所示。

（2）用电烙铁将焊锡丝熔化后焊在焊盘上，如图所示。

（3）将镊子夹住贴片二极管，这时需要注意贴片二极
管的极性，不能装错，将贴片二极管放入焊盘所需的电路
焊孔内定位、焊接，如图所示。

5.课堂小结
6.随堂检测
7.布置作业教师总结本节课重点；
1.提问学生本节课知识点；
2.回答PPT中的问题；
1.记忆本节课的知识点，完成课后习题；
2.梳理知识点，在作业本上画出知识框架。