焊接基础知识

焊接基础知识

第一章焊接理论

一、焊接的含义

焊接是利用比被焊接金属熔点低的材料，与被焊接金属一同加热，

在被焊接金属不熔化的条件下，熔融焊料润湿金属表面，并在接触面

上形成合金层，从而达到牢固的连接的过程。

在焊接过程中，为什么焊料能润湿被焊金属？怎么样才能得到可

靠的连接？通过对焊接原理的分析，可以得到初步的了解。

一个焊点的形成要经过三个阶段的变化：1、熔融焊料在被焊金属

表面的润湿阶段； 2、熔融焊料在被焊金属表面的扩展阶段； 3、熔融焊料通过毛细管作用渗透焊缝，与被焊金属在接触面上形成合金层。其中，润湿是最重要的阶段，没有润湿，焊接无法进行。

二、焊接的润湿作用

任何液体和固体接触时，都会产生程度不同的润湿现象。焊接时，熔融焊料（液体）会程度不同地黏附在各种金属表面，并能进行不同程

度的扩展，这种粘附就是湿润。润湿得越牢，扩展面越大，润湿得

越好，反之，润湿性不好或根本不湿润。

为什么会产生润湿程度的差异，其原因是液体分之（熔融焊料）

与固体分子（被焊金属）之间的相互引力（粘结力）大于或小于液体

分子之间的相互引力（表面张力）决定的，即：

粘结力＞表面张力，则湿润；

粘结力＜表面张力，则不湿润。

根据上述原理，焊接时降低熔融焊料的表面张力，可提高焊料

对被焊金属的润湿能力。而降低焊料表面张力的最有效手段是：焊接时使用焊剂。

为了使焊料能迅速湿润被焊金属，必须达到金属间的直接接触，也就是说焊料和被焊金属接触面必须干净，任何污染都会妨碍润湿和金属化合物生成。因此，保持清洁的接触表面是润湿必须具备的条件。但是金属表面总是存在氧化物、油污等，因此焊接前对被焊金属表面都要进行清洁处理。

三、焊点的形成

3.1 焊点形成的作用力

一个焊点形成是多种作用力综合作用的结果。在一块清洁的铜板上涂上一层焊剂，并在上面放置一定的焊料，然后将铜板加热到规定的温度，焊料熔化后就形成了下图的形状。

图 3-3

.

( 图 3-2) 中可以看出，通过接触角的大小，可以衡量焊料对被焊

金属润湿性能的好坏，如图 3·3 所示。

当θ＜90°时 COSθ＞0 ，湿润

当θ＞90°时 COSθ＜0 ，不湿润

当θ→0°时 COSθ→1 ，完全湿润

当θ→180°时 COS θ→-1 ，完全不湿润

一般来说，θ=20°～ 30°，为良好的润湿，是合格的焊点。从以上可以看出，焊点形成的优劣取决于焊料和焊剂的性能，以

及被焊金属的表面状态，同时也取决于焊接工艺条件和操作方法。

3.2焊点（合金层）的形成——金属间扩散作用

熔融材料润湿被焊金属时，会产生金属间的扩散，从而在金属

接触面上形成合金层，达到焊接的最终目的。

任何金属内部都不是完全致密的，在晶格内部或晶格界面上总存在一定数量的间隙或空穴。在正常情况下，金属原子在晶格中都可以以其平衡位置为中心进行不停的热运动，这种运动随温度的增高，其频率和能量也逐步增高，当达到足够的能量和温度时，某些原子会克服周围原子对它的束缚，脱离原来占据的位置，这种现象就是扩散。如进行铜和铜合金焊接时，在一定的工艺条件下，焊料中的锡原子和

被焊金属铜原子都会扩散到金属接触面，形成铜锡合金 Cu 5 Sn 6、

Cu 3 Sn ）。

金属间的扩散速度和扩散量，与温度和时间密切相关，因此，在

焊接技术中，焊接温度和焊接时间等工艺是保证焊接质量达到可靠连

接的重要条件。

另外，焊接时能否形成合金层还取决于被焊金属与焊料之间亲和

力的大小有关。亲和力大，则生成金属化合物（合金层）；亲和力小，则生成固溶体；亲和力特别小，则生成混合物。这说明焊料润湿被焊

金属与被焊金属本身特性有关，在电子导电材料中，大多采用Cu 、Au 、Ag 等材料和镀层，就是为了提高焊料对被焊金属的润湿能力。四、提高焊接质量的对策

根据以上对焊接机理的分析，我们知道电子产品的焊接过程是一

项复杂的物理化学变化过程，焊点的形成是综合作用力的结果。由此，提高焊接质量的对策是：

1 、必须保持一个清洁的接触表面；

2 、要想办法降低焊料的表面张力；

3 、要保持一定的焊接温度和焊接时间；

4 、要了解被焊金属的表面特性。

第二章焊接材料

焊接材料包括焊料和焊剂两种，即连接金属的焊料和清除金属表面氧

化物的焊剂。

一、焊料

1.1 分类

按照熔点分，焊料可分为软焊料和硬焊料两种。熔点大于450℃的称为硬焊料，小于450℃的称为软焊料。由于电子产品焊接通常采

用锡铅合金（俗称焊锡）软材料，故而以下重点介绍Sn-Pb 合金焊料。

1.2 Sn-Pb 合金焊料

1.2.1 Sn-Pb合金金属相图

327

液相线

L( 单相区 )

液相线

232αα+L bβ+L

181

Sn19%固相线

共晶点Sn97%

βα+β

Pb—Sn合金状态图

从 Sn-Pb 合金的相图可以看出， Sn-Pb 合金由α(Sn) 相和β (Pb) 相两种固溶体和α+β相合成的共晶体组成。 b 点为共晶点， Sn 的含量为

61.9%，Pb 的含量为 38.1%。按照该比例制成的焊料为共晶焊料，其

;.

1.2.2 Sn-Pb焊料（共晶焊料）的特点

1、共晶焊料的熔化温度比其他配比的温度都要低，这样可以减

少焊料对元器件的热损伤。

2、共晶焊料加热时由固态直接变成液态，不存在半熔状态，这

样可以防止焊料凝固时连接点晃动造成的虚焊。

3、流动性好，表面张力小，侵润性好，有利于提高焊接质量。

4、共晶焊料的电气和机械性能优良（机械强度高、导电性能好）。

因此，共晶焊料被广泛应用于电子产品的焊接。

1.2.3 Sn-Pb焊料中杂质对焊接的影响

锡铅焊料除了主要成分锡和铅外，还含有少量的其它金属杂质。

在金属杂质中，有些是无害的，有些则不然，即使含有微量也会对焊

接质量造成程度不同的影响。因此，正确使用焊料，控制杂质含量，

是提高焊接质量的措施之一。

国标（ GB3131）规定的杂质含量如下：

焊料牌成分（ %）杂质含量（ %）

号锡锑铅铜铋砷铁硫锌铝其它

SnPb59-61＜0.8余

0.080.10.050.020.020.002量

杂质对焊接性能的影响：

锑（Sb）：焊料中的主要杂质（在矿石中锑常与锡结合在一起）。少量锑的存在有利于提高焊料的机械强度，特别能改善连接处的低温

性能。含量在 3%以下时，对焊点的外观光泽无影响，但含量过高会

使焊点脆化，使焊料流动性和润湿性差。

锌（ Zn）：焊料中最有害杂质之一。其含量达到 0.001%时，影响就会表现出来，含量达到 0.005%时，焊料表面会产生氧化锌（ZnO）薄膜，使焊接性能劣化，流动性下降，焊点失去光泽，表面粗糙。锌

通常从镀锌零件带入焊料槽或焊点，另一来源是焊接黄铜零件，焊料

中的锡会从黄铜中溶解锌。

铝（AI ）: 微量的铝杂质就会使焊点出现砂粒状外观，并加速

焊料表面的氧化，使焊料槽的浮渣增加，焊料的流动性和润湿性下降。

铝通常是在自动焊接过程中由夹具磨损带入的。

铋（Bi ）: 焊料中铋的含量增加，会使焊料熔点降低，是制造

低温焊料的材料，但也会降低焊料的机械性能。

铜（Cu）: 铜杂质是焊料中最常见的杂质，铜含量增加会造成

焊料熔点增高，焊点性能变脆，润湿性下降。

金（ Au）: 在过去焊料槽中金是主要杂质，人们常优先采用金作

为元器件引线和印制板的镀层。但焊接后 Sn-Au-Cu 金属化合物会促成

焊点产生裂纹，因此金作为镀层越来越少。焊料中金杂质的增加会造

成焊点失去光泽，甚至会出现砂粒状外观，还会降低焊料的润湿性能。因此，焊料中金杂质的含量最大值为 0.1%。

银（ Ag）: 银是另一种镀层带进焊料中的杂质，也是有害性最小

的杂质之一。在某些焊料中还故意加银，以解决微电子焊接中银层的

迁移带来的危害。银含量过高会使焊点灰暗，并降低焊料的流动性。

二、焊剂

2.1 分类

焊剂也称助焊剂，其分类方法很多，通常焊剂分为无机助焊剂（如ZnCl、NH4Cl、HCl 等）、有机助焊剂（有机酸、有机卤素等）和树

脂型助焊剂（如松香等）。具体如下：

正磷酸 H3PO4

酸盐酸（ HCI)

无机系列氟酸 (HF)

盐- 氧化物 ZnCl2、 NH4Cl 、SnCl2

有机酸（硬脂酸、乳酸、油酸、氨基酸等）

助焊剂有机系列有机卤素（盐酸笨胺等）

尿素、乙二胺等

松香

树脂型活化松香

氧化松香

熔融焊料在被焊金属表面要想产生“润湿”和“扩展”，就只有

在被焊金属和焊料之间的距离达到相互作用的原子间距时才能发生。

而妨碍原子间相互接近的是金属表面的氧化层和杂质。为了去除氧化层和防止焊接时金属表面氧化，必须使用焊剂。

2.2 焊剂的作用原理

焊剂的作用原理示意图如下：

被

金

热分介活去膜属

焊性

氧

金金

化

属属

物

焊金润扩剂

金属湿展

焊去膜属

热分介活

氧性料化金

物属

2.2.1焊剂的化学作用

利用焊剂的活性，清除金属表面的氧化物，因此，焊剂的化学

作用主要表现在亲氧性方面，即在达到焊接温度前充分地使金属表面

的氧化物还原或置换，形成新的金属盐类化合物。下面以松香为例，

对焊剂的化学作用进行分析。

松香是电子工业中最常用的焊剂，松香中的有机酸的主要成分是

松香酸，而松香酸在 170℃时，活性表现充分，靠本身的功能基因胫基

起助焊作用，以达到去除金属表面氧化物的目的。其化学反应如下

（以焊接铜金属为例）：

CuO+2C19H29 COOH→Cu(C19H29OCO)2+H2O

上式为氧化铜和松香酸在加热条件下，生成松香酸铜（金属盐），

它只是一瞬间生于焊盘周围，而松香酸铜受热分解，除生成活性铜外，

还可以从松香酸铜中取得[H]+ ，从而形成胫基基因，重新聚合为松香酸。

Cu(C 19H29OCO)2→C19H29COOH+Cu

生成的活性铜可以与熔融焊料反应生成铜锡合金。

Cu+Sn-Pb →Cu-Sn-Pb

2.2.2焊剂的物理作用

焊接时使用焊剂能降低焊料的表面张力，从而提高焊料对被焊

金属的润湿能力。如，共晶焊料的表面张力为49Pa, 使用松香焊剂时

表面张力为 39Pa,若用氯化锌时表面张力降为33.1Pa。

;.

同时，焊剂可以改善焊接时的热传导，很快达到热平衡。因焊接表面有一定的粗糙度，焊接面谷点的间隙内有空气存在，起着隔热作用，施加焊剂后，间隙内被焊剂填满，加快了热量传递并建立热平衡，保证了焊接质量。

2.3 焊剂的性能要求

1、焊剂中各组份之间不应因相互作用而降低助焊性能，储存时

有长期稳定性；

2、表面张力比焊料小，润湿扩散速度比焊料快；

3、焊剂熔点应低于焊料，在加热过程中有一定的热稳定性；

4、焊接时焊剂的活性发挥充分，而在常温下化学性能稳定，无

腐蚀性；

5、存放或焊接时不会产生有毒、有强烈臭味的气体；

6、焊剂的电气性能优良，绝缘电阻高，残留物容易清除。

第三章焊接工具——电烙铁

一、电烙铁的分类

按加热方式，电烙铁可分为直热式、感应式、两用式和恒温式

等几种。

1.1 直热式电烙铁

为单一焊接使用的电烙铁，最常使用，它可分为内热式和外热式

两种。

1、内热式电烙铁

内热式电烙铁的发热元件在烙铁头的内部，从烙铁头内部向外传

热，所以被称为内热式电烙铁，如下图所示

2、外热式电烙铁

外热式电烙铁的发热元件在烙铁头外，如下图所示

1.2 感应式电烙

感应式电烙铁也叫速热烙铁，俗称焊枪。它里面实际上是一个变压器，这个变压器的次级一般只有一匝。当变压器初级通电时，次感

应出的大电流通过加热体，使和它连接的烙铁头迅速达到焊接所需要的温度。

这种烙铁的特点是加热速度快，一般通电几秒钟，即可达到温度，不需要持续通电。它的手柄上带有开关，工作时只需按下开关几秒钟即可进行焊接，适用于断续工作。

1.3 两用式电烙铁

即焊接和拆焊两用的电烙铁，又称锡电烙铁。它是普通直热式电烙铁上增加吸锡结构组成，具有加热、吸锡两种功能。也可将吸锡器做成单独的一种工具。

1.4 恒温电烙铁

该种电烙铁又分为自动和手动两种。手动实际上是将电烙铁接到一个可调电源（如调压器）上，由调压器上的刻度可以确定调定烙铁

的温度。

自动恒温电烙铁一种是依靠温度传感元件监测烙铁头的温度，并通过放大器输出的信号放大，控制电烙铁的供电电路，从而达到恒温的目的。

另一种是强磁体传感器磁性在某一温度时的磁性消失的特性达

到恒温的目的。

二、电烙铁的合理选用

2.1 选用原则

1、必须满足焊接所需的热量，并能在操作过程中保持一定的温度；

2、温升快、热效率高，在连续操作时温度下降不多；

3、电气、机械性能安全可靠；

4、质量轻，操作舒适，工作寿命长，维修方便；

5、烙铁头形状要适应焊接空间的需求。

2.2 选择依据

焊接对象及工作性质烙铁头温度（室

选用烙铁温、 220V 电压）

一般印制电路板、安装导线300 ～ 400℃20W内热式、 30W外热式、恒温式

集成电路300 ～ 400℃20W内热式、恒温式

.

焊片、电位器、 2-8W 电阻、大电解电

350 ～ 450℃35-50W 内热式、恒温式 50-75W外热式容器、大功率管

8W以上大电阻、φ 2mm以上导线400 ～ 550℃100W内热式、 150-200W 外热式汇流排、电阻板等500 ～ 630℃300W外热式

维修、调试一般电子产品20W内热式、恒温式、感应式、两用式

三、烙铁的正确使用方法

3.1 新烙铁使用前的处理

新烙铁在使用前要进行处理后，才能使用。方法是：先用纱布（对

于旧烙铁可用细锉刀）对烙铁头进行打磨，露出新鲜表面（除去表面

氧化层），在松香水中浸一下；然后接通烙铁头电源，待烙铁热后，

在木板上放些松香并放一段焊锡，烙铁上沾上锡，在松香中来回摩擦，

直到烙铁头修理面均匀镀上一层锡焊为止。也可以在烙铁头沾上锡后，

在湿布上摩擦，再沾锡，反复磨檫。直到烙铁头上均匀涂上一层锡为

止。该方法同样适用于使用后旧烙铁的处理。

3.2 烙铁的握法

1、正握法：适用于中功率烙铁或带弯头烙铁的操作。

2、反握法：适用于大功率烙铁的操作。

3、握笔法：适用于操作台上焊接印制板等组件。

第四章焊接工艺

一、焊接的条件、

1、被焊金属材料、元器件具有良好的可焊性能；

2、被焊金属材料、元器件引线表面清洁、无氧化；

.

3、焊料的成分和性能符合焊接要求，印制板焊接采用Sn63Pb37型锡

丝；

4、助焊剂使用适当，在使用松香焊锡时一般不需要添加助焊剂；

5、选择适当功率的电烙铁，保证焊接时所需的温度；

烙铁头头部温度一般控制在300±10℃。烙铁一般采用30W，对引线较粗，焊盘较大或焊盘接有面积较大印制导线时应采用50W（内热式）。

6、焊接时间适当，一般2～3s（一个小焊点）；

7、操作方法正确，熟练掌握焊接技术和要求。

二、焊接的方法

2.1 焊接的二种方法介绍

1、三步法

本方法适用于热容量小（散热慢）的元器件的焊接。具体方法如下表：

2、五步法

本方法适用于热容量大（散热快）的元器件的焊接。具体方法如下表：

.

2.2 焊锡丝的拿法和熔化方法

2.2.1焊锡丝的拿法通常分连续操作和断续操作两中情况。

2.2.2焊锡丝的熔化方法如下图所示。

2.3 焊接操作的基本步骤

1、准备拖焊：左手拿焊锡丝，右手握烙铁，进入备焊状态。（要求：

烙铁头保持干净，无氧化物，并在表面镀有一层焊锡。）

2、加热焊件：烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体。（对于印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触焊盘和元器件

引线。）

3、送入焊丝：焊件的焊接面被加热到一定的温度时，焊锡丝从烙铁

对面接触焊件。 ( 注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上。)

4、移开焊丝：当焊丝熔化一定量后，立即向左上 45°方向移开焊丝。

5、移开烙铁：焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上方45°方向移开烙铁，结束焊接。

2.4 焊接操作的具体方法

在保证得到优质焊点的目标下，具体的焊接操作手法可因人而异。

下述这些前人总结的方法，对初学者的指导作用是不可以忽略的。

1、持烙铁头的清洁。在烙铁架上随时蹭去杂质，也可用湿布和湿

海绵随时擦拭烙铁头。氧化、污染严重的的普通烙铁（长寿命烙铁除外），可用锉刀锉去表面氧化层和污物。

2、靠增加接触面积来加快传热。有初学者为加快焊接，企图用烙

铁头对焊接面施加压力，这是不对的。正确的方法是：要根据焊件的

形状选用不同的烙铁，或者自己修整烙铁头，让烙铁头与焊件形成面的接触不是点或线的接触，这样就能大大提高工作效率。

3、加热靠焊锡桥。在非流水作业中，焊接的焊点形状是多种多样的，不可能不断更换烙铁头，要提高加热的效率，需要有进行热量传

递的焊锡桥。所谓焊锡桥，靠烙铁头上保留少量焊锡，作为加热时烙

铁头与焊件之间传递的桥梁。由于金属溶液的导热效率远远高于空

气，使焊件很快被加热到焊接温度。应该注意，作为焊锡桥的锡量不

可保留太多，以免造成焊点误连。

4、烙铁撤离有讲究。烙铁的撤离要及时，而且撤离时的角度和方

向与焊点的形成有关。

5、在焊锡凝固之前不能动。不要使焊件移动或受到振动，特别是

用镊子夹住时，一定要等焊锡凝固后再移走镊子，否则极易造成虚焊。

6、焊锡用量要适中。选用焊锡的直径要略小于焊盘直径。焊接时

焊锡不能过多，也不能过少，过多不但会浪费较贵的焊锡，而且还会

增加焊接时间，特别容易造成短路；过少则不能形成牢固的结合，同

样是不利的。特别是焊接印制板引出导线时，焊锡不足，极易造成导

线脱落。

7、焊剂用量要适中。适量的助焊剂对焊接非常有利。过多的松香

助焊剂，焊接后势必需要擦除多余的焊剂，且延长了焊接时间，降低

了工作效率。当加热时间不足时，又容易形成“夹渣”的缺陷。焊接

开关、接插件时，过量的焊剂容易流到接触点处，会造成接触不良。

适当的焊剂量，应该是松香水仅能浸湿将要形成的焊点，不会透过印制板流到元件面或插孔里。对使用松香芯焊锡丝的焊接来说，基本上不需要再涂松香水。

8、不要使用烙铁头作为运载焊料的工具。有人习惯用烙铁头沾上

焊锡再去焊接，结果造成焊料的氧化。因为烙铁头的温度一般都在300℃左右，焊锡丝中的焊剂在高温中容易分解失效。

2.5 焊接中注意事项

1、烙铁和人体应有接地线，工作台要有防静电措施。

2、烙铁头的温度和焊接时间要适当，如在规定的时间内未焊好，

应等焊点温度冷却后再复焊，若再焊不好应停止焊接，检查原因，多

次焊接的焊点应加新焊锡。

3、注意烙铁头的形状，烙铁头与被焊件接触角度、接触面积、接

触压力、撤回烙铁的方法。烙铁头头部应随时保持有锡在上面，并经常保持清洁。

4、对引线较多的元器件应按对角线的方法焊接，先预焊对角线焊脚，固定其位置，然后依次焊接其余焊脚。

5、手工焊接的元器件应按规定顺序插装，插装一部分，焊接一部分，插装后应先预焊固定位置后，进行正式焊接。

6、焊接过程中，在焊料尚未凝固时，不应触动焊接点，焊接过程

中不应对周围的元器件、导线、印制线路板产生热损伤。

7、注意安全，不焊接时应关掉烙铁电源，烙铁放置位置正确，防

止烧伤人和产品，远离易燃物品。

8、焊接过程中，不应乱甩烙铁头的焊锡，焊接完毕及时清除导线头、锡渣等多余物。手工剪脚时应避开其它产品，将印制板侧立剪脚，防止落入产品内造成隐患，对焊点周围的脏污应用清洗剂局部擦洗。

9、对热敏元件或遇热易损元器件、导线的绝缘层，特别是粗导线

的绝缘层，焊接时应采取散热措施。导线端头，大面积焊盘焊接前应

预先上焊锡后进行正式焊接。焊接、检焊过程中严防金手指部位弄上焊锡和其他污物，严防金手指损伤。

10、对引线氧化表面沾污的元件，必须在焊接前去除氧化层和污物，去除方法用小刀轻轻刮去氧化层和污物。

11、正确使用、维护、保养好焊接工具。

第五章检焊

一、影响焊接质量的因素

影响焊接质量的因素是多方面的，各个因素之间的关系又是错综复杂，相互制约的，具体影响焊接质量的因素如下：

工具与设备工艺与材料

搪锡设备→引线成形印制板要求

←电烙铁元件处理→手工焊接要求夹具→清洁处理自动焊接要求

←装工具焊料、焊剂

文明生产→←设计文件

←温度、湿度温度

生产安排→技术培训→←工艺文件工艺程序

←光线时间

质量教育→←生产组织

机

械

性焊

接

质

量

润

湿

性

环境管理操作

二、典型焊点的外观要求

1、形状为近似圆锥而表面微凹，呈漫坡状（以焊接导线为中心，对称成裙形拉杆）。虚焊点表面往往呈凸形，可以鉴别出来。