作者:李錚錚

自從電子管問世以來，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 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的發明，以及封裝技術的不斷進步，THT和SMT相繼問世，波峰焊接和回流 焊接設備也取代烙鐵，成為了完成元器件間互聯的主要手段。但是，到目前為止，烙鐵仍然在生 產和科研，如返工/返修等領域發揮著不可替代的作用。

RoHS法規的實施，給電子制造業界帶來了一系列技術和管理上的挑戰；同樣，手工焊接技術也必須克服各種困難， 完成向無鉛的轉換。對于手工焊接來說，在實現這種轉換的過程中將會面臨哪些問題？都有哪些相關知識需要掌握呢？ 為此，本刊特邀奧科電子（北京）有限公司總經理李錚錚先生撰寫了“手工焊接系列”文章，希望能對讀者有所幫助。 

焊點形成簡介 
焊接的目的是形成一個可靠的連接點,該連接點必 須具備一定的機械強度和保持連續的導電通路 特性。根據MIL-STD和IPC焊接標準規定，主 要是要求形成焊接點的條件要在高于焊料溶點溫度40℃ 的條件下, 持續對被焊點加熱2-5 秒之內形成可靠的連接點。

可靠連接點的形成是在熱容量對被焊物的作用下, 通過 助焊劑和焊膏之間的化學反應, 焊料向金屬表面潤濕，焊料 與金屬互相滲透(擴散)而在被焊接物體表面之間形成一個金 屬化合物的合金層。因此, 焊接的過程是焊錫是通過潤濕、 擴散和冶金結合這三個物理和化學過程來完成的。

手工焊接焊點的形成過程 

手工焊接的焊點形成過程： 

· 通過烙鐵頭對焊接點上面的焊錫絲和焊接點同時加熱

· 隨著焊點溫度升高, 在達到焊錫絲熔點之前, 助焊劑完 成活化作用

· 焊接的潤濕過程開始, 該過程是指已經熔化了的焊料借 助物體表面張力沿被焊接金屬表面細微的凹凸和結晶 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，達到原子引力 起作用的距離

· 在焊接點溫度達到高于焊錫絲溶點40℃后，保持該溫 度2-5秒, 伴隨著潤濕的進行，焊料與被焊接金屬原子 間的相互擴散現象開始發生。原子活動劇烈程度隨溫 度升高成正比, 焊料同被焊金屬的原子相互越過接觸面 進入對方的晶格點陣，原子的移動速度與數量決定于 加熱的溫度與時間

· 焊接是冶金結合：由于原子的相互擴散，在2種金屬之 間形成了一個中間層——金屬化合物，獲得良好的焊 點

· 將烙鐵頭離開被焊接物體

無鉛手工焊接

有鉛到無鉛焊接的轉變帶來了焊接工藝上的諸多改變（詳見下表）：

由于無鉛焊接對于焊料熔點的提高, 基于大部分傳統 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的耐溫條件沒有改變這樣一個事實, 目前手工無 鉛焊接在質量和成本等方面面臨極大的挑戰,需要更加嚴格的工藝要求。（見上圖）

由上圖可見，無鉛焊接需要更多的熱容量(Thermal Energy) 來形成可靠焊點：

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

那么，如何實現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

無鉛焊料的選擇

·熔點 
熔點的高低決定了有關的工藝條件。雖然中低熔點 的無鉛焊料熔點比較低，但是目前因為潤濕性比較差，焊 接強度不理想，不耐高溫，價格高等原因，大多數廠家 選用的是高熔點無鉛焊料。客戶在使用無鉛焊接物料時， 首先需要了解的是熔點，這與客戶的后續使用有最直接的關系。

·可焊接特性 
無鉛焊料的可焊接特性都不如有鉛焊料。但是相對而 言，無鉛焊料的可焊接特性還是有好差之分，客戶需要區 別。

·可靠性 
有的無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，所以客戶在選擇無鉛焊料時，應 該考慮這一因素。一般的家用電器等產品，200℃以下的溫 度就可以了，但是對于很多需要進行返工的產品，必須經 受200℃以上的高溫。

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

·是否為專利產品 
有的無鉛焊料雖然價格高一點，但是已經注冊了專 利，電子生產廠家以后不會遇到法律問題，所以歐美日本 等電子生產廠家愿意選用此類焊料。