实用电子学/焊接

焊接是指使用低熔点导电物质（焊锡）将元件电连接在一起。它通常用于将电线连接到元件的引线（如开关），或将各种类型的元件连接到印刷电路板。用于施加焊锡的主要工具是烙铁，这是一种金属尖端加热到远高于焊锡熔点的设备。它用于熔化焊锡，使其流入接头。

焊接是一项需要学习的技能，需要练习才能熟练掌握。关于如何制作良好的焊接接头，有很多技巧、窍门和指南，本模块旨在向您展示这些技巧。

焊接的第一条也是最重要的规则是仔细选择您的工具。焊锡和烙铁都必须根据应用进行选择。下面前两部分将介绍不同类型的焊锡和烙铁，以及如何选择合适的工具。

关于焊锡

焊锡是一种金属化合物，具有低熔点，通常约为 200°C。焊锡的成分根据类型而异，但通常含有铅或锡或两者。最常见的类型如下所示。它有线状、棒状或颗粒状。棒状和颗粒状用于焊锡锅；对于正常焊接，您需要焊锡线。

焊锡线是一种非常灵活的银色线，通常以卷轴形式供应，卷轴大小以重量衡量。常见的重量有 250 克、500 克、1 千克或 2 千克。一卷 500 克通常售价约 6 英镑或 12 美元。它非常柔软，可以用钢丝钳轻松剪断，较细的直径可以手工折断（但这不推荐，原因将在下面解释）。

规格

焊锡线有多种宽度，以“标准线规”（SWG）表示。SWG 数字越大，线越细。常见的线规有 18 和 22，但也有一些其他规格。

18 号焊锡适用于焊接大型元件和粗电线，因为可以快速提供大量的焊锡。但是，对于更精细的工作，18 号焊锡太粗了。焊接标准双列直插式封装（DIP）的引脚是 18 号焊锡可以焊接的极限。

22 号焊锡比 18 号焊锡细，应该用于大多数电子工作，因为它可以更好地控制焊锡的供应量，并且由于过度施加焊锡或线材宽度而意外导致桥接间隙的可能性大大降低。

对于使用SMT（表面贴装）元件进行的非常精细的工作，可以使用更细的线规，如 26 号。

60/40

60/40 焊锡由 60% 的锡和 40% 的铅组成。它的熔点约为 190°C，具体取决于确切的成分。建议烙铁头温度至少为 300°C。它也非常柔软，这意味着如果接头在冷却过程中移动，不太容易形成裂缝。

63/37

63/37 焊锡由 63% 的锡和 37% 的铅组成。它的熔点为 183°C，略低于更常见的 60/40 混合物。这种焊锡的主要优势不是更低的熔点，而是它的共晶特性。非共晶焊锡，如 60/40 焊锡，在固态和液态之间有一个半固态状态。如果接头在这个阶段移动，会导致所谓的冷焊点。共晶焊锡，如 63/37，没有这个半固态状态，因此被认为更容易使用，因为它产生的不良接头更少。但是，这些焊锡通常比非共晶焊锡更贵。

50/50

它由一半的锡和一半的铅混合而成。切勿将 50/50 焊锡用于电子产品 - 它用于管道。（有一些品牌[Worthington 50/50 含铅 #331887]，用于电子产品，并且专门不用于管道）。否则，您可能会遇到接头失效的情况，因为 50/50 焊锡没有 60/40 焊锡相同的特性，熔点更高，延展性更低。此外，它不太可能像松香芯焊锡那样包含助焊剂。

无铅焊锡

含铅焊锡正在根据新的欧盟指令（特别是RoHS和WEEE指令）逐步淘汰，并被锡锑合金焊锡取代。铅焊锡彻底被淘汰可能还需要很多年，但即使现在，许多商店也不再销售铅焊锡。无铅焊锡的熔点高于铅焊锡，并且使用更具腐蚀性的助焊剂。这意味着烙铁必须专为无铅焊锡而制造，以提供合适的温度 - 它的熔点约为 230°C - 并且烙铁头需要不同的涂层才能耐受助焊剂。使用专为铅焊锡设计的烙铁可能会导致干接头和烙铁头寿命缩短。

无铅焊锡的价格通常比铅焊锡高 20%-50%。

有许多不同的合金，可以在维基百科文章中找到它们的特性。

助焊剂和松香芯焊锡

助焊剂是一种化合物，用于提高焊接接头的质量。它通过三种方式做到这一点：

它通过化学方法去除被焊接表面的氧化物。
它防止表面在被清洁后被空气氧化。
它增加了施加焊锡时表面的“润湿性”。

润湿性是指焊锡在被连接的表面上的流动程度。如果没有助焊剂，可能会形成干接头，导致连接不良。有关干接头的描述，请参见下文。

松香芯焊锡内部有充满松香助焊剂的通道。由于助焊剂的熔点低于焊锡，嵌入的助焊剂会在焊锡流入接头之前自动清洁接头。对于电子产品，应始终使用松香芯焊锡。铅焊锡和无铅焊锡都可以是松香芯的。切勿将酸芯焊锡用于电子产品 - 它只适用于管道和钣金工作，酸性残留物会腐蚀和损坏电气接头。酸性助焊剂在室温下保持化学活性，而松香助焊剂在接头冷却后会变成惰性无害物质。

焊接后，接头周围可能会出现一层助焊剂。这通常是一层烧焦的褐色层（通常发生在接头过热时），或一层光亮的透明层。这通常不是问题，但您可能希望用浸泡在酒精或甲醇中的棉签将其擦掉，以使外观更专业。

助焊剂也以“笔式”涂抹器形式提供。这允许在使用松香芯焊锡焊接之前将其涂抹到需要非常好的助焊剂的表面，例如 SMT 焊盘和未助焊的焊锡编织线，以确保其可靠性。

关于烙铁

焊锡烙铁有多种形状、尺寸和功率等级。大多数烙铁由连接到手柄的加热元件制成，并使用可互换的尖头来处理接头。

功率等级和温度控制

功率等级决定了烙铁的温度以及加热速度。高功率等级意味着如果正在焊接具有较大热质量的接头，烙铁头不会冷却太多。但是，高功率等级用于精细工作可能会使接头过热，从而损坏组件或电路板。

通常，约 18 W 的额定功率适合精细工作，而 25 W 到 50 W 的额定功率适合更重的电气焊接，例如在主电源照明上。

廉价的焊锡烙铁具有固定的功耗 — 它们依靠热量向周围环境的散发来实现所需温度下的热平衡。这些对于大多数业余电子工作来说已经足够了。这种简单的烙铁价格约为 20 英镑到 30 英镑（30 美元到 50 美元）。

对于更高级的工作，尤其是涉及易于过热的微型组件的工作，需要温度调节或可变温度焊锡烙铁。这些通常以焊接站的形式出售，包括一个焊锡烙铁和一个单独的电源。该站监控焊接尖端的温度并相应地调节功率输出。有些站使用磁性开关，该开关以循环方式打开和关闭电源，利用居里效应；焊接尖端设计为在特定温度下失去其铁磁特性，通常为 370°C（700°F）、425°C（800°F）或 480°C（900°F），在尖端冷却并恢复其磁性特性之前，关闭加热器电源。这种烙铁的尖端温度可能会在一个约 4°C（约 7°F）的范围内波动。这种站台经常用于制造环境中。对于实验室使用，可提供配备尖端热敏电阻以监控温度的站台，并且可以通过旋转控制持续改变温度。尖端温度也可以由基座单元上的 LED 读数显示。更昂贵的站台还配备了用于去焊目的的热风枪。您可以预期为工业级焊接站支付高达 500 英镑（800 美元）的价格。

焊接枪，运行在交流电源上，具有快速加热和冷却的优点，可以向接头提供大量热量。它们非常适合一般的电气工作，但不适合精细的电子工作，因为它们笨重，阻碍了尖端的准确定位，并且支撑变压器的重量会导致操作者快速疲劳。这些工具的尖端选择仅限于几种样式，通常是钝的，用于较大的接头。此外，尖端在运行时会产生强烈的电磁场，这会损坏敏感的半导体。

焊接笔，由电池或可填充的丁烷罐加热，可以在没有交流电源的情况下用于现场的小型维修工作，但它们不适合连续使用。

选择焊接尖头

选择焊锡烙铁最重要的部分是烙铁上有一个合适的尖头。较大的尖端具有较高的热质量，在处理大型接头时可以更好地保持其温度，但它们在许多应用中物理上太大，因为尖端会一次接触到多个接头。小型尖端更容易用于大多数工作，但它们在接触大型接头时往往会冷却下来。

一些尖端的形状是斜切锥体，有多种尺寸可供选择。它们通常被称为斜面或斜尖。典型的尺寸可能从 1 毫米到 5 毫米左右不等。这种多功能尖端形状的优势在于，切面可以用于将大量热量传递到接头上，但当使用切面的边缘时，它就像一个用于小型接头或敏感组件的精细尖端，极大地降低了热传递率。

焊接技术

良好的焊接完全取决于技术和实践。至关重要的是所有部件都已正确准备，否则将导致不良接头。

准备

首先，必须准备好焊料。如前所述，您使用的焊料应具有助焊剂芯。当从焊料卷上拉出焊料时，您可能会将柔软的锡/铅合金拉伸到助焊剂之外，留下没有助焊剂的纯金属尖端。这将很难粘贴到任何东西上，并且可能会导致问题。为了避免这种情况，请始终使用侧切钳从焊料末端切割几毫米，或用热焊锡烙铁熔化一小块。

接下来准备您的烙铁。您需要一个焊锡烙铁架，既可以防止烙铁引燃任何东西，也可以防止烙铁意外掉落到地板上。每个好的架子都有一个用于一块纤维素海绵的托盘。将其保持湿润，并用于清洁烙铁尖端。在使用烙铁之前，始终弄湿您的海绵 — 这样做可以极大地改善您的焊接效果。蒸馏水是最好的，但您也可以使用自来水。

首先，等到您的烙铁达到温度。在烙铁足够热之前使用它只会延长时间，因为您将不得不修复通过将烙铁强行插入接头而造成的损坏。一旦它加热起来，就清洁末端。通常，当您拿起烙铁时，它的末端会发黑，并覆盖着已烧到尖端上的旧助焊剂。这不会作为助焊剂使用，并且会损害烙铁传热的性能。在尖端添加一些焊料（它可能会由于烧焦的涂层排斥它而形成一个球体），然后将其擦到湿海绵上。重复此操作，直到烙铁的尖端光亮，呈银色。每次从架子上取下烙铁时，以及在握住烙铁时偶尔也要这样做，像这样清洁尖端。在您进行第二次和以后的擦拭时，通常只需要擦拭一次即可清洁末端。在开始焊接之前，始终确保尖端上没有多余的焊料。

通孔组件

通孔安装 (THM) 组件是引线突出 PCB 并从另一侧焊接在组件上的组件。

当 PCB 仅在一侧有铜线时，电路板的两侧通常称为“焊接侧”和“组件侧”。

在将 THM 组件放置在 PCB 上时，将引线插入孔中，然后按下器件使其平放在 PCB 的顶面上。通常，将引线从电路板的另一侧向外弯曲有助于防止器件在将电路板翻过来焊接时掉落。这通常仅适用于具有两到三条引线的器件，例如轴向引线电阻器或晶体管。

通常，当焊接器件时，引线没有弯曲以机械地固定它，它可能会轻微“下垂”并从孔中掉落一到两毫米。为了防止组件在焊接后弯曲，您可以先焊接一个或两个引线以暂时固定它。然后，在从另一侧将组件推向电路板时，重新加热接头，并让焊料凝固。完成剩余引线的焊接，如果需要，返回到原始接头添加焊料。此技术对于 DIP 封装和类似的多引线封装特别有用。

SMT 组件

表面贴装技术 (SMT) 一直在逐渐取代具有电线的旧组件。一些特殊的工具和技术用于焊接和去焊 SMT 组件。

安全

在焊接时，始终佩戴安全眼镜或护目镜，镜片为塑料或钢化玻璃，以保护您的眼睛免受飞溅的热液态焊料。

焊锡烙铁的尖端设计为非常热，超过 370°C（700°F）。避免让尖端接触皮肤、衣服或任何可能融化、烧焦或燃烧的东西。在烙铁通电时，使用合适的烙铁架。这些提供了方便的放置烙铁的地方，并防止任何东西接触到热的尖端。廉价焊锡烙铁附带的小型塑料和金属线架可能是危险的，因为它们会使尖端暴露在外，并且烙铁很容易从架子上滚落。

焊锡中的助焊剂（以及额外添加到接头的助焊剂）在接触烙铁的热量时会沸腾和燃烧。虽然松香助焊剂产生的烟雾毒性并不强，但会刺激肺部和呼吸道，长期接触会导致健康问题。可以通过以下方式避免吸入助焊剂烟雾：不要在工作区“盘旋”，设置风扇使你的脸部“迎风”工作，或者使用专门为焊接台设计的排烟装置。始终在通风良好的地方焊接，防止烟雾积聚。最好选择有窗户且可以打开的房间。

焊锡中的铅通常不会热到足以蒸发并变成空气中的颗粒。然而，在接触焊锡后，手上会残留铅，因此必须用肥皂和水洗手。铅有毒，会引起各种健康问题。儿童和孕妇应避免接触铅，因为铅会导致严重的生长发育问题。

进一步阅读

实用电子模块

脱焊

维基百科文章

外部链接

"302: 分立布线 - 跳线" — NASA关于在PCB组件中添加分立布线的建议
"303: 分立布线 - 死虫" — NASA关于在PCB组件中添加元件的标准
NASA-STD 8739.3 — 焊接电气连接
NASA常用行业工艺标准列表
"嵌入式电子入门 - 第6讲 - 焊接基础" — 详细的焊接步骤和图片
"回流焊教程" — 回流焊教程