電子產品裝配實習
講義鄧於
2012.2
一焊接和元器件裝配
現在，在電子裝置的大規模生產中，焊接和元器件裝配已不需要由人工來完成。但在電子裝置的試製和維修過程中，仍然需要人工焊接及拆焊。元件的焊接和裝配是一門重要的技術和工藝，元件焊接的質量將直接影響電子裝置的工作效能和壽命。
下面簡單介紹焊接和元件裝配中所要用到的儀器及一些注意事項。
電烙鐵的分類
電烙鐵是用來熔化焊錫、熔接元件的一種工具，根據烙鐵心與烙鐵頭位置的不同可分為內熱式和外熱式兩種。
1．外熱式電烙鐵：外熱式電烙鐵如圖1所示，按照圖中組成部件的編號，它依次由：1烙鐵頭、2烙鐵頭固定螺釘、3外殼、4木柄、5後蓋、6插頭、7接縫和8烙鐵心組成。
因烙鐵頭放在烙鐵心內故稱之為外熱式。烙鐵頭是由紫銅做成，具有較好的傳熱效能。烙鐵頭的體積、形狀、長短與工作所需的溫度和工作環境等有關。
常用的烙鐵頭有方形、圓錐形、橢圓形等。
圖1 電烙鐵外形
烙鐵頭的溫度可以通過烙鐵頭固定螺釘來調節。外熱式電烙鐵的規格有多種，常用的有25w、45w、75w、100w等，但其熱利用率相對內熱式要低得多，如40w的外熱式只相當於20w的內熱式。
2．內熱式電烙鐵：內熱式電烙鐵由手柄、連線杆、彈簧夾、烙鐵頭、烙鐵心等組成。烙鐵心被烙鐵頭包起來故稱為內熱式。
烙鐵頭的溫度也可以通過移動銅頭與烙鐵心的相對位置來調節。內熱式電烙鐵發熱快、熱效率高、體積小、重量輕，故目前用得較多。
3．吸焊電烙鐵：吸焊電烙鐵用於對焊點進行拆焊。主要由含電熱絲的外壁、彈簧及柱狀內心組成。
使用時，擠壓內心使彈簧變型，待焊點熔化後，按下卡內心的按鈕，彈簧迅速恢復形變，彈起內心，在吸錫口形成強勁氣流，將熔化的焊料吸走，以便拆卸元件。
4．氣焊烙鐵：這種烙鐵採用液化氣、甲烷等氣體燃燒來加熱，適合在供電不方便的地方使用。 烙鐵的正確選用和使用方法。
在焊接的時候為了不產生虛焊、不傷及電路板和元器件，必須根據被焊接焊件的大小、位置、質地選擇不同的形狀、不同功率的電烙鐵及掌握不同的電烙鐵的握法。下面先介紹電烙鐵的選用。
如果電烙鐵的功率太小，則焊料熔化過程慢，焊劑不易揮發，產生的焊點不光滑甚至出現虛焊點。直觀上人們看到的焊點會是饅頭狀，沾有很多的錫，但其焊接面比較小，焊件很容易被拔下來，這在工程上是不允許的。但如果電烙鐵的功率過大，烙鐵頭溫度就會過高，這樣一方面會使得焊料在焊接面上流動太快而很難控制；另一方面會導致焊件過熱而被損壞。
電烙鐵的選用可參考以下幾個原則：
（1）烙鐵頭頂端溫度要根據焊料的熔點，一般比焊料熔點高出30℃～80℃。（2）烙鐵頭的形狀要與被焊接物件的要求和電路板裝配密度相適應。通常，尖頭適合小功率焊件，橢圓形焊頭用於一般的焊接。
（3）按照焊件的不同來選擇烙鐵的功率，積體電路適合採用20w以下的內熱式電烙鐵；焊接較粗電纜及同軸電纜時可選用50w以下內熱或45w～75w的外熱式電烙鐵；至於焊接金屬底盤等較大元件，則應考慮採用100w以上外熱式電烙鐵。
下面介紹電烙鐵的握法：電烙鐵的握法通常有三種即反握、正握和握筆法，如圖2所示。
圖2 電烙鐵的正確握法
反握法是用五指把電烙鐵握在掌內，適合大功率卻又不需要很仔細焊接的大型焊件。正握法與反握法相反，剛好把烙鐵轉個向，適合豎起來的電路板焊接，一般在需較大功率的電烙鐵的時候才採用。握筆法適合於小功率電烙鐵和小型的焊件。
下面介紹電烙鐵使用中的注意事項。
（1）新買的電烙鐵或者使用時間較長，烙鐵頭出現凹坑等情況的電烙鐵，需要用銼刀挫成所需形狀，然後通電，使烙鐵頭的溫度剛能熔錫時，塗上一層松香，然後塗一層錫，如此進行二三次，烙鐵就可以使用了。現在有些高階的烙鐵買回來就已經塗上了一層錫，那就不需要這個過程了，但一般這類烙鐵的塗層脫落後無法再繼續使用。
（2）在焊接過程中發現溫度略微過高或過低，可調節烙鐵頭的長度，外熱式須鬆開緊固螺絲，內熱式可直接調節。
（3）在用電烙鐵焊接過程中，如較長時間不使用烙鐵，最好把電源拔掉。否則會使得烙鐵心加速氧化而燒斷，同時烙鐵頭上的焊錫也因此會過度氧化而使烙鐵頭無法「吃錫」。
（4）更換烙鐵心時，要注意電烙鐵內部的三個接線柱，其中有乙個是接地線的，該接線柱應與地線相連。
如果在使用時發現電烙鐵不熱，應先檢查電源是否開啟了，如是開啟的，切斷電源，擰開電烙鐵先檢視電源引線是否斷了，然後用萬用表檢測電熱絲是否燒斷，如果測得的電阻值在2.5k左右則表明電阻絲是好的。通常，如果其他都是正常的，那麼電阻絲出問題的可能性較大。
更換烙鐵心時，先將固定烙鐵心的引線螺釘鬆開，卸下引線後，再把烙鐵心從連線桿中取出，然後把相同規格的烙鐵心裝進去。注意，在用引線螺絲固定好烙鐵心後，必須把多餘的引線頭剪掉，否則極易引起短路或使烙鐵頭帶電。下面分別介紹多股導線和同軸電纜的端頭處理。
1．元器件的成型
雖然印製電路板上的元件插孔是根據原件的具體形狀安排的，但在元件插上去的時候還是需要做一些調整，比如說，新的電阻一般呈直線狀，在放到電路板上去的時候肯定需要處理引腳。大規模生產時，元器件成型多採用模具成型。平常我們可以用尖嘴鉗或鑷子成型。
注意在手工成型過程中任何彎曲處都不允許出現直角，即要有一定的弧度，否則會使得折彎處的導線截面變小，電器特性變差。引線的標準成型方法，要求引線打彎處距元件根部大於2mm，半徑r大於元件的直徑的兩倍，元件根部和插孔的距離r大於元件直徑。圖（b）是在元件和插孔不符的情況下採用的一種方法，這種做法一般是在維修或自己製作時採用，正規產品中是不能出現的。
圖（c）適用於焊接時受熱易損的元件。圖（d）是垂直插裝時的成型方法，一般是電路板元件密度較大時採用，要求h、a均大於2mm，r大於元件直徑。圖（e）是積體電路的成型方法，a大於5mm。
2．元器件的插裝和排列
（1）插裝：元件的插裝一般有臥式和立式。臥式插裝式將原件水平地緊貼在印製電路板上，也稱之為水平插裝。
這種插裝穩定性好，容易排列，維修方便。立式插裝的優點是元件密度大，拆卸方便非軸向電容和三極體多採用這種方法。而電阻器、軸向電容器、半導體二極體常採用臥式插裝。
下面介紹一些特別元件的安裝。① 變壓器。變壓器一般本身帶有固定腳，安裝時把固定腳插入印製電路板上對應的孔位，然後焊接即可。
對於大型的電源變壓器一般都不放在電路板上，如果需要放在電路板上則要用螺釘將其固定，螺釘上要加彈簧墊圈。在這兒提出一點，這類變壓器的插孔在設計時一般都要放在電路板的邊上，最好靠近電路板的固定處，否則電路板受壓過大，易被折斷。② 大電容。
較大的電容器可用彈性夾固定在電路板上。③ 磁棒。磁棒一般用塑料支架固定，將支架插到電路板上的對應位置，從反面將塑料熔化，冷卻固定，然後再把磁棒套進去，乙個磁棒可用多個支架固定。
（2）排列：要求有資料的面在上面，排列時要求方向一致。比如在垂直方向上所有的色標和字元都是從下面開始。
一般的單面板的規則插孔只具有水平和垂直兩個方向，可以為這兩個方向分別設定乙個排列方向。雙面板一般兩個面的插孔分別具有水平和垂直方向，那樣只要給每個面指定乙個排列方向即可。
3．印製電路板的檢查和修復
在插裝元件前一定要檢查印製電路板的可焊性，要求板麵乾淨、無氧化發黑和汙染。如只有幾個焊盤氧化嚴重，可用蘸有無水酒精的棉球擦拭之後再上錫。如果板麵整個發黑，建議不使用該電路板。
如果必須使用該電路板，可把該電路板放在酸性溶液中浸泡，取出清洗、烘乾後塗上松香酒精助焊劑再使用。
在組裝、維修過程中，遇到印製電路板銅箔翹起、斷裂、焊盤脫落等情況，可予以修復。對於斷裂的銅箔可採用搭接和跨接兩種方式。搭接法是一種將斷裂處的兩個端頭搭接起來的方法，具體做法如下：
① 刮掉距兩個端頭5mm的那一段的表面上的阻焊劑和塗覆層。② 用酒精擦拭這兩個部位。③ 給這兩個部位上錫，再把一段鍍錫導線焊接上去。
這種方法適合斷點出現在元件不密集的地方，否則需要採用跨接的方法。跨接法就是電流繞過斷點附近的導線而從跨接導線上通過的一種方法，這和電路設計時的跳線有些類似，跨接點原則上可以選擇斷點兩端導線上的任意點，但一般盡可能選擇與斷點較近的地方。對於焊盤脫落的情況，可以把元件的引腳當成乙個跨接點來處理，跨接的處理和搭接相似。
當印製電路板上的印製導線翹起的時候，可在把這部分導線的底面清洗乾淨的情況下塗上用環氧樹脂與基板加壓沾牢。如果翹起的印製導線過於細小，可直接塗環氧樹脂，再粘到基板上。
4．元器件插裝後的引腳處理
元器件插到印製電路板上的插孔後，其引線穿過焊盤還應留有1mm～2mm，這樣才可以保證錫焊後的焊點具有一定的機械強度。但是引腳的不同處理會使得焊接所能承受的機械強度不同，常用的處理方法有直插式、半打彎式和完全打彎式。圖3是這三種處理方式的示意圖。
直插式拆卸方便，但能承受的機械強度較小。半打彎式處理方式常將引腳彎成45°。全打彎式具有很高的機械強度，但拆卸困難。
圖3 元器件引腳處理
5. 焊接工藝
在完成電子線路的組裝後，焊接便成為乙個最主要的工作。一塊電路板上有很多焊點，只要其中乙個出了問題，就會影響整個電路的工作。不僅要保證焊接質量，還要提高焊接速度。
電路板要能適合不同的工作環境，要能承受一定的壓力，並且要在預定的工作年限內有效地工作。因此，製作電路板必須符合一定的標準，就焊點而言，有以下幾個要求：
圖4 虛焊的兩種情況
圖4是虛焊的兩種情況，這都會導致焊點的機械強度下降，導電性能變差，是我們焊接中所要盡力避免的，並且圖（a）所示的這種虛焊點在監測時很難發現。
1．焊接過程：① 焊點要有足夠的強度。② 焊點要可靠，具有良好的導電性能。③ 焊點表面要光滑、乾淨。
（1）焊接的溫度和時間的掌握：焊接過程中如果溫度過低，則焊錫熔化緩慢，流動性差，在還沒有濕潤引線和焊盤時，焊錫就可能已經凝固，從而形成虛焊。這種焊點看上去不光亮，表面粗糙。
這時就需要增加電烙鐵的溫度。但如果溫度過高，會使得焊錫快速擴散開，焊點處存不住錫，焊劑分解過快，產生炭化顆粒，也會造成虛焊。溫度過高還可能導致焊盤脫落。
所以我們要掌握好焊接溫度，溫度的控制主要看焊點是否光亮。如果是初學者，則可進行破壞性檢驗，即等到焊點冷卻後，用力拔引線，如能把焊盤連同焊點一起脫落，則焊接是成功的。
（2）焊料的施加：在焊接過程中需要給焊點新增焊料，添多了會使焊點過大甚至出現虛焊，添少了會降低焊點的機械強度，這有個經驗積累過程。焊接時，應首先把烙鐵頭放在被焊件和銅箔同時接觸的地方，當焊件加熱到一定的溫度後，將焊錫放在最後想要形成的焊點的最外圈，等到焊錫濕潤整個焊點即可撤走焊錫絲，隨後提走烙鐵頭。
撤離烙鐵的時候有幾種方式，一種是沿著與電路板45°方向提走；如果引線是垂直放置的還可以貼著引線提走。注意在焊錫凝固的過程中，被焊件和印製電路板都不能移動，否則易引起虛焊。
3）重焊處理：如果焊點需要重新焊接，先觀察原焊點處的焊錫是否光亮，如已經發黑最好用吸焊器把原來的焊錫吸掉。如果電路板可以倒過來，那麼也可以把板子倒過來用電烙鐵加熱焊點使得焊錫自然吸附在烙鐵頭上以此清除原來的焊錫。
接下去再繼續焊接。
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