焊接材料入门

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作者: Bill Gilbert

完成焊接任务需要哪些关键材料？

你可能认为只有焊锡是会被消耗的。但实际上，完成焊接工作还需要其他几种必不可少的材料，它们也会在操作过程中被用掉。

我们还将介绍一些你可能从未听说过但很有必要的工具。我们将从焊锡和助焊剂开始。然后，我们会介绍一些不太常见的材料，如吸锡线、助焊剂清洁用品、焊接胶带和烙铁头更换件。

焊锡是焊接接头的基本材料。你最常见到的是绕在卷轴上的金属丝，它易于弯曲和操作。大多数焊锡由熔点较低的金属合金（一种无法通过机械方式分离的金属混合物）组成，中心包裹着助焊剂芯，这是一种有助于焊锡按需润湿和流动的化学化合物。

当焊锡合金熔化时，如果被焊接的物品清洁且加热温度超过了焊锡的熔点，它就会粘附在上面。尽管几乎所有用于电子用途的焊锡都含有助焊剂芯，但在需要时，你仍然可以也应该额外添加助焊剂以改善焊接效果。

备注

在你熟悉操作之前，请从信誉良好的供应商处购买焊锡，他们能为你提供有关焊锡和助焊剂芯的信息。

焊锡主要有两种合金类型：有铅焊锡和无铅焊锡。有铅焊锡润湿和流动性更好，需要的热量更低，通常被认为更易于使用。然而，铅对人类和环境都有害，因此人们创造了无铅焊锡作为更安全的替代品。

警告

注意，使用有铅焊锡并不一定会导致中毒，但这需要理想的操作环境和格外小心。有铅焊锡产生的烟雾不含铅（但吸入依然危险），但铅会沾染在你的手上和工作台面上。使用有铅焊锡时请务必小心，佩戴护目镜，并在操作完成后洗手并清洁工作表面。请注意，焊接了有铅焊锡的设备在接触时可能会污染双手或表面，如果最终被丢弃在垃圾填埋场，设备中的铅会渗入环境。

在电子制造应用中，无铅焊锡已基本取代了有铅焊锡，特别是在 21 世纪初相关限制危险物质法律生效之后。然而，在某些行业和应用中仍在使用有铅焊锡，因为无铅焊锡形成的连接在受到外力时更为脆弱。对于消费类电子产品的焊接，建议优先使用无铅焊锡。[/note]

无铅焊锡通常是锡 (Sn)、银 (Ag) 和铜 (Cu) 的合金。一种常见的配方被称为 SAC 或 305。它含有 3% 的银。它的熔点（约 215-220°C）比有铅焊锡（183°C）高，并且更难操作，主要原因是它在一个温度范围内熔化，且对表面的润湿性不如有铅焊锡。还有仅由锡和铜组成的合金，其熔点略高（227°C），它们的润湿能力更差。

有铅焊锡的锡含量实际上高于铅含量。最易于使用的是含 63% 锡和 37% 铅的焊锡，通常称为 63-37 焊锡。这是共晶混合物（意味着它具有最低的可能熔点），像纯金属一样在固定温度下熔化。

较低的熔点（183°C）和卓越的润湿性能使得 63-37 焊锡更易于使用。这是进行维修时的首选焊锡合金。较低的熔点对周围组件的风险较小。缺点是其含铅量，具有毒性。

另一种常见的合金是 60-40，其熔点略高，且熔化时不够平滑。

其他用于电子焊接的合金包括基于铋 (Bi) 的合金和铟 (In) 合金。这两种类型都用于低温应用。数字表示合金中每种金属的百分比。

通常，你在焊接表面贴装器件 (SMD) 时会遇到这些合金。铋锡合金 (58Bi42Sn) 和铋锡银合金 (57Bi42Sn1Ag) 的熔点为 138°-140°C。它们可用于低温焊接。有时它们被熔入现有的连接中以降低熔点，从而更容易进行维修。

含有金属铟的焊锡也具有极低的熔点，例如熔点为 118°C 的铟锡合金 (52In48Sn)。

重要

如果铋低温合金与有铅焊锡混合，可能会形成熔点极低（低于 100°C）的化合物。这可能导致故障，因为某些组件在正常运行期间可能会达到这些温度。这里是一个（长）视频，里面有更多信息。

大多数焊锡合金以带助焊剂芯的焊丝形式提供。此外，它们也以焊膏和锡球的形式提供。

最常见的形式是中心带有助焊剂的焊丝。焊丝有多种直径可供选择，范围从 0.010 英寸 (0.25 mm) 到 0.125 英寸 (3.125 mm)。接头的大小和所使用的热源决定了所需的直径。

由助焊剂基底中的细小锡球组成，许多焊膏可以用注射器涂抹。它通常用于焊接表面贴装器件。

这些是大小均匀的微小焊锡球，用于特殊用途，例如更新带有球栅阵列 (BGA) 连接的芯片上的焊锡。

虽然焊锡是构成连接的材料，但助焊剂对于使焊锡流动和粘附至关重要。

焊接助焊剂是一种化学化合物，通常由松香（源自松树汁）和一种称为活化剂的活性成分组成。其主要目的是去除氧化层，这有助于焊锡粘附到其他表面，并降低熔融焊锡的表面张力。

由于焊锡不会粘附在有氧化层的金属上，且氧化层在受热时更容易形成，因此助焊剂既能清洁又能保护被连接的表面。必须将助焊剂加热到其活化温度（约 140°C）左右，才能清洁氧化层并覆盖接头，防止其再次氧化。

助焊剂还能促进润湿，使焊锡更容易流入组件之间的微小缝隙。这可以增加连接的表面积，从而使连接更牢固、导电性更好。如果你曾经遇到过焊锡熔化成糊状的情况，添加更多的助焊剂通常是让焊锡进入更液态状态的解决方法。

松香是你最常遇到的助焊剂基底。也有合成树脂助焊剂，可以根据需要定制其他助焊剂属性。

常见的活化剂有松香酸（天然存在于松树汁中）、卤化物和胺类，它们可以是酸性的，也可以是碱性的。它们的主要目的是与组件表面因暴露在空气中而形成的氧化金属发生化学反应。这些活化剂要么将金属氧化物还原回纯金属，要么形成可溶性金属氯化物或金属盐，这些物质可以被助焊剂溶解或吸收。助焊剂随后作为金属与空气之间的保护屏障，在焊锡形成连接之前防止进一步氧化。

粘性/凝胶状助焊剂易于涂抹且不易流动，常用于焊接表面贴装组件。它们是一种用途广泛、适合制作焊接连接的助焊剂形式。

请记住，助焊剂宁多勿少。你可以清理多余的助焊剂，但如果助焊剂太少，很难获得高质量的焊接连接。

助焊剂有膏状、粘性（凝胶状）和液态形式。它们也存在于焊锡丝的芯部。固体含量通常与流动性成反比。膏状（固体含量最高），其次是凝胶/粘性，然后是液态（固体含量最低）。

有些膏状助焊剂可以用硬毛刷涂抹。

粘性助焊剂通常用注射器涂抹，可用于将小组件固定在适当位置以便焊接（因此得名“粘性”）。

液态助焊剂用软毛刷或助焊笔涂抹，易于同时应用于多个连接处。

助焊剂具有几个在描述性类型代号中注明的特征。其中包括：

助焊剂基底或载体（主要成分是什么）
- 松香 (R)：非常好的通用材料。主要用于返修/维修。
- 树脂 (RE 或 RES)：松香的替代品。
- 水溶性：通常更具腐蚀性，几乎总是需要在应用后进行清洁。
  - 无机 (IN)
  - 有机 (OR)
活化程度：指助焊剂积极去除氧化物的程度；并不是程度越高越好，因为腐蚀性通常随活化程度增加。活化剂负责清洁工作。一些载体（如松香）内置有酸性活化剂。
- 低/无 (L)
- 中/轻度活化 (M)
- 高/强力活化 (H)
卤化物：这有助于去除氧化物，但会增加烟雾和蒸汽的毒性，并且需要清洁。现在含卤化物的助焊剂较少了。
- 无卤化物 (0)：在代号末尾。
- 含卤化物 (1)：在代号末尾。

带有免清洗助焊剂的助焊笔

你可能会看到标记为“免清洗”的助焊剂。这不是另一种助焊剂，而是与焊接后助焊剂留下的残留物有关。免清洗意味着助焊剂留下的残留物不太可能导致电路板上的组件出现问题。

腐蚀是清洁/免清洗定级中评估的主要项目。助焊剂残留物可能仍然具有导电性。通常，免清洗助焊剂中的助焊剂基底含量会减少，因此留下的潜在导电残留物更少。

当电路板上密集地安装了组件，且几乎无法进行清洁时，免清洗助焊剂具有优势。有时你在进行维修时，免清洗助焊剂也非常有用。不过，如果可以的话，无论是否为免清洗助焊剂，通常最好还是将电路板上的助焊剂残留物清理干净。

主要的消耗品是铜吸锡线。它由多股极细的铜线编织而成，形状像带子。通常它已经预先涂好了助焊剂。当把它压在接头上并加热时，来自接头的焊锡会吸入到编织带中，从而可以将组件拆卸下来。你可以通过在接头本身涂抹一些额外的助焊剂，然后再使用吸锡线来提高性能。

你应该随身准备一些吸锡线。它有几种宽度，甚至可能已经在编织带中浸渍了助焊剂。犯错在所难免，吸锡线是纠正这些错误的一种便捷方式。

虽然严格来说不是消耗品，但顺便提一下，吸锡器/真空吸锡泵对于拆卸可能被大量焊锡固定的较大组件非常方便。

当你进行焊接时，尤其是在电路板上，你应该清除助焊剂和助焊剂残留物（即使是“免清洗”助焊剂）。你可以使用多种方法来执行此操作。用于溶解助焊剂的材料：

91-99% 异丙醇几乎是通用的助焊剂溶剂。它是最常用的，因为容易获得。
助焊剂清洁剂可能是最终选择。如果你使用它，请确保使用适用于当前助焊剂的清洁剂。
对于非常顽固的污垢，可以使用丙酮，但要小心。丙酮可以溶解许多你不想溶解的塑料。它通常会去除电路板和芯片本身的标记，这可能导致问题。最好先测试一下，看看电路板是否会膨胀或以其他方式损坏。
蒸馏水或去离子水非常适合任何水溶性助焊剂；在大多数情况下，其他清洁剂对这些助焊剂无效或效果不佳。

清洁时，可以使用棉签（长木棍的那种，不是普通的耳部清洁棉签）或无绒擦拭布。不要吝啬。

这节不是关于如何更有效地使用烙铁。除非烙铁很便宜，否则你的烙铁头是可以更换的。可更换的烙铁头有两个用途。