1.2 印刷电路板与焊接材料
在电子产品内部，所有的电子元件都是安装在一块或者是几块印刷电路板上的，再使用焊接材料进行电气连接。
1.2.1 印刷电路板
在覆铜板上，按照预定的设计制成导电线路，元件可直接焊在板上，称为印刷电路。完成印刷电路或印刷线路工艺加工的成品板，称为印刷电路板（Printed Circuit Board）或印制线路板，通常简称为印刷板或PCB，如图1.9所示。人们熟知的计算机主机板、显卡等，它们最重要的部分就是印刷电路板。
图1.9 印刷电路板实物
用于各类电子设备和系统中的电子器材以印刷电路板为主要装配方式，它是电子产品中电路元件和器件的支撑件，提供了电路元件和器件之间的电气连接；为自动锡焊提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形；可以从板上测得各种元器件实际的规格以及测试数据，所以PCB是电子工业重要的电子部件之一。
随着电子技术的飞速发展，印刷板从单面板发展到双面板、多层板、挠性板。计算机的主板一般都是四层板，翻盖式手机上用的就是挠性板，将手机的显示屏与手机电路连接起来。
印刷板设计制作技术也不断提高，由手工设计和传统制作工艺发展到计算机辅助设计与制作。现在PCB的布线密度、精度和可靠性越来越高；PCB的面积也大大缩小，重量也大大减轻，从而保证了电子设备向大规模集成化和微型化的发展。
目前，在电子产品中应用最广的是单面板与双面板。如图1.10所示，是一个双面板的实物，可以看到板上有许多金属过孔。
图1.10 双面板的实物
（1）PCB基础知识
PCB几乎会出现在每一种电子设备当中，如果在某种设备中有电子元器件，那么它们也都是安装在大小各异的PCB上。
①PCB常用名词
a.印刷：采用某种方法，在一个表面上再现图形和符号的工艺，通常称为“印刷”。
b.印刷线路：采用印刷法在基板上制成的导电图形，包括导线和焊盘等。
c.印刷元件：采用印刷法在基板上制成的电路元件，如电阻、电容等。
d.印刷电路：采用印刷法得到的电路，包括印刷线路和印刷元件。
e.覆铜板：由绝缘板和粘贴在上面的铜箔构成，是制造PCB电气连线的原料。
f.印刷电路板：印刷线路加工以后形成的板子，简称印刷板或PCB。板上所有元件已经安装、焊接完成的，习惯上按其功能或用途称为“某某板”或称为“某某卡”，例如计算机的主板、声卡、显卡等。
②印刷电路板上的导线 PCB本身的基板是由绝缘隔热并且不易弯曲的材料所制成。在板表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，但在制造过程中，一部分铜箔被蚀刻处理掉，剩下来的部分就变成所需要的线路了。这些线路被称作导线或布线，用来提供在PCB上各种元器件的电路连接，如图1.11所示。
图1.11 导线或布线
③印刷电路板的元器件面与焊接面 为了将元器件固定在PCB上面，需要将它们的引线端子直接焊在布线上。在最基本的PCB（单面板）上，元器件都集中在一面，导线则都集中在另一面，这就需要在板子上钻孔，使元件的引线能穿过板子焊在另一面上。所以PCB的两面分别被称为元器件面与焊接面。
④双面印刷电路板 电路板的两面都有导电图形的PCB板被称为双面印刷电路板，这种电路板的两面都有布线，要利用上板两面的导线，必须在两个板面间有适当的电路连接，起到这种连接作用的就是导孔。导孔是在PCB上充满金属的小洞，它与板两面的导线相连接。
双面板上可安排导线的面积比单面板大了一倍，而且布线可以互相交错，所以适合用在比较复杂的电子电路上。
⑤多层印刷电路板 将三层或三层以上导电图形和绝缘材料压在一起的PCB板叫作多层板。为了增加可以布线的面积，多层板使用数片双面板并在板间放进一层绝缘层后粘牢。通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。现在的最新工艺可以做到40层板。计算机的主板一般是四层板。
（2）印刷电路板上导线的布线原则
①导线走向尽可能取直，以近为佳，不要绕远。
②导线走线要平滑自然，转弯处要用圆角，避免用直角。
③当采用双面板布线时，两面的导线要避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路输入及输出用的印刷导线应尽量避免相邻平行，在这些导线之间最好加上接地线。
④印刷导线的公共地线，应尽量布置在印刷线路的边缘，并尽可能多地保留铜箔作为公共地线。
⑤尽量避免使用大面积铜箔，必须用大面积铜箔时，要将其镂空成栅格，有利于排除铜箔与基板间的黏合剂受热产生的挥发性气体；当导线宽度超过3mm时可在中间留槽，以利于焊接。
（3）PCB的对外连接
一块印刷电路板只不过是电子产品整机的一个组成部分，因此在印刷板之间以及与其他部分之间需要用导线采用焊接的方法进行电气连接。
采用导线进行电气连接时应注意以下几点。
①印刷板上的对外焊点要尽可能引到整板的边缘，并按一定的尺寸排列，以利于焊接与维修；
②连接导线应通过印刷板上的穿线孔，从PCB的元件面穿过焊在焊盘上，以提高导线与板上焊点的机械强度，避免焊盘或印制导线直接受力；要将导线排列或捆整齐，与板固定在一起，避免导线因移动而折断，如图1.12所示。
图1.12 PCB上导线的焊接
1.2.2 焊接材料
焊接材料是指易熔化的金属及其合金，它的作用是将被焊物连接在一起。焊料的熔点要比被焊物的熔点低，而且要易于和被焊物融为一体。
焊料按其组成成分，可分为锡铅焊料、银焊料、铜焊料。按照使用的环境温度又可分为高温焊锡（在高温环境下使用的焊锡）和低温焊锡（在低温环境下使用的焊料）。
在锡铅焊料中，熔点在450℃以下的称为软焊料。抗氧化焊锡是在工业生产中自动化生产线上使用的焊锡，如用在波峰焊中，这种液体焊料暴露在空气中时，焊料极易氧化，这样将产生虚焊，会影响焊接质量。为此，在锡铅焊料中加入少量的活性金属，能形成覆盖层以保护焊料不再继续氧化，从而提高了焊接质量。
锡铅焊料的形状有圆片、带状、球状、丝状等，常用的焊锡丝，在其内部加有固体助焊剂——松香。焊锡丝的直径种类也很多，常用有的4mm、3mm、2mm、1.5mm等。如图1.13所示，是丝状锡铅焊料的实物。
图1.13 丝状锡铅焊料的实物
为保障焊接质量，视被焊物的不同，选用不同的焊料是重要的。在电子产品装配中，一般都选用锡铅焊料，简称为焊锡。
（1）焊锡的特点
焊锡有如下的特点。
①熔点低。它在180℃左右时便可熔化，使用25W外热式或20W内热式电烙铁便可进行焊接。
②具有一定的机械强度。因为锡铅合金的机械强度比纯锡或者纯铅的机械强度要高，又因为电子元器件本身的重量较轻，对焊点的机械强度要求不是很高，所以锡铅合金能满足大部分焊点的强度要求。
③具有良好的导电性。因锡铅焊料均属良导体，故它的电阻很小。
④抗腐蚀性能好。焊接好的印刷电路板不必涂抹任何保护层就能抵抗大气的腐蚀，从而减少了工艺流程，降低了成本。
⑤对元器件引线和其他导线的附着力强，不易脱落。
因为锡铅焊料具有以上的优点，所以在焊接技术中得到了极其广泛的应用。
（2）锡铅焊料的配比
锡铅焊料是由两种以上金属按照不同比例组成的，因此锡铅合金的性能就随着锡铅的配比变化而变化。在市场上出售的焊锡，由于生产厂家的不同，锡铅配比有很大的差别，所以选择配比最佳的锡铅焊料是很重要的。
常用的焊锡焊料的几种配比是：
①锡60％、铅40％，熔点为182℃；
②锡50％、铅32％、镉18％，熔点为150℃；
③锡35％、铅42％、铋23％，熔点为150℃。
实用资料
常用锡铅材料的配比及用途一览表
常用锡铅材料的配比及用途见表1.2。
表1.2 锡铅焊料的配比与用途
（3）助焊剂
①助焊剂的作用 在进行焊接时，为能使被焊物与焊料连接牢靠，就必须要求金属表面无氧化物和杂质，这样才能保证焊锡与被焊物的金属表面发生合金反应。因此，在焊接开始之前，必须采取各种有效措施将氧化物和杂质除去。
除去氧化物与杂质通常有两种方法，即机械方法和化学方法。机械方法是用沙子和刀子将氧化物与杂质除掉，化学方法则是用助焊剂将氧化物与杂质清除。
使用助焊剂除去氧化物与杂质具有不损坏被焊物及效率高等特点，因此在焊接时，一般都采用这种方法。
助焊剂除了有去除氧化物的功能外，还具有加热时防止氧化的作用。由于焊接时必须把被焊金属加热到使焊料发生润湿并产生扩散的温度，但随着温度的升高，金属表面的氧化就会加速，而助焊剂此时就在整个金属表面上形成一层薄膜，包住金属使其和空气隔绝，从而起到防止氧化的作用。
助焊剂还有帮助焊料流动、减少表面张力的作用，当焊料熔化后，应该贴附于金属表面，但由于焊料本身表面张力的作用，焊料力图变成球状，从而减少了焊料的附着力，而助焊剂则有减少焊料表面张力、增加焊料流动性的功能，故使焊料附着力增强，使焊接质量得到提高。
②助焊剂的种类 助焊剂有三种系列：无机系列、有机系列和树脂系列。
a.无机系列助焊剂。无机系列助焊剂的主要成分是氯化锌或氯化铵及它们的混合物。这种助焊剂最大的特点是具有很好的助焊作用，但是具有强烈的腐蚀性。因此，多数用在可清洗的金属制品焊接中。如果对残留助焊剂清洗不干净，就会造成被焊物的腐蚀。如果将无机系列助焊剂用于印制板的焊接，将破坏印制板的绝缘功能。现在市场上出售的各种焊油多数属于这类产品。如图1.14所示，是一款可用于不锈钢、铜、铁、锌等金属焊接的助焊剂。
图1.14 一款可用于不锈钢、铜、铁、锌等金属焊接的助焊剂
b.有机系列助焊剂。有机系列助焊剂是由有机酸卤化物组成。这种助焊剂的特点是助焊性能好、可焊性高，不足之处是也有一定的腐蚀性，且热稳定性差，即一经加热，便迅速分解，然后留下无活性残留物。
c.树脂活性系列焊料。树脂活性系列焊料是在松香中加入活性剂。松香是一种天然产物，它的成分与产地有关。用作助焊剂的松香是从各种松树分泌出来的汁液中提取的，一般采用蒸馏法加工取出固态松香。如图1.15所示，是两款松香助焊剂。
图1.15 两款松香助焊剂
在制作印刷电路板时经常要使用到松香酒精助焊剂，将其涂覆在焊盘上。松香酒精助焊剂是用无水乙醇溶解纯松香配制成25％～30％的乙醇溶液。这种助焊剂的优点是没有腐蚀性，并且绝缘性能高，稳定性和耐湿性也好，而且焊接后清洗容易，并形成膜层覆盖焊点，使焊点不被氧化腐蚀。如图1.16所示，是一款瓶装松香酒精助焊剂。
图1.16 一款瓶装松香酒精助焊剂
③助焊剂的选用 电子线路的焊接通常都采用松香或松香酒精助焊剂，这样可保证电路元件不被腐蚀，电路板的绝缘性能也不至于下降。
由于纯松香助焊剂活性较弱，只有在被焊的金属表面是清洁的、无氧化层时，可焊性才比较好。有时为了清除焊接点的锈渍、保证焊点的质量，也可使用少量的氯化铵焊剂，但焊接后一定要用酒精将焊接处擦洗干净，以防残留助焊剂对电路产生腐蚀。
另外，电子元器件的引线多数是镀了锡的，也有的镀了金、银或镍的，这些金属的焊接情况各有不同，可按金属的不同选用不同的助焊剂。对于铂、金、铜、银、锡等金属，可选用松香焊剂，因这些金属都比较容易焊接。对于铅、黄铜、青铜、镍等金属可选用有机焊剂中的中性焊剂，因为这些金属比上述金属的焊接性能要差一些，如用松香助焊剂将影响焊接质量。
对于镀锌、铁、锡镍合金等金属焊件，因焊接比较困难，可选用酸性助焊剂。当焊接完成后，必须对残留助焊剂进行清洗。
实用资料
常用助焊剂配料比例一览表
如表1.3所示，给出了常用助焊剂的配料比例。
表1.3 助焊剂的配比及主要性能
