手工焊培訓ppt

1、手工焊接培訓手工焊接培訓IPC電子電子工藝標準工藝標準 A-610: Sec. 12.2.5.6; J-STD-001: Sec. 9.2.6.8/Table 9-8 國際焊接標準是為了保證長期的焊接可靠性國際焊接標準是為了保證長期的焊接可靠性焊接焊接工藝工藝 焊點焊點的內(nèi)部構(gòu)造的內(nèi)部構(gòu)造來源來源: R.J. Kleinwassink, 電裝電裝行業(yè)中的焊接行業(yè)中的焊接焊點焊點在連接兩種材料時有兩個關(guān)鍵目的在連接兩種材料時有兩個關(guān)鍵目的: 1. 2. 持久的機械連接強度持久的機械連接強度這是這是在電子顯微鏡下所見到新的化學介質(zhì)層在電子顯微鏡下所見到新的化學介質(zhì)層 I M C （金屬間化合金屬間

2、化合物）它由物）它由 Cu3Sn (e-相相) 和和 Cu6Sn5 (-相相) 兩兩種物質(zhì)組成種物質(zhì)組成要達到要達到持久牢固的機械連接，必須將焊點的溫度上升到焊錫熔點以上約持久牢固的機械連接，必須將焊點的溫度上升到焊錫熔點以上約30左右左右，及及23秒秒.這時的無這時的無鉛焊錫（鉛焊錫（SnAgCu）才有可能在焊盤與器件引腳之間形成一種新的化學物質(zhì)持久地將兩者牢固連接）才有可能在焊盤與器件引腳之間形成一種新的化學物質(zhì)持久地將兩者牢固連接.焊接科學和溫度控制的重要性焊接科學和溫度控制的重要性室內(nèi)溫度室內(nèi)溫度25 30 C(所有材料都是固態(tài)的)引腳，焊錫和焊盤之間沒有引腳，焊錫和焊盤之間沒有連接連

3、接引腳，焊錫和焊盤之間由表面引腳，焊錫和焊盤之間由表面張力粘結(jié)在一起張力粘結(jié)在一起焊錫熔點溫度焊錫熔點溫度 217 220 C(液態(tài)焊錫流)化合物太多會使機械強度會下降化合物太多會使機械強度會下降高于可接受的溫度高于可接受的溫度 380 420 C 或更高或更高(化學反應劇烈金屬間化合物生長太多)焊接科學和溫度控制的重要性焊接科學和溫度控制的重要性化學反應使引腳，焊錫和焊盤之間持久化學反應使引腳，焊錫和焊盤之間持久連接連接化學擴散反應的溫度化學擴散反應的溫度 (在23秒鐘時生成的金屬間化合物大約為 0.5 m.)Cu3Sn / Cu6Sn5工藝控制工藝控制: 是是 否否1.波峰焊設(shè)備溫度波峰焊

4、設(shè)備溫度 255 265C2.回流焊爐溫度回流焊爐溫度 235 250C3.手工烙鐵焊接溫度手工烙鐵焊接溫度 380 450CXXX錯誤的手工焊接不可能導致良好的錯誤的手工焊接不可能導致良好的工藝控制，使生產(chǎn)線前功盡棄。工藝控制，使生產(chǎn)線前功盡棄。在一塊組裝板上只要有一個焊點因在一塊組裝板上只要有一個焊點因為為過冷過冷或或過熱過熱焊接，就將導致整塊焊接，就將導致整塊組裝板不能達到它的設(shè)計使用壽命組裝板不能達到它的設(shè)計使用壽命! 290250217時間時間C工藝控制區(qū)域工藝控制區(qū)域過冷過冷過熱過熱烙鐵頭溫度烙鐵頭溫度焊點溫度焊點溫度焊接是一門科學，在所有的焊接工作中都要求工藝控制焊接是一門科學，

5、在所有的焊接工作中都要求工藝控制! 450抗拉強度（抗拉強度（ N/mm2）金屬間化合物金屬間化合物( m)脆弱的焊點脆弱的焊點沒有長期的沒有長期的可靠性可靠性!沒有連接!工藝控制區(qū)工藝控制區(qū)溫度對于焊點可靠性的影響溫度對于焊點可靠性的影響工藝控制區(qū)工藝控制區(qū)如果焊點如果焊點 太熱太熱, 產(chǎn)生的金屬鍵化合物太厚，產(chǎn)生的金屬鍵化合物太厚， 焊點的機械強度會降低焊點的機械強度會降低!機械強度機械強度 金屬鍵化合物厚度金屬鍵化合物厚度 溫度溫度 +時間時間冷焊冷焊!如果焊點如果焊點過冷過冷, 產(chǎn)生金屬間化合物太薄，產(chǎn)生金屬間化合物太薄，焊點機械強度不夠，形成冷焊焊點機械強度不夠，形成冷焊!Bad T

6、in-Lead grain structure:Overheat processGood Tin-Lead grain structure:Process controlled過熱過熱!良好良好!良好的鉛錫結(jié)晶結(jié)構(gòu)：可控的工藝較差的鉛錫結(jié)晶結(jié)構(gòu)：過熱的工藝典型的無鉛合金及應用范圍典型的無鉛合金及應用范圍 合合 金金: 熔熔 點點: 應應 用用:Sn99Cu 230C 錫槽錫槽(低成本低成本但是但是必須使用抗氧化劑或氮氣必須使用抗氧化劑或氮氣） 要求高的工藝溫度要求高的工藝溫度 對電路板元件和設(shè)備都有傷害。對電路板元件和設(shè)備都有傷害。 Sn96Ag4 221C 軍用電子、空間電子、軍用電子、空間

7、電子、 CCGA元件元件，由于熔點高浸潤特由于熔點高浸潤特 性象錫鉛一樣良好。性象錫鉛一樣良好。但是但是成本高并可能產(chǎn)生銀的遷移。成本高并可能產(chǎn)生銀的遷移。 SnAgCu 217C 在移動和通信工業(yè)中在移動和通信工業(yè)中, 由于較高的熔點，比錫鉛合金有由于較高的熔點，比錫鉛合金有 更高的抗震阻抗。更高的抗震阻抗。但是但是浸潤性較差浸潤性較差。 無鉛焊點的特性無鉛焊點的特性:浸潤不佳浸潤不佳孔洞增加孔洞增加形成須錫形成須錫焊點不光滑焊點不光滑由于無鉛焊料最初樹枝狀的結(jié)晶，焊點由于無鉛焊料最初樹枝狀的結(jié)晶，焊點表面有更多的顆粒狀。表面有更多的顆粒狀?！澳叹€條凝固線條”或或 “桔皮形狀桔皮形狀” 影

8、響外觀，影響外觀，但并不表明是不良的焊點但并不表明是不良的焊點!無鉛焊點的特性無鉛焊點的特性:l 熱量傳輸速度是關(guān)鍵，熱量傳輸速度越快，助焊劑越能更好的清除氧化物熱量傳輸速度是關(guān)鍵，熱量傳輸速度越快，助焊劑越能更好的清除氧化物并清潔部件。并清潔部件。l 對于可焊性，熱量恢復是最重要的。由于工藝溫度較高，熱量補充不足會對于可焊性，熱量恢復是最重要的。由于工藝溫度較高，熱量補充不足會產(chǎn)生不良影響。產(chǎn)生不良影響。l 低殘留物的手工焊接，需要穩(wěn)定的烙鐵頭溫度，不僅確保清除氧化物，更低殘留物的手工焊接，需要穩(wěn)定的烙鐵頭溫度，不僅確保清除氧化物，更可保證焊劑殘留物的全部揮發(fā)?？杀ＷC焊劑殘留物的全部揮發(fā)。l

9、 烙鐵頭的幾何形狀對于優(yōu)良的熱量傳輸是很關(guān)鍵的，烙鐵頭的多種選擇性烙鐵頭的幾何形狀對于優(yōu)良的熱量傳輸是很關(guān)鍵的，烙鐵頭的多種選擇性和易更換性對于使用也很重要。和易更換性對于使用也很重要。l 綜上所述選用回溫速度快、控溫能力強，能夠在短時間補充溫度和熱量的綜上所述選用回溫速度快、控溫能力強，能夠在短時間補充溫度和熱量的高品質(zhì)焊臺尤其重要。高品質(zhì)焊臺尤其重要。無鉛手工焊接要點無鉛手工焊接要點l序言l由于很多公司開始面對無鉛焊接的工藝挑戰(zhàn)，手工焊接以及相關(guān)技術(shù)已經(jīng)被認為是制造中的關(guān)鍵因素，需要更過的研究與發(fā)展。l手工焊接一般發(fā)生在生產(chǎn)線的末端，這時的PCB板已經(jīng)具有很高的內(nèi)在價值，所以手工焊接的過程

10、控制是否正確對生產(chǎn)率與成本的高低有重要的影響。l本文討論涉及手工焊接的過程控制的幾個重要因素并討論如何適應滿足完成無鉛焊接的需要。l過程控制l現(xiàn)在許多生產(chǎn)商對衡量手工焊接質(zhì)量的標準主要靠檢查烙鐵頭的溫度。隨著無鉛焊接溫度比傳統(tǒng)焊接溫度的提高，焊接熔點的提高，需要一種更為全面的衡量標準參數(shù)。l IPC 要求在一個固定時間段，手工焊接根據(jù)經(jīng)驗要達到最佳的焊點連接溫度。它不是強調(diào)絕對的焊接溫度，而是強調(diào)焊點的熱交換效率。l諸如烙鐵頭的形狀尺寸，焊接時的功率輸出與焊接的時間長短都對焊點的熱交換效率有影響， 所以這些因素在檢測，控制與分析無鉛焊接過程時都應該考慮進去。l所以，手工焊接過程可以分為以下幾步

11、：A 烙鐵頭應該清理干凈，上錫，選擇合適的形狀以保持和焊點/焊盤最大的接觸面積B 烙鐵頭與焊點的接觸點的溫度應該在焊錫絲熔點以上30c 保持2-3秒，在此期間助焊劑產(chǎn)生作用并揮發(fā)，焊錫絲熔化。C 焊錫絲熔化以后，開始覆蓋焊點焊盤與通孔。D 烙鐵頭離開焊點，熔化的焊錫凝固。l 焊接處的溫度l 對任何手工焊接過程，焊接點形成的正確溫度對于形成優(yōu)質(zhì)的焊點都是至關(guān)重要的，通過檢查焊接點金屬層的厚度與內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)可以清楚地分析出焊接中傳遞給焊點的熱量是否正確。l 焊接表面可以反映出焊點焊盤在電路板上形成是否良好。l 控制焊點處金屬層厚度對于形成可靠的連接是很重要的。焊點內(nèi)部金屬形成速率與焊接溫度與焊接時

12、間有關(guān)。如果烙鐵提供的溫度過高，會增大焊點金屬層的體積，從而導致焊點產(chǎn)生易脆的缺陷。提供的溫度過低，會使焊點熔化不足。焊點金屬層厚度會反映出焊點的質(zhì)量焊點金屬層厚度會反映出焊點的質(zhì)量 （左側(cè)：溫度過低，中間：溫度合適，右側(cè)：溫度過高）（左側(cè)：溫度過低，中間：溫度合適，右側(cè)：溫度過高）l 如下圖，焊腳處的焊點形狀與外觀可以反映出焊點的質(zhì)量，不幸的是無鉛焊接焊腳與有鉛焊接的焊腳外觀很不一樣無鉛焊接的焊腳外觀顏色暗（左側(cè)），且有比較大的濕潤角度 l 助焊劑的考慮l 烙鐵傳輸?shù)臒崃空_與否也影響到助焊劑的運用。 l 普通的助焊劑由以下成分組成，它們的沸點如下：l 酸(Adipic, Glutaric)

13、200C-260C l 酒精 (Ethanol, Propanol)78C-180C l 水100C l 酒精與部分酸的沸點低于普通的手工焊接溫度。所以為了避免防止助焊劑在過早地揮發(fā)，使助焊劑有充分的時間起作用，保證焊接烙鐵不要提供焊點過多的熱量和過高的溫度是很重要的。l 助焊劑的選擇對于形成良好的焊點也是重要的。隨著焊接溫度的提高，氧化的速度也提高，由于無鉛焊接具有較弱的親和力，需要助焊劑有較“強”的作用，所以焊錫絲中的助焊劑含量應該從普通的1%提高到2%（體積百分比）。 l 較強的助焊劑的使用，需要更多的對PCB板的殘余焊接物的清洗，因為很多企業(yè)已經(jīng)采用非清洗焊錫膏，增加對殘余焊接物的清洗

14、勢必增加相應的環(huán)境問題。助焊劑越強，助焊劑的殘余物越多。l 加熱曲線l 為了形成良好的焊接，保證在熔點溫度以上40c 的時間在2-5 秒， 我們需要烙鐵提供相當?shù)臒崃?。大部分企業(yè)采用無鉛焊接時，選擇的焊錫絲是采用SAC和金（Tin/3.8 Silver/0.7 Copper eutectic ）。它的熔點為217C, 焊接溫度則應為247C, 選擇SAC合金則為260C.l 按照以上說述，可以得到以下的理論曲線：理論曲線l 當烙鐵頭和焊錫絲與焊點接觸時，我們從上圖可以看到溫度迅速上升，在這段時間助焊劑揮發(fā)并起作用。當溫度升到熔點以上時，焊點開始熔化。然后維持大約3秒，烙鐵移開，焊點凝固。l 注

15、意上面的曲線，在從液相變?yōu)楣滔鄷r，曲線有一個凹段。l 但是在實際操作上，l 操作者很少能夠?qū)⒗予F停留到焊點2秒以上，所以實際的曲線是下面的，在短時間內(nèi)，加熱有一個峰區(qū)，很多的熱量在此傳遞給焊點。實際的加熱曲線l 比較上面2個曲線，可以看到焊點實際達到的溫度比推薦的熔點以上40C要高，但時間要短。然而，如果考慮到烙鐵傳遞的熱量為溫度與時間的函數(shù)，2者的熱量應該做到差不多才對。l 從下圖可以看到2個曲線在熔點217c 以上的面積是相等的。 2條曲線的比較l 為了更說明問題，我們做這樣一系列的曲線在4層PCB板通孔上試驗獲得，一個K型熱電偶穿過通孔，通孔的選擇是考慮到最少有的手工焊接情況，以適應無鉛

16、焊接的普遍情況。這時候，將焊接管腳插入4個同樣的孔進行手工焊接。l 我們進行以下比較試驗：l 第一組試驗是采用常用的鑿型烙鐵頭，烙鐵頭溫度為395C, 采用60/40 Sn/Pb有鉛合金焊錫和Sn/Ag/Cu無鉛合金焊錫重復試驗。l 第2組試驗采用無鉛焊錫Sn/Ag/Cu在2個不同的烙鐵頭溫度395C and 335C下進行比較試驗。l 從第一組的實驗結(jié)果看出，曲線的峰值溫度和在助焊劑作用區(qū)溫度升高的斜率都是非常相似的。不過你可以看到采用無鉛焊接比有鉛焊接在時間上有0.2-0.5l 秒的滯后，這很可能是由于無鉛焊接Sn/Ag/Cu 合金比有鉛焊接Sn/Pb合金有較弱的焊錫親和力。第二組試驗比較

17、2個不同的焊接溫度下的情況?？梢钥吹剑^低的烙鐵頭溫度有比較長的焊接形成時間，到達最高溫度也比較低盡管溫度差并不大。令人感興趣的是，在助焊劑作用區(qū)溫度升高的速度對于較低溫度的烙鐵頭反而比較快，雖然整個的焊接時間是相似的。 l 由此我們可以得出以下幾個結(jié)論：l l 由于無鉛焊接的Sn/Ag/Cu 合金焊錫的焊接親和力較弱，焊接的時間有一點延長。l 助焊劑的活化作用與焊點的最高溫度受合金成分的影響很小。 l 焊點的最高溫度受烙鐵頭溫度的影響比較大，如果你選擇了合適的烙鐵頭尺寸，并且在焊點處有良好的熱傳導，這一影響在焊接的開始時間會有所減小。 l 客戶必須在焊接時間，消耗成本，正確的焊接數(shù)量之間選擇

18、最佳的平衡點。l 提高焊接溫度可以改善無鉛焊接的合金焊錫親和力比較弱的缺點，并且試焊接的時間縮短，但是這樣做的危險性是有可能損壞PCB板和芯片，同時會影響助焊劑的作用效果。l 另一個選擇是設(shè)法 增加和維持較高的熱傳導效率，這樣既可以減少損壞PCB板和芯片的危險，又可以使焊接成本保持盡可能低的水平。l 最佳的熱傳導。l 標準的烙鐵頭是由以下成分構(gòu)成：l 采用銅的原因是它有良好的熱傳導特性，鐵的作用是可以防止銅的耗散并保護銅的外形，最外側(cè)的涂層（必須是無鉛焊材料）使烙鐵的焊接具有好的沾錫特性-形成好的熱傳導特性。對這涂層的保護對于形成最佳的熱傳導極為關(guān)鍵。l (鉻與鎳的作用是防止在焊接中焊錫滲入烙

19、鐵頭內(nèi)部)l 另外一個重要的選擇是挑選正確的烙鐵頭幾何形狀，它的大小應當與被焊接的元件相當，平的烙鐵頭比圓的烙鐵頭有更大的接觸面積，從而有更好的熱傳導特性。烙鐵頭的形狀應當與被焊接物體有類似的形狀與尺寸。（左：形狀合適，中：型狀太小, 右：形狀太大）l 烙鐵頭壽命l 一般來說，所有的烙鐵頭當采用無鉛焊合金涂敷表面以后，壽命都要有所下降，因為：l 錫的含量增大，而錫會腐蝕烙鐵頭中鐵的的涂層。l 無鉛合金的熔點較高。烙鐵頭被腐蝕的速度與溫度成比例。.l 鐵的涂層有較高的氧化率。l 助焊劑有更強的腐蝕性。l 由于材料本身的特性，烙鐵頭的被腐蝕是無法避免的。.l 所有的涂層表面都有缺陷存在，如下圖的裂縫所示。焊錫熔化以后勢必沿這些裂縫往里面滲透。這種損壞被稱為初始的損傷，大部分使用時間（約90%）導致烙鐵頭的這種損傷 大部分使用時間（約90%）導致烙鐵頭的這種損傷 一旦熔化的焊錫穿透鐵的鍍層進入到銅的內(nèi)部，銅材料就會迅速被破壞，烙鐵頭的壽命就終止。10%的使用時間導致烙鐵頭這種損壞裂縫的擴散破壞l 增加貼得鍍層厚度雖然可以增加烙鐵頭的使用壽命，但是將導致烙鐵