《電子焊接工藝技術(shù)》課件-圖文

1電子焊接工藝技術(shù)·

主要內(nèi)容·

焊接基本原理·

焊接材料·

手工焊·

波峰焊·

再流焊·

電子焊接工藝新進(jìn)展CEPREI

2·焊接的三個(gè)理化過(guò)程：·1.潤(rùn)濕·

2.擴(kuò)散·

3.合金化·Cu?Sn5,Cu?Sn一、焊接基本原理完全潤(rùn)濕已潤(rùn)濕未潤(rùn)濕完全不潤(rùn)濕θ=0°0°<θ<90°90°<θ<180°CEPREI

3圖1

潤(rùn)濕角示意圖θ=

180°0<0<90°,意味著液體能夠潤(rùn)濕固體；90°<0<180°,則液體不能潤(rùn)濕固體。1.1

潤(rùn)濕角解析gsOlsOgs—OlsGgCEPREI

4Young

方

程

：COS)=①G單位面積內(nèi)母材的溶解量；p,液態(tài)釬料的密度；C,母材在液態(tài)釬料中的極限溶解度；V,液態(tài)釬料的體積；S液-固相的接觸面積；α母材的原子在液態(tài)釬料中的溶解系數(shù)；接觸時(shí)間。CEPREI51.2

焊接過(guò)程-擴(kuò)散溶解母材向液態(tài)釬料的擴(kuò)散溶解溶解量計(jì)算公式：dtex4K)d

金屬間化合物層厚度；t

時(shí)間；D?

材料常數(shù)，=1.68×104m2/s;金屬間化合物長(zhǎng)大激活能，=1.09eV;cutecticSn/Pb

solderCu?SnsCu?Sn1Cu

X10,000

1Pmn

時(shí)間指數(shù)，=0.5CEPREI

61.3

焊接過(guò)程--合金化界面處金屬間化合物的形成焊接不良即潤(rùn)濕角大于90°,和/

或鋪展界面存在缺陷。主要原因有兩點(diǎn)：(1)母材表面

的氧化物未被釬劑去除干凈，使

得釬料難以在這種表面上鋪展。

(2)焊料本已良好潤(rùn)濕母材，但

由于工藝不當(dāng)，使得母材表面的

金屬鍍層完全溶解到液態(tài)釬料中

或是形成了連續(xù)的化合物相，使已經(jīng)鋪展開(kāi)的液態(tài)釬料回縮，接觸角增大。焊料電路焊區(qū)未漫潤(rùn)區(qū)1.4

不良焊接-圖例無(wú)角焊縫空洞CEPREI引腳元器件引線焊接良好即

意味著釬料在其表面潤(rùn)

濕良好，潤(rùn)濕角小于90°。良好的羽狀角<90°焊料、電路焊區(qū)良好的角焊縫焊料流向邊編1.5

良好焊接-圖例CEPREI

8良好焊點(diǎn)的圖示引腳溫度(C)固相線2葉液體A183℃

區(qū)共晶溫度a葉混合物區(qū)61.9%

Sn錫含量的百分比(%)·

鉛錫焊料的特性·

1.錫鉛比例·

2.熔點(diǎn)·

3.機(jī)械性能

(

抗

拉強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度)·

4.表面張力與粘度(Sn-BS·

Pb-SB)2.1

焊接材料-

鉛錫焊料CEPREI

9圖

2

錫-鉛焊料狀態(tài)圖(相圖)100%

Sn葉液體液相線湘區(qū)Pb0雜

質(zhì)對(duì)

焊

料

性

能

的

影

響Sb銻含量大時(shí)焊料硬度增大，流動(dòng)性下降，含量超過(guò)1%時(shí)鋪展面積減少25%Cu鋼使焊料熔點(diǎn)升高，可焊性下降，含量超過(guò)0.29%時(shí)可引起焊點(diǎn)蔬松Bi鉍使焊料熔點(diǎn)下降，機(jī)械性能下降，含量超過(guò)0.5%時(shí)，使焊料表面氧化變色Cd鎘含量超過(guò)0.15%時(shí)，鋪展面積降低25%Zn鋅使焊料流動(dòng)性降低，機(jī)械性能下降，含量超過(guò)0.003%時(shí)焊料表面氧化，不耐腐蝕Al鋁作用同鋅一樣，含量超過(guò)0.005%時(shí)焊料氧化加劇Fe鐵使焊料熔點(diǎn)升高，潤(rùn)濕性下降A(chǔ)s砷含量超過(guò)0,2%時(shí)，鋪展面積下降25%P磷使焊料潤(rùn)濕性下降，引起疏松S硫使焊料潤(rùn)濕性下降，引起疏松Ag銀使焊料熔點(diǎn)升高2

.2焊接材料-

鉛錫焊料焊料的雜質(zhì)含量及其影響CEPREI10(1)熔解被焊母材表面的氧化膜(2)防止被焊母材的再氧化(3)降低熔融焊料的表面張力2-3焊接材料-助焊劑1.助焊劑的作用CEPREI11固體金屬最外層表面是一層0.2~

0.3nm的氣體吸附層。接下來(lái)是一層3~4nm

厚的氧化膜層。

所謂氧化膜層并不是單純的氧化

物，而是由氧化物的水合物、氫

氧化物、堿式碳酸鹽等組成。在氧化膜層之下是一層1~10

μm

厚

的變形層，這是由于壓力加工所

形成的晶粒變形結(jié)構(gòu)，與氧化膜

之間還有1~2

μm

厚的微晶組織。2.3.1

助焊劑-作用助焊劑要去除的對(duì)象——母材金屬表面的氧化膜CEPREI

12固體金屬的表面結(jié)構(gòu)(1)助焊劑要有適當(dāng)?shù)幕钚詼囟确秶?、助?/p>

效果。(2)助焊劑要有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)性能

穩(wěn)定。(3)助焊劑的殘留物不應(yīng)有腐蝕性且容易清

洗

；(4)不應(yīng)析出有毒、有害氣體，符合環(huán)保的

基本要求；(5)要有符合電子工業(yè)規(guī)定的水溶性電阻和

絕緣電阻；助焊劑應(yīng)具備的性能2-4焊接材料-助焊劑CEPREI13一無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)酸有機(jī)酸(OA)非活性化松香(R)弱活性化松香(RMA)活性化松香(RA)超活性化松香(RSA)合成松香(SA)2-5焊接材料-

助焊劑無(wú)機(jī)系列

(IN)有機(jī)系列(0R)

————(RE),樹(shù)脂系列(R0)CEPREI

14助焊劑的種類(lèi)一

內(nèi)熱式(發(fā)熱器件裝在烙鐵頭內(nèi)部)普通型外熱式(烙鐵頭裝在發(fā)熱器件中間)電焰鐵品種一

手槍式(又稱(chēng)“單手電烙鐵”,可半自動(dòng)送錫)特殊型——

自動(dòng)溫控式(溫度可謂，自動(dòng)溫控)—

自動(dòng)斷電式(焊接時(shí)自動(dòng)斷電，也有自動(dòng)溫控功能)3.1手工烙鐵焊-工具CEPREI

15田

3

電烙鐵的主要品種焊

接

對(duì)

象功率/W品

種說(shuō)

明1印制電路板焊接點(diǎn)2535普通內(nèi)熱式2整機(jī)總裝的導(dǎo)線、接線焊片(柱)、

散熱器、接地點(diǎn)等4050手槍式3溫度敏感元器件、無(wú)引線元器件自動(dòng)溫控式溫度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，并自動(dòng)溫控4高可靠要求產(chǎn)品自動(dòng)斷電及自動(dòng)溫控式焊接時(shí)能自動(dòng)斷電，防止烙鐵

漏電造成對(duì)元器件的損傷3-2手工烙鐵焊-工具選擇CEPREI16表

3

烙鐵的選擇·

烙鐵頭的

特性·1.溫度·2.形狀·

3.耐腐蝕性A—A

曲線：焊接時(shí)烙鐵頭溫度變化曲線

B—B

曲線：焊點(diǎn)處溫度變化曲線R:

預(yù)熱時(shí)間

S;

焊接時(shí)間

F;

冷卻時(shí)間圖

4

焊接溫度變化曲線3.2手工烙鐵焊-工具特性溫度/(時(shí)間，/sCEPREI17被焊對(duì)象錫絲直徑/mm1印制板焊接點(diǎn)0.8~1.02小型蠟子與導(dǎo)線焊接1～1.23大型端子與導(dǎo)線焊接1.2-23.2手工烙鐵焊-焊錫絲選擇CEPREI18表

4

焊銀絲的選擇·1.焊前準(zhǔn)備·

2.焊接步驟·

3.焊接要領(lǐng)3-2手工烙鐵焊-方法(a)

加蓋

(b)

送上錫絲

(c)

脫開(kāi)錫絲

(d)

脫開(kāi)賂鐵圖

7

焊接操作示章圍CEPREI

19進(jìn)

→

涂敷助焊劑

預(yù)熱

沒(méi)焊

冷卻

切頭出、冷卻

—

波峰焊

預(yù)熱

涂敷助焊劑

除去線頭進(jìn)

→

涂敷助焊劑

預(yù)熱焊接冷卻

→

出4.1

波峰焊-工藝流程(b)

長(zhǎng)插/二次焊接流程圖8

波峰焊接的工藝流程CEPREI

20(a)

短插/一次焊接流程簡(jiǎn)

要

說(shuō)

明優(yōu)

點(diǎn)缺

點(diǎn)一次焊接①焊接采用一次波峰焊。②機(jī)械自動(dòng)插件后的手工插采用短腳

直插、元器件引線需預(yù)先加工至規(guī)定長(zhǎng)

度

。③焊接完成后，對(duì)焊接面進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，

需要對(duì)少量超出規(guī)定長(zhǎng)度的引腳進(jìn)

行修剪

。①流程短，工序少，節(jié)

約工時(shí)及原材料。②對(duì)元器件沒(méi)有損傷。③設(shè)備造價(jià)低。④適合焊接表面安裝

組

件

。在手工播裝時(shí)：①元器件需預(yù)先成形。②補(bǔ)焊時(shí)增加修剪工作量。二次焊接①焊接采用第

一

次浸焊，第二次波

峰

焊

。②插件采用長(zhǎng)腳直插，引腳長(zhǎng)度沒(méi)有

要

求

。③第一次焊接后需要通過(guò)旋風(fēng)切削，將

引腳切到規(guī)定長(zhǎng)度。①元器件不必預(yù)成形。②補(bǔ)焊工作量減少。①旋風(fēng)切削對(duì)某些元器件有

損

傷

。②元器件要經(jīng)受兩次熱沖擊。③切削刀具易磨損。④原材料及能源消耗大。⑤設(shè)備造價(jià)高。⑤不能用于表面安裝。4.1

波峰焊-工藝流程比較CEPREI

21襲5

二種焊接方法的比較·溶解焊盤(pán)與引線腳表

面的氧化膜，并覆蓋在其表面防止其再度

氧化；·

降低熔融焊料的表面

張力，使?jié)櫇裥悦黠@

提高?！?/p>

工藝主要步驟-11.涂覆焊劑4.2.1

波峰焊-工藝步驟CEPREI

22·揮發(fā)助焊劑中的溶劑·活化助焊劑，增加助焊能力·減少高溫對(duì)被焊母材的熱沖擊·減少錫槽的溫度損失·

3.焊接·

245±5℃·

3～5SCEPREI4.2.1

波峰焊-工藝步驟·

2.預(yù)熱90~120℃23·1.助焊劑比重(保持恒定)·2.預(yù)熱溫度(90～110℃,調(diào)溫或調(diào)速)·

3.焊接溫度(245±5℃)·

4.焊接時(shí)間(3～5S)·

5.波峰高度(2/3

Board)·

6.傳送角度(5~7°)4.2.2波峰焊-

工藝參數(shù)的設(shè)定CEPREI

244.2波峰焊-參數(shù)的影響(a) (b)B:

印制電路板厚度圖

9

鎘峰高度示意圖CEPREI25高度與角度圖10

傳送角度示意圖0=5'≈7'(c)·

補(bǔ)

焊

內(nèi)

容·

1.插件高度與斜度·

2.漏焊、假焊、連焊·

3.漏插·

4.引腳長(zhǎng)度4.2波峰焊-焊后補(bǔ)焊CEPREI

2611

引出腳長(zhǎng)度(a)

(b)圖12

臥式元器件4.2.1插件高度與斜度的規(guī)定(c)圖13

立式元器件(a)

(b)CEPREI274.3波峰焊設(shè)備-波峰焊機(jī)1.

涂敷焊劑裝置

2

.

預(yù)熱裝置

3

.波峰焊錫槽

4

.

冷卻裝置(a)

功能示意圖CEPREI

28波峰焊機(jī)4.3波峰焊設(shè)備-助焊劑涂覆裝置CEPREI

29圖16

發(fā)泡法裝置示意圖圖18

噴射法裝置示意圖旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)壓縮空氣壓縮空氣鼓風(fēng)機(jī)助焊劑助焊劑4.3.1

波峰焊設(shè)備-部件·預(yù)熱器。強(qiáng)迫對(duì)流式(熱風(fēng))·

石英燈加熱(短紅外)熱棒(板)加熱(長(zhǎng)紅外)CEPREI

3021

患應(yīng)式電磁泵結(jié)構(gòu)示意圖圖19

機(jī)械泵結(jié)構(gòu)示意圖

(b)CEPREI

314.3.1

波峰焊設(shè)備-部件·波峰發(fā)生器4.3.2

波峰的形狀CEPREI

32圖22

湍流-層流波4.3.1

波峰焊設(shè)備-部件·

切引線機(jī)·

紙基砂輪式·鑲嵌式硬質(zhì)合金刀·

全硬質(zhì)合金無(wú)齒刀CEPREI

331.夾持印刷電路板的寬度能夠調(diào)整，以滿足不同尺寸類(lèi)型的印刷電路板的需求.2.運(yùn)行必需平穩(wěn)，在運(yùn)行中能維持一個(gè)恒定的速度3.為滿足產(chǎn)量及最佳焊接時(shí)間的需要，傳輸速度一般要求在0.25~3m/min范圍內(nèi)可無(wú)級(jí)調(diào)速4.印刷電路板通過(guò)波峰時(shí)有微小的仰角，其角度一般要求在4~9°范圍內(nèi)可調(diào)整4.3.1

波峰焊設(shè)備-部件·

傳輸機(jī)構(gòu)CEPREI

34·空氣刀4.3.1

波峰焊設(shè)備-部件CEPREI

35預(yù)熱區(qū)SMA傳送帶傳送方向·

再流焊類(lèi)型：·1.對(duì)流紅外再流焊·

2.熱板紅外再流焊

·

3.氣相再流焊(VPS)·

4.激光再流焊5

再流焊CEPREI

36困27

紅外再流焊功能示意圖再流焊區(qū)羚卻區(qū)SMA1.溫度曲

線的確

定原則

；·2.實(shí)際溫

度曲線

的確定；·3.溫度曲

線的測(cè)

定方法5.1再流焊-工藝參數(shù)CEPREI

37圖

2

9

紅外焊的理想溫度曲線1((1)預(yù)熱區(qū)(加熱通道的25-33%)。釬料膏中的溶劑開(kāi)始蒸發(fā)。溫度上升必須慢

(2-3°C/秒),以防止沸騰和飛濺形成小

錫珠，同時(shí)避免過(guò)大熱應(yīng)力。(2)活性區(qū)(33-50%,120-160℃)。使PCB

均溫。同時(shí)助焊劑開(kāi)始活躍，化學(xué)清洗行動(dòng)開(kāi)始。(3)和(4)再流區(qū)(205-230℃)。釬料膏中

的金屬顆粒熔化，在液態(tài)表面張力作用下形成焊點(diǎn)表面。(5)冷卻區(qū)。焊點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)隨冷卻速率增加而稍微增加，但太快將導(dǎo)致過(guò)大熱應(yīng)

力(應(yīng)于5～15℃/秒)。5.1.1再流過(guò)程-溫度曲線的確定原則焊錫膏的再流過(guò)程時(shí)間(秒)再流溫度曲線CEPREI

38優(yōu)化的再流溫度曲線是SMT

組裝中得到優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的最重要因素之一。再流溫度曲線的影響參數(shù)中最主要的是傳送帶速度和每個(gè)加熱區(qū)的溫度。

設(shè)定再流溫度曲線的輔助工具：溫度曲線儀、熱電偶、焊錫膏參數(shù)。熱電偶附著方法：(1)采用Sn-Ag合金的高溫軟釬焊；(2)用少量熱導(dǎo)膏覆蓋住熱電偶，再

用高溫膠帶粘住；(3)高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑。圖：將熱電偶附著在PCB

焊盤(pán)及元器件引

線/金屬化層之間5.1.2再流過(guò)程-實(shí)際溫度曲線的測(cè)定CEPREI

395.2

焊錫膏的再流過(guò)程及工藝參數(shù)的影響5.2.1再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖預(yù)熱不足或過(guò)多的再流溫度曲線CEPREI

40t3回流太過(guò)，減少回流區(qū)

溫度回流溫度---活性溫度回流不夠，

增加回流區(qū)

溫度加熱通道預(yù)熱區(qū)

活性區(qū)

回流區(qū)

冷卻區(qū)時(shí)間(速度的函數(shù))圖

再流太多或不足CEPREI

415.2.2

釬料膏的再流過(guò)程及工藝參數(shù)的影響再流溫度曲線參數(shù)及其影響溫度c)t2t15.2.3

焊錫膏的再流過(guò)程及工藝參數(shù)的影響再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖

冷卻過(guò)快或不足CEPREI

42(1)絲印孔與焊盤(pán)不對(duì)位，印刷不精確，使釬料膏弄臟

PCB;(2)釬料膏在氧化環(huán)境中暴露過(guò)多，吸入水分過(guò)多；(3)加熱不精確，太慢且不均勻；(4)加熱速率太快且預(yù)熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；(5)釬料膏干得太快；(6)助焊劑活性不足；(7)太多顆粒很小的釬料合金粉末；(8)再流過(guò)程中助焊劑的揮發(fā)不適當(dāng)。工藝認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)釬料球直徑不能超過(guò)焊盤(pán)

與印制導(dǎo)線之間的距離；

600mm2

的范圍內(nèi)不能出現(xiàn)

超過(guò)5個(gè)釬料球。5.3.1

焊錫膏再流焊缺陷分析CEPREI43釬料球產(chǎn)生原因(1)釬料膏量不足；(2)元件引線的共面性不好；(3)釬料熔化及潤(rùn)濕不好；(4)引線吸錫或附近有連線孔。5.3.2焊錫膏再流焊缺陷分析(1)釬料膏粘度過(guò)低；(2)焊盤(pán)上釬料膏過(guò)量；(3)再流峰值溫度過(guò)高。CEPREI