電子元器件焊接工藝.ppt

焊接工藝,焊接是電子產(chǎn)品組裝過(guò)程中的重要工藝。焊接質(zhì)量的好壞，直接影響電子電路及電子裝置的工作性能。優(yōu)良的焊接質(zhì)量，可為電路提供良好的穩(wěn)定性、可靠性，不良的焊接方法會(huì)導(dǎo)致元器件損壞，給測(cè)試帶來(lái)很大困難，有時(shí)還會(huì)留下隱患，影響的電子設(shè)備可靠性。隨著電子產(chǎn)品復(fù)雜程度的提高，使用的元器件越來(lái)越多，有些電子產(chǎn)品（尤其是有些大型電子設(shè)備）要使用幾百上千個(gè)元器件，焊點(diǎn)數(shù)量則成千上萬(wàn)。而一個(gè)不良焊點(diǎn)都會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品的可靠性。焊接質(zhì)量是電子產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。,焊接的基礎(chǔ)知識(shí),1.錫焊分類及特點(diǎn)焊接一般分三大類：熔焊、接觸焊和釬焊。（qian)2.釬焊:采用比被焊件熔點(diǎn)低的金屬材料作焊料，將焊件和焊料加熱到高于焊料的熔點(diǎn)而低于被焊物的熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)焊料潤(rùn)濕被焊物，并與被焊物相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)連接。釬焊根據(jù)使用焊料熔點(diǎn)的不同又可分為硬釬焊和軟釬焊。使用焊料的熔點(diǎn)高于4500C的焊接稱硬釬焊；使用焊料的熔點(diǎn)低于4500C的焊接稱軟釬焊。電子產(chǎn)品安裝工藝中所謂的“焊接”就是軟釬焊的一種，主要使用錫、鉛等低熔點(diǎn)合金材料作焊料，因此俗稱“錫焊”。,潤(rùn)濕(橫向流動(dòng)),又稱浸潤(rùn)，是指熔融焊料在金屬表面形成均勻、平滑、連續(xù)并附著牢固的焊料層。浸潤(rùn)程度主要決定于焊件表面的清潔程度及焊料的表面張力。金屬表面看起來(lái)是比較光滑的，但在顯微鏡下面看，有無(wú)數(shù)的凸凹不平、晶界和傷痕的，焊料就是沿著這些表面上的凸凹和傷痕靠毛細(xì)作用潤(rùn)濕擴(kuò)散開(kāi)去的，因此焊接時(shí)應(yīng)使焊錫流淌。流淌的過(guò)程一般是松香在前面清除氧化膜，焊錫緊跟其后，所以說(shuō)潤(rùn)濕基本上是熔化的焊料沿著物體表面橫向流動(dòng)。潤(rùn)濕的好壞用潤(rùn)濕角表示.,潤(rùn)濕示意圖,擴(kuò)散(縱向流動(dòng)),伴隨著熔融焊料在被焊面上擴(kuò)散的潤(rùn)濕現(xiàn)象還出現(xiàn)焊料向固體金屬內(nèi)部擴(kuò)散的現(xiàn)象。例如，用錫鉛焊料焊接銅件，焊接過(guò)程中既有表面擴(kuò)散，又有晶界擴(kuò)散和晶內(nèi)擴(kuò)散。錫鉛焊料中的鉛只參與表面擴(kuò)散，而錫和锏原子相互擴(kuò)散，這是不同金屬性質(zhì)決定的選擇擴(kuò)散。正是由于這種擴(kuò)散作用，在兩者界面形成新的合金，從而使焊料和焊件牢固地結(jié)合。,合金層(界面層),擴(kuò)散的結(jié)果使錫原子和被焊金屬銅的交接處形成合金層，從而形成牢固的焊接點(diǎn)。以錫鉛焊料焊接銅件為例。低溫(250300)條件下，銅和焊錫的界面就會(huì)生成Cu3Sn和Cu6Sn5。若溫度超過(guò)300，除生成這些合金外，還要生成Cu31Sn8等金屬間化合物。焊點(diǎn)界面的厚度因溫度和焊接時(shí)間不同而異，一般在310um之間。圖32所示是錫鉛焊料焊接紫銅時(shí)的部分,錫鉛焊料焊接紫銅時(shí)的部分?jǐn)嗝娼饘俳M織的放大說(shuō)明,焊接要素,1.焊接母材的可焊性2.焊接部位清潔程度3.助焊劑4.焊接溫度和時(shí)間焊錫的最佳溫度為2505C，最低焊接溫度為240C。溫度太低易形成冷焊點(diǎn)。高于260C易使焊點(diǎn)質(zhì)量變差焊接時(shí)間：完成潤(rùn)濕和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程需23S，1S僅完成潤(rùn)濕和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程的35%。一般IC、三極管焊接時(shí)間小于3S，其他元件焊接時(shí)間為45S。,手工焊接設(shè)備,普通電烙鐵、調(diào)溫式電烙鐵、恒溫電烙鐵,各種電烙鐵頭,調(diào)溫式電烙鐵,1.手動(dòng)調(diào)溫式電烙鐵實(shí)際是將烙鐵接到一個(gè)可調(diào)電源上，通過(guò)改變調(diào)壓器輸出的交流電壓的大小來(lái)調(diào)節(jié)烙鐵溫度。這種烙鐵的溫度穩(wěn)定性不是很穩(wěn)定。2.自動(dòng)調(diào)溫式電烙鐵這種烙鐵的典型產(chǎn)品如日本白光公司的HAKO928。它靠溫度傳感器監(jiān)測(cè)烙鐵頭的溫度，并通過(guò)放大器將溫度傳感器輸出信號(hào)放大，控制給烙鐵供電的電源電壓，當(dāng)烙鐵頭的溫度與設(shè)定溫度較大時(shí)，以較大的電壓加熱，當(dāng)烙鐵頭的溫度與設(shè)定的溫度較小時(shí)，以較小的電壓加熱。這種烙鐵的特點(diǎn)是，控溫準(zhǔn)確（控溫精度為10C）。,自動(dòng)調(diào)溫式電烙鐵,恒溫電烙鐵,恒溫電烙鐵是指溫度非常穩(wěn)定的電烙鐵。典型產(chǎn)品如美國(guó)METICA公司的產(chǎn)品如下圖。MS-500S這種烙鐵由焊接臺(tái)、TIP頭、和烙鐵架三部分組成。其中焊接臺(tái)是加熱電源，輸出低壓高頻的電流對(duì)烙鐵頭（TIP頭）加熱。與普通的電烙鐵有根本的區(qū)別，普通的電烙鐵，加熱區(qū)遠(yuǎn)離烙鐵頭并采用恒功率電阻式發(fā)熱，因此烙鐵頭升溫慢，熱慣性大，操作不慎容易損壞芯片。Metcal烙鐵頭由特殊材料制成，在TIP頭溫度沒(méi)有達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)以較大功率加熱，當(dāng)溫度接近設(shè)定溫度時(shí)，由于TIP頭本身電阻的變化，會(huì)以較小的功率加熱。因此烙鐵頭升溫迅速，溫度穩(wěn)定并能保證每一個(gè)操作者的電烙鐵在同樣的溫度范圍內(nèi)完成焊接工作。這種烙鐵的工作特點(diǎn)是：1)升溫快，TIP能在4秒鐘內(nèi)自動(dòng)升溫到所需的溫度。2)溫度穩(wěn)定性好，TIP頭的加熱溫度可達(dá)到的精度為1.1C。3)符合ESD防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，特別適合微型電子組件的手工焊接和返修。,METICA公司恒溫電烙鐵,焊料,凡是用來(lái)熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之形成一個(gè)整體的金屬的合金都叫焊料。根據(jù)其組成成分，焊料可以分為錫鉛焊料、銀焊料、及銅焊料。按熔點(diǎn)，焊料又可以分為軟焊料（熔點(diǎn)在450以下）和硬焊料（熔點(diǎn)在450以上）。在電子裝配中常用的是錫鉛焊料。,焊錫合金的特性-導(dǎo)電,導(dǎo)電：相對(duì)于銅的導(dǎo)電率，錫鉛合金的導(dǎo)電率僅是銅的1/10，即它的導(dǎo)電能力比較差。焊點(diǎn)的電阻與電阻率、焊點(diǎn)的形狀、面積等多種因素有關(guān)。焊點(diǎn)如有空洞、深孔等缺陷，電阻就要明顯變大。在室溫下，一般一個(gè)焊點(diǎn)的電阻通常在110m之間。當(dāng)有大電流流過(guò)焊接部位時(shí)，就必須考慮其壓降和發(fā)熱。因此，對(duì)大電流通過(guò)的焊接部位，除了印制導(dǎo)線要加寬外，待焊物件還應(yīng)該繞焊,焊錫合金的特性-力學(xué)性能在實(shí)際焊接中，即使不考慮焊接過(guò)程中所產(chǎn)生的缺陷如空洞和氣泡等對(duì)強(qiáng)度的影響，焊點(diǎn)強(qiáng)度也經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題。電子產(chǎn)品在實(shí)際工作中，焊點(diǎn)電阻的存在，而出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，在溫度循環(huán)的情況下，焊點(diǎn)出現(xiàn)蠕變和疲勞，這將極大的影響焊點(diǎn)的力學(xué)性能。例如溫度在20110之間循環(huán)超過(guò)2000次，焊料的抗剪強(qiáng)度僅為正常值的1/51/10。此外焊點(diǎn)的強(qiáng)度還與焊點(diǎn)的形狀、負(fù)載的方向、厚度以及冷卻的速度有關(guān)。-為什么對(duì)電子產(chǎn)品老化原因。,常用焊錫,1)焊錫絲是手工焊接用的焊料。焊錫絲是管狀的，由焊劑與焊錫制做在一起，在焊錫管中夾帶固體焊劑。焊劑一般選用特級(jí)松香為基質(zhì)材料，并添加一定的活化劑，如鹽酸二乙胺等。錫鉛組分不同，熔點(diǎn)就不同。,常用焊錫,如Sn63Pb37，熔點(diǎn)183，Sn62Pb36Ag2，熔點(diǎn)179。管狀焊錫絲的直徑的0.23、0.4、0.56、0.81.0等多種規(guī)格。焊接穿孔元件可選用0.5、0.6的焊錫絲。,焊劑,助焊劑的作用是清除金屬表面氧化物，硫化物、油和其它污染物，并防止在加熱過(guò)程中焊料繼續(xù)氧化。同時(shí)，它還具有增強(qiáng)焊料與金屬表面的活性、增加浸潤(rùn)的作用。(1)有清洗被焊金屬和焊料表面的作用。(2)熔點(diǎn)要低于所有焊料的熔點(diǎn)。(3)在焊接溫度下能形成液狀，具有保護(hù)金屬表面的作用。(4)有較低的表面張力，受熱后能迅速均勻地流動(dòng)。,焊劑,(5)熔化時(shí)不產(chǎn)生飛濺或飛沫。(6)不產(chǎn)生有害氣體和有強(qiáng)烈刺激性的氣味。(7)不導(dǎo)電，無(wú)腐蝕性，殘留物無(wú)副作用。(8)助焊劑的膜要光亮，致密、干燥快、不吸潮、熱穩(wěn)定性好,焊劑分類,助焊劑一般可分為有機(jī)，無(wú)機(jī)和樹(shù)脂三大類有機(jī)助焊劑含有酸值較高的成分，因而具有較好的助焊性能，可焊性好。由于此類助焊劑具有一定程度的腐蝕性，殘?jiān)灰浊逑矗附訒r(shí)有廢氣污染，因而限制了它在電子產(chǎn)品裝配中的使用。,樹(shù)脂類助焊劑,樹(shù)脂類助焊劑這類助焊劑在電子產(chǎn)品裝配中應(yīng)用較廣，其主要成分是松香。在加熱情況下，松香具有去除焊件表面氧化物的能力，同時(shí)焊接后形成的膜層具有覆蓋和保護(hù)焊點(diǎn)不被氧化腐蝕的作用。由于松脂殘?jiān)鼮榉歉g性、非導(dǎo)電性，非吸濕性，焊接時(shí)沒(méi)有什么污染，且焊后容易清洗，成本又低，所以這類助焊劑至今還被廣泛使用。松香助焊劑的缺點(diǎn)是酸值低、軟化點(diǎn)低(55C左右)，且易氧化，易結(jié)晶、穩(wěn)定性差，在高溫時(shí)很容易造成虛焊。目前出現(xiàn)了種新型的助焊劑氫化松香，我國(guó)已開(kāi)始生產(chǎn)。它是用普通松脂提煉來(lái)的，氫化松香在常溫下不易氧化變色，軟化點(diǎn)高，脆性小，酸值穩(wěn)定，無(wú)毒，無(wú)特殊氣味，殘?jiān)浊逑?，適用于波峰焊接。,手工焊接工藝,正確的焊接方法焊接時(shí)利用烙鐵頭的對(duì)元件引線和焊盤(pán)預(yù)熱，烙鐵頭與焊盤(pán)的平面最好成45夾角，等待焊金屬上升至焊接溫度時(shí)，再加焊錫絲。被焊金屬未經(jīng)預(yù)熱，而將焊錫直接加在烙鐵頭上，使焊錫直接滴在焊接部位，這種焊接方法常常會(huì)導(dǎo)致虛焊。,穿孔器件焊接的步驟：,1)預(yù)熱：烙鐵頭與元件引腳、焊盤(pán)接觸，同時(shí)預(yù)熱焊盤(pán)與元件引腳。而不是僅僅預(yù)熱元件。,加焊錫,2)加焊錫焊錫加焊盤(pán)上（而不是僅僅加在元件引腳上），待焊盤(pán)溫度上升到使焊錫絲熔化的溫度，焊錫就自動(dòng)熔化。不能將焊錫直接加在tip上使其熔化，這樣會(huì)造成冷焊。,焊后加熱,拿開(kāi)焊錫絲后，不要立即拿走烙鐵，繼續(xù)加熱使焊錫完成潤(rùn)濕和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程，直到是焊點(diǎn)最明亮?xí)r再拿開(kāi)烙鐵。,冷卻,在冷卻過(guò)程中不要移動(dòng),不正確的操作,焊錫加在元件引腳上，而不是焊盤(pán)上。焊盤(pán)預(yù)熱不好，易造成冷焊,不正確的操作,焊錫加在烙鐵頭上，元件引腳、焊盤(pán)沒(méi)有預(yù)熱，造成虛焊,優(yōu)良焊點(diǎn)的特征,優(yōu)良焊點(diǎn)的特征一個(gè)優(yōu)良的焊點(diǎn)必須具備以下的特征：1)良好的導(dǎo)電性能：良好的導(dǎo)電性能才能保證電路的互聯(lián)，一個(gè)好的焊點(diǎn)，一般要求焊點(diǎn)的電阻在110m之間。如果焊點(diǎn)有空洞或虛焊，焊點(diǎn)電阻就會(huì)增大，工作時(shí)，會(huì)使焊點(diǎn)的電壓降增大，焊點(diǎn)發(fā)熱嚴(yán)重，影響電路的正常工作，虛焊的焊點(diǎn)甚至影響電路的聯(lián)通。2)良好的機(jī)械性能：要求焊點(diǎn)有一定的強(qiáng)度使元器件牢牢固定在PCB板上。3)有良好的外觀：保證焊點(diǎn)良好的電氣性能和機(jī)械性能的條件是焊錫與元件引腳、PCB焊盤(pán)形成良好的浸潤(rùn)。浸潤(rùn)良好的焊點(diǎn)在外觀上具備如下的的特點(diǎn)：焊接面在外觀必須是明亮的，光滑的、內(nèi)凹的。元件的引腳和PCB板上的焊盤(pán)要形成良好的浸潤(rùn)浸潤(rùn)角度60（注：潤(rùn)濕角是指焊料和母材的界面與焊料表面的切線的間的夾角）4)焊錫量適當(dāng)5)對(duì)高頻、高壓電子設(shè)備極為重要。高頻電子設(shè)備中高壓電路的焊接點(diǎn)，如果有毛刺，不應(yīng)有毛刺和空隙成尖端放電,優(yōu)良焊點(diǎn),焊點(diǎn)的拉尖和引腳斷裂,使用電烙鐵的安全操作要求,220V交流市電供電，電烙鐵頭的溫度可達(dá)到350。（1）使用前必須用萬(wàn)用表R*100檔檢查電源線是否斷路或短路。20W內(nèi)熱式電烙鐵的正常阻值約為2.2K-2.6K。如果發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)向老師報(bào)告，由老師處理，及時(shí)消除隱患。（2）檢查電烙鐵電源線外面的絕緣層是否有破損，一旦發(fā)現(xiàn)破損之處應(yīng)停止使用。（3）插拔電烙鐵必須必須用手捏住電源插頭，嚴(yán)禁拉電線。（4）在使用電烙鐵的過(guò)程中要防止跌落，嚴(yán)禁敲擊電烙鐵。（5）愛(ài)護(hù)教室中的供電設(shè)備，如電源插頭、電線、漏電保護(hù)器。（6）電烙鐵應(yīng)擺放在烙鐵架上，使用中防止?fàn)C著鄰近同學(xué)，也防止?fàn)C傷自己。（7）防止電烙鐵上的熔錫燙著周?chē)耐瑢W(xué)。(8)離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室時(shí)應(yīng)及時(shí)將電源頭拔掉,電子元器件在印制板上的安裝方法,點(diǎn)錫焊接法,（1）電烙鐵放在焊接點(diǎn)上，動(dòng)作有斜下、斜面緊貼引腳、墊面抵住焊盤(pán)，同時(shí)加熱。（2）烙鐵加熱1-2s后，左手斜送焊絲到烙鐵頭主斜面上，焊絲熔化，引腳和