電路組裝技術(shù)

1、 電路組裝技術(shù)概述電子組件是構(gòu)成電子裝備的細(xì)胞隨著電子元器件的發(fā)展和更新?lián)Q代電子電路裝聯(lián)技術(shù)出向著更高一級技術(shù)階段發(fā)展從而導(dǎo)致新一代電子裝備的誕生。概括起來電子電路裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展分為五個階段或稱五代現(xiàn)在已進(jìn)入第五代發(fā)展時期如表1-1所示。表1-1 電子元器件和電子電路裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展項目第一代(1950- )第二代(1960- )第三代(1970-)第四代(1980-)第五代(1985-)代表產(chǎn)品真空管收音機(jī)品體管彩色電視機(jī)錄象機(jī)整體型錄象機(jī)有源組件真空管軸向引線組件集成電路大規(guī)模集成電路超大概模集電路無源組件帶長管腳的大型電壓元器件半自動插裝徑向引線組件表面貼裝元器件異形組件復(fù)合表面貼裝組件三

2、維結(jié)構(gòu)裝聯(lián)技術(shù)手工焊接浸焊自動插裝自動表面貼裝機(jī)器人CAD/CAM多層混合貼裝單面酚醛紙板浸焊熔焊再流焊微電子焊接電路板金屬底盤雙面異通孔柔性兩面組裝陶瓷基板金屬蕊基板高密度多層(通孔)陶瓷多層金屬初總之電子電路裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展受元器件所支配一種新型元器件的誕生總是要導(dǎo)致裝聯(lián)技術(shù)的一場革命。展望21世紀(jì)隨著硅微技術(shù)的發(fā)展電路裝聯(lián)技術(shù)將向”高密度集成”方向大踏步前進(jìn)從而使電子裝備大縮小體積減輕重量降低功耗。提高可靠性使21世紀(jì)的”靈巧電子裝備”機(jī)器人”等智能電子系統(tǒng)成為現(xiàn)實。表面組裝技術(shù)概述 表面組裝技術(shù)國外叫 Surface Mount Technology,簡稱SMT國內(nèi)有多種譯名根據(jù)電子行業(yè)

3、標(biāo)準(zhǔn)我們將SMT叫表面組裝技術(shù)。1. 表面組裝技術(shù)定義 表面組裝技術(shù)是一種無需在印制板上鉆插裝孔直接將表面組裝元器件貼焊到印制電路板表面規(guī)定位置上的電路裝聯(lián)技術(shù)。 具體的說表面組裝技術(shù)就是一定的工具將表面組裝元器件引腳對準(zhǔn)預(yù)先涂覆了了粘劑接劑和焊膏的焊盤圖形上把表面組裝組件貼裝元器件貼裝到未鉆安裝孔的PCB表面上然后經(jīng)過波峰焊或再流焊使表面組裝元器件和電路之間建立可可靠的機(jī)械和電氣連接元器件各焊點在電路路基板一側(cè)如圖2.所示 二表面組裝技術(shù)的組成 1.1 表面組裝技術(shù)的組成如圖2.2所示。 封裝設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸端子形式耐焊性等 表面組裝元器件 制造技術(shù) 包裝編帶式棒式托盤散裝等 表電路基板枝術(shù) 單

4、(多)層PCB陶瓷基板瓷釉金屬基板等 組裝設(shè)計 電設(shè)計熱設(shè)計元器件布局和電路布線設(shè)計焊盤圖形設(shè)計 組裝方式和工藝流程 組裝材料 組裝工藝技術(shù) 組裝技術(shù) 組裝設(shè)術(shù) 1.2 表面組裝工藝概要三表面組裝工藝技術(shù)的組成 圖2-3列出表面組裝工藝技術(shù)的組成。 涂敷材料 粘接劑焊料焊膏 組裝材料 工藝材料 焊劑清洗劑熱轉(zhuǎn)換介質(zhì) 涂敷技術(shù) 點涂針轉(zhuǎn)印印(絲網(wǎng)印刷模板印) 貼裝技術(shù) 順序式在線式同時代 焊接方法 雙波峰噴射波峰等 流動焊接 粘接劑涂敷 點涂針轉(zhuǎn)印 粘接劑固化 紫外紅外激光等 焊接技術(shù) 組裝技術(shù) 焊接方法 焊膏法預(yù)置焊料法 表 再流焊接 焊膏涂敷 印刷 面 加熱方法 氣相紅外激光等 組 清洗技術(shù)

5、 溶劑清洗水清洗 裝 檢測技術(shù) 非接觸式檢測接觸式測試 工 返修技術(shù) 執(zhí)空氣對流傳導(dǎo)加熱 藝 涂敷設(shè)備 點涂器印刷機(jī)針式轉(zhuǎn)印機(jī) 技 貼裝機(jī) 順序式貼裝機(jī)同時式貼裝機(jī)以線式貼裝系統(tǒng) 術(shù) 焊接設(shè)備 雙波峰焊接設(shè)備噴射式波峰焊接設(shè)備各種再流焊接設(shè)備 組裝設(shè)備 清洗設(shè)備 溶劑清洗機(jī)水清洗機(jī) 測試設(shè)備 各種外觀檢測設(shè)備在線測試儀功能測試儀 返修設(shè)備 熱空氣對流返修工具和設(shè)備傳導(dǎo)加熱返修設(shè)備和工具 四表面組裝和通孔插裝的比較 從PCB元器件和組件形態(tài)等方面進(jìn)行比較都可以發(fā)現(xiàn)SMT和THT存在有許多差異但從組裝工藝角度分析SMT和THT的根本區(qū)別是”插”和”貼”的區(qū)別這兩種截然不同的電路組裝技術(shù)用了外形結(jié)構(gòu)

6、完全不同的兩種類型的電子元器件。電子電路裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展主要受元器件類型所支配一塊PCB或陶瓷基板電路組件的功能主要來源于電子元器件和互連導(dǎo)體組成的電路組件。通孔插裝技術(shù)是在PCB的背面從安裝插入元器件而在電器面(正面)進(jìn)行焊接元器件主體和焊接接頭分別在電路板兩側(cè)面SMT是在基板的同一側(cè)進(jìn)行元器件貼裝和焊接元器件主體和焊接接頭同在電路板一側(cè)。工藝上的這個特征反映了這兩類元器件及其包裝形式的差異并決定了工藝工藝裝備的結(jié)構(gòu)和性能都存在很大差別。 五表面組裝方式 組裝了SMC/SMD的電路基板叫做表面組裝組件(簡稱SMA), 他集中體現(xiàn)了SMT的特征。在不同的應(yīng)用場合對SMA的高密度高功能和高可靠性有

7、不同的要求只有采用不同的方式進(jìn)行組裝才能滿足之些要求。根據(jù)電子設(shè)備對SMA的形態(tài)結(jié)構(gòu)功能要求組裝特點和所用電路基板類型(單面和雙面板)將表面組裝分為三類六種組裝方式如表2-1所示更全面的分類將在高級教材中介紹。 六表面組裝工藝流程 表面組裝方式確定后就可以根據(jù)需要和具體條件(或可能)選擇合理的工藝流程不同的組裝方式有不同的工藝流程。同一種組裝方式出可以有不同的工藝流程這主要取決于所用元器件的類型和電子裝備對電路組件的要求以及生產(chǎn)的實際條件。不同組裝方式的典型流程有十幾種在實際生產(chǎn)中具體應(yīng)用的工藝流程則更多這里就不一一列舉了圖2-4僅列出單面表面組裝工藝流程這是最簡單的全表面組裝典型工藝流程。貼

8、裝SMC涂敷焊膏組裝開始來料檢測 涂敷粘接劑(遷用)焊膏烘干粘接劑固化最終 檢測再流焊清洗圖2-4 單面板全表面組裝典型工藝流程 七什么是表面組裝元器件 表面組裝元器件是60年代開發(fā)70年代后期在國際市場上流行的新型電子元器件國際上簡稱為表面組裝元器件Surface Mount Components(簡稱SMC)或Surface Mount Devices(簡稱SMD)。最初的表面組裝元器件是用于厚膜 混合集成電路的外貼元器件主要是無引線矩形片式電阻器和陶器獨石電容器國外把這些組件叫做”Chip Components”,國內(nèi)曾叫做”片式組件”。后來(80年代初)又出現(xiàn)了圓柱形立方體和異形結(jié)構(gòu)的

9、無引線元器件它們已超越了”片狀”片式”和”無引線”等說法都不能確切的反映表面組裝元器件。其具體定義是表面組裝元器件是外形為矩形片狀圓柱形立方體或異形其焊端或引腳制作在同一平面內(nèi)并適合于表面組裝工藝的電子元器件。目前電子元器件的發(fā)展日新月異正向0603或更小化微型化發(fā)展日東公司推出的貼片機(jī)(CP40L/LVCP45FV)均能適應(yīng)其發(fā)展。圖3-1示出表面元器件的類型。 類別封裝形式種類無源表面組裝組件矩形片式厚膜和薄膜電阻器獨石陶瓷電容器單層陶瓷電容器熱敏電阻等圓柱形碳膜電阻器金屬膜電阻器MELF陶瓷電容器熱敏電容器異形半固定電阻器電位器鉭電解電容器微調(diào)電容器線繞電感器等有源表面組裝器件陶瓷組件(

10、扁平封裝)無引線陶瓷蕊片載體(LCCC)有引線陶瓷蕊片載體塑料組件(扁平封裝)小型模塑二極管(SOD)小型模塑晶體管(SOT)/小型模塑集成電路(SOIC)有引線塑封蕊片載體(PLCC)小型J型組件(SOJ)/四方扁平封裝(QFP)/BGA和CSP.機(jī)電表面組裝組件異型連接器變壓器延遲器振蕩器薄型微電機(jī)等二表面組裝元器件的引線結(jié)構(gòu) 按照元器件的端子結(jié)構(gòu)表面組裝元器件可分為有引線和無引線兩種類型。無引線的以無源組件居多有引線的都是特殊短引線結(jié)構(gòu)以有源器件和機(jī)電組件為主。表3.2列出了引線結(jié)構(gòu)類型和特征。翼形和”J”形引線是已經(jīng)使用的兩種主要引線結(jié)構(gòu)形式翼形引 于SOIC,”J”形引腳用于PLCC

11、.對接引腳是工業(yè)界通過剪切DIP(雙列直插封裝)得到的。翼形引線的主要優(yōu)點是能適應(yīng)薄小間距組件的發(fā)展趨勢并能使用各種焊接藝進(jìn)行焊接。這種引線結(jié)構(gòu)比”J”形引線有較低的封裝外形。其主要缺點是對于沒有角墊的細(xì)間距組件來說在貨運和使用過程中易使引腳受到損壞?！癑”形引線比翼形引線有較大的空間利用系數(shù)雖然對焊接工藝的適應(yīng)性不及翼形引線但引線較硬在貨運和使用過程中不易損壞。 人們對對接引線存在異議日本的一些公司對這種引線組件感興趣但是一般認(rèn)為對接引線的剪切強度只有”J”形引線和翼形引線的65%并且對貼裝和焊接等因素更為敏感。所以對接引線的推廣應(yīng)用尚需經(jīng)歷一段時間。 球柵數(shù)組封裝是適全表面組裝工藝的面數(shù)組

12、封裝它是裝蕊片封裝的引出端呈數(shù)組式分布在器件體底面上引出端呈球形是適合于高引線數(shù)器件的封裝現(xiàn)在主要有BGA(球柵數(shù)組)和CSP(蕊片規(guī)模封裝)。三.表面組裝元器件的封裝技術(shù) 上面介紹的無源表面組裝組件一般呈片式賀柱形和異表片式和圓柱形阻容組件基本上是無引線封裝異形組件采用特殊封裝無源表面組裝組件都采用了扁平短引線封裝形式?；旧嫌袃煞N類型的封裝大多數(shù)采用模壓塑料封裝成本較低另一種是用陶瓷片作載體的封裝叫陶瓷封裝。除了這兩種封裝類型外還有金屬外殼封裝但成本較高。表3.2 表面組裝元器件的引線結(jié)構(gòu)類型和特征 研制最早和較成熟的封裝是小形模塑封裝如小型晶體管(SOT)和小形二極管(SOD)。隨著集成

13、電路在消費類電子設(shè)備中的應(yīng)用就把SOT的封裝設(shè)計概念擴(kuò)大到14和16引腳的封裝出現(xiàn)了小形集成電路(SOIC)大多數(shù)是雙極邏輯電路這種結(jié)構(gòu)在70年代初大量用于計算器電子表和袖珍收音機(jī)。當(dāng)引腳數(shù)超過28根時。SOIC封裝失去了真實成本效益于是在70年代末期研制出陶瓷無引線蕊片載體(LCCC),成為廣泛應(yīng)用的表面組裝器件的封裝。為了降低成本又發(fā)展了塑料有引線蕊片載體(PLCC)其引線一般都是”J”形引線。PLCC封裝已被定為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝它出適用于甚大規(guī)模集成電路蕊片和多引腳數(shù)器件的封裝。目前SOIC將逐步變成引腳數(shù)少于20的普通封裝而引腳數(shù)在28根以上的器件采用PLCC封裝引腳數(shù)為20.22和24的

14、器件這兩種封裝均可采用。四方扁平封裝(QFP)是日本開發(fā)的一種PLCC它用于小間距件的封裝。BGA是60年代開始研制80年代后期實用化的適全于高引出端的面數(shù)組封裝CSP是與蕊片尺寸相同或略大的IC封裝的總稱將成為高I/O端子數(shù)IC封裝的主流主要用于高檔電子產(chǎn)品領(lǐng)域的MCM(多蕊片組件)和超高密度超小型化的消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域特別是I/O端子數(shù)在2000以上的高性能電子產(chǎn)品中。另外表面組裝薄膜電容器電感器和LC濾波器等分別采用或金屬外殼封裝。表面組件元器件封裝的關(guān)鍵是精密模具沒有先進(jìn)的精密模具制造設(shè)備和高超的加工技術(shù)這種精密模具就很難制造出來。五.主要表面組裝元器件的技術(shù)狀況 關(guān)于無源表面組裝元器

15、件和表面組裝有源器件由于涉及元器件制造技術(shù)的諸多方面超出了中級教材的要求因此這部分內(nèi)容將在高級教材中專門介紹。 1.表面且裝元器件采購準(zhǔn)則 關(guān)于無源表面組裝元器件我國正處于發(fā)展階段隨著改革開放的深入發(fā)展表面組裝元器件在我國將不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域所以了解其采購準(zhǔn)則對正確遷用元器件和確保電路組件的可靠性是非常重要的。下面概括介紹表面組裝元器件的采購準(zhǔn)則供讀者參考。 1.1 首先要廣泛了解國內(nèi)外表面組裝元器件制造 廠家的情況優(yōu)選有限的制造 廠家進(jìn)行聯(lián)系 并簽定有關(guān)供貨合同以確保采購優(yōu)質(zhì)的元器件 1.2在滿足使用要求前題下應(yīng)選用有限型號的封裝類型這樣有利于提高采購能力減少庫存費用以及減少貼裝供料器數(shù)目隆

16、低組裝成本 1.3應(yīng)對選購的元器件就其性能可靠性可焊性元器件尺寸公差對PCB焊盤圖形的適應(yīng)性和對組裝工藝及設(shè)備的適應(yīng)性等方面進(jìn)行認(rèn)以確保組裝順利進(jìn)行和PCB組件的可靠性。 除以上三項采購準(zhǔn)則外下列幾項應(yīng)予以特別重視1. 端焊頭或引腳應(yīng)有良好的可焊性2. 為使導(dǎo)熱良好應(yīng)優(yōu)選引腳為銅的元器件3. 應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定元器件的尺寸公差4. 在端焊頭或引腳的可焊性電鍍層下或金或銀之間要求有鎳阻擋層以防止在焊接時金或銀的浸(溶)析5. 選用的元器件必須能在組裝工藝中承受兩次焊接周期6. 元器件應(yīng)在清洗溫度下具有耐溶劑性一般不推薦超聲清洗有源器件以防內(nèi)引線開裂7. 有源器件應(yīng)要求有器件標(biāo)記最好采用導(dǎo)電性模壓凹腔塑封

17、編帶包裝方式。 綜上所述表面組裝元器件的出現(xiàn)引起了電路組裝技術(shù)的變革?，F(xiàn)在國外SMT已處在高速發(fā)展階段表面組裝元器件仍在不完善和發(fā)展中了解和掌握有關(guān)的基礎(chǔ)知識對于實施SMT是一項十分重要的工作。 表面組裝設(shè)計 在進(jìn)行表面組裝設(shè)計前首先必須全面了解系統(tǒng)概況例如系統(tǒng)用途技術(shù)指針功能劃分相互接口工作環(huán)境壽命要求和可靠性級別等在進(jìn)行具體電路設(shè)計時要遵循系統(tǒng)的總體要求即按組裝件要實現(xiàn)的功能功率要求頻率范圍和電源條件設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單性能優(yōu)良的電路原理圖。然后進(jìn)行元器件的選擇基板選擇工藝選擇在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電路板的布線設(shè)計和焊盤圖形設(shè)計。 一表面組裝件的設(shè)計規(guī)則 為了圓完成表面組裝件的設(shè)計設(shè)計規(guī)則涉及電路塊劃分電

18、路板尺寸的確定元器件方位和中心距的選擇布線能通孔和測試點的設(shè)定以及阻焊模的應(yīng)用等。 較復(fù)怵的電路需劃分多塊電路板或在單塊電路板劃分為不同的區(qū)域其劃分原則如下。1. 按照電路各部分功能劃分和設(shè)置。2.模似和數(shù)字兩部分電路分開。3.高頻和中低頻電路分開高頻部分單獨屏蔽防止外界電磁場的干擾。4.大功率電路和其它電路分開以便采用散熱措施。4.減少電路中的噪聲干攏和串?dāng)n現(xiàn)象易產(chǎn)生噪聲的電路需與某些電路隔開。二印制電路板的尺寸和形狀根據(jù)整機(jī)的總體結(jié)構(gòu)確定所用電路板的尺寸。因SMT電路和尺寸比較小為更適合于自動化生產(chǎn)往往采用多塊組合成一塊大板俗稱”郵票”板。其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。1. 郵票板可由多塊同樣的電

19、路板組成或由多塊不同地電路板組成。2. 根據(jù)表面組裝設(shè)備情況決定郵票板的最大外形尺寸。3. 郵票板的定位孔設(shè)計成一個圓形和一個槽形孔的寬度尺寸和圓形孔的直徑相等而長度比寬度尺寸至少大0.5mm.4. 圓形定位孔直徑由組裝設(shè)備的定位銷決定一般為3mm定位孔內(nèi)壁不允許有電鍍層。5. 郵票板上各電路板之間由具有一定強度又不易折斷的連接筋支撐。三元器件的方向和位置確定各種元器件在電路板上的方位除遵循通孔有關(guān)的設(shè)計原則外還需考慮與表面組裝工藝有關(guān)的原則。1. 相互垂直。元器件軸線要相互平行或垂直。2. 元器件的特征位置。電路板上所有電解電容二極管的正極SOT封裝的單引線端以及集成電路和開關(guān)的第一號引線應(yīng)

20、朝同一方向。元器件的分布。整個電路板上的元器件的分布密度應(yīng)均勻不同的焊接方法對電路板上元器件排 3. 列方位有不同要求在設(shè)計時要特別注意應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。四元器件間的間距 在表面組裝件上如何確定元器件間的間距呢哪些因素影響元器件間的間距呢1. 焊接工藝要求的間距(1) 相鄰元器件間的中心距離 元器件間中心距的計算涉及元器件外形尺寸公差貼裝機(jī)貼裝頭的轉(zhuǎn)動精度定位精度以及工藝要求。具體計算公式參見有關(guān)參考書。(2) 再流焊接要求元器件間的中心距離再流焊接工藝有可能造成組件或引線的短路。其原因是(a)印刷的焊膏印像圖形和焊盤圖形未完全吻合(b)焊膏的粘度偏低或觸變性差印好的焊膏坍塌形成焊膏連

21、條再流焊后焊盤間形成小錫珠或橋接(c)泳動效應(yīng)再流焊中焊膏熔化使焊盤上的組件受到浮力作用同時又受到焊錫潤濕力重力和熔融焊膏表面張力的作用有可能使組件偏 離焊盤嚴(yán)重時和鄰近焊盤搭接。因此在組件間必須設(shè)計一定的間距以避免形成短路和橋接。大多數(shù)元器件相鄰焊盤的間距是0.64mm.(3) 波峰焊接工藝要求元器件的最小間距在波峰焊接時由于熔融焊錫的表面張力金屬表面的潤濕情況等在間距小的焊盤或通孔間可能造成焊錫橋接為了減少這種焊接缺陷設(shè)計時應(yīng)選取合理的間距。插裝組件的打彎引線和相鄰組件間的間距比片式組件間的間距大以防止剪短和打彎引線時損壞鄰近式組件。此間距建議為1.27mm.2. 為了目檢和檢修在元器件間

22、要留有一定的間距此間距與視角有關(guān)。五通孔表面組裝電路板上的通孔主要用于互連和探針測試它們的位置可能設(shè)置有和有關(guān)焊盤連接的適當(dāng)部位。為節(jié)省面積通孔直徑當(dāng)然越小越好可是要縮小通孔直徑又受到以下幾方面的限制。1. 通孔尺寸(1)通孔尺寸和成本關(guān)系。通孔尺寸縮小工藝難度提高成品率下降導(dǎo)致成本增加。中等密度的電路板常用的通孔尺寸為0.46mm。 (2)通孔的形狀比。電路板厚度不變時隨通孔直徑縮小通孔的形狀比(電路板厚度除以通孔直徑)提高這就可能導(dǎo)致通孔內(nèi)壁電鍍層開裂。 (3)通孔焊盤的尺寸。電路板在組裝后一般要進(jìn)行探針測試。測試焊盤的最小直徑為0.86mm,實際鉆孔直徑為0.46mm,而通孔鍍層厚度為0

23、.05mm,那么電鍍通孔直徑變成為0.36mm,因為直徑0.86mm的焊盤變成了0.25mm寬的環(huán)形圖。如將測試焊盤的通孔用焊錫填滿既可防止測試時還有助于真空的形成讓探針測試設(shè)備的針床能吸住電路板。2. 通孔位置在設(shè)計通孔的位置時必須考慮與焊盤的相應(yīng)關(guān)系在再流焊和波峰焊時對通孔位置的要求有所不同必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定嚴(yán)格控制。測試焊盤的位置在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有明確的規(guī)定。 六布線的線寬和線厚 通孔插裝電路板一般采用0.3mm的布線寬度和線距而表面組裝器件引線的中心距不大于1.27mm,引線焊盤間的間距只有0.635mm,要在兩個焊盤間留一條0.3mm的線寬和線距的布線是不可能的必須縮小布線寬度和線距才

24、能適合表面組裝的需要。為了進(jìn)行細(xì)線條電路板的生產(chǎn)采用薄復(fù)銅層的層壓板調(diào)整線寬和線距尺寸修整通孔焊盤以及將電路板的光繪底片放在恒溫濕環(huán)境中以保證圖形精度。 1.五種不同密度的布線規(guī)則 為了適應(yīng)不同組裝密度的要求現(xiàn)在采用一級至五級密度布線規(guī)則。常用的是二級密度布線通孔設(shè)在2.54mm的網(wǎng)格上金屬化孔直徑1mm焊盤直徑1.65mm測試焊盤全設(shè)在2.54mm的網(wǎng)格上在插裝通孔間和SMD焊盤間允許分別通過0.25mm和0.2mm的布線最小布線寬度為0.25mm。高密度組裝時采用四級密度布線在1.27mm中心距的SMD焊盤間允許通過二條0.127mm線寬和線距的布線在2.54mm中心距的通乳間允許通過間距

25、0.1mm線寬和線距的布線。2.焊盤的聯(lián)機(jī)SMD焊盤和聯(lián)機(jī)圖形將影響再流焊中組件泳動的發(fā)生焊接勢量的控制和焊錫沿布線的遷移。所以有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對焊盤聯(lián)機(jī)有一定規(guī)定。七阻焊膜的應(yīng)用 在SMT電路板上涂復(fù)阻焊膜是為了防止再流焊時焊錫遷移至金屬布在線造成焊接缺陷。另外用阻焊膜蓋住通孔在波峰焊時焊劑不會由通孔沖到電路板的組件面上并且在印刷貼片膠和焊膏時或者針床測試時幫助形成=吸電路板所需的真空。常用的阻焊膜有絲網(wǎng)漏印阻焊膜干膜和光圖形形轉(zhuǎn)移的濕膜等。應(yīng)根據(jù)具體情況選擇使用。在使用阻焊膜時要執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的阻焊膜使用原則。1. 表面組裝焊盤圖形設(shè)計 把表面組裝組件貼裝到PCB上就需要在PCB上相應(yīng)于元器件端子(

26、引線)的部位設(shè)置焊盤。在元器件引線和焊盤之間形成焊接接頭從而完成PCB的表面組裝這樣在PCB上相應(yīng)于各種不同元器件端子或引線的焊盤就組成了焊盤圖形。為了滿足電子設(shè)備的特定要求就必須對PCB上的焊盤形按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計這就叫做”表面組裝焊盤圖形設(shè)計?！焙副P圖形設(shè)計是SMT設(shè)計的主要組成是進(jìn)行表面組裝的基礎(chǔ)之一。它規(guī)定了元器件組裝在PCB上的位置和取向決定了焊縫強度和可靠性同時對組裝缺陷強貼裝性可洗凈性可測試性可修復(fù)性起著重要影響。因此出可以說焊盤圖形設(shè)計對表面組裝的可制造性起著決定性的作用。目前由于元器件公差不統(tǒng)一元器件標(biāo)準(zhǔn)尚不健全尤其在我國更缺乏這方面的標(biāo)準(zhǔn)這使我們的焊盤圖形設(shè)計工作困難標(biāo)

27、準(zhǔn)化工作復(fù)雜。近年來國外的一些標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)在健全表面組裝元器件標(biāo)準(zhǔn)的同時加強了焊盤圖形設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。本章僅就焊盤圖形設(shè)計的一般原理和主要 松香水焊劑酒精 酒精 調(diào)壓器 220 大規(guī)模生產(chǎn)中從元器件清洗到鍍錫都由自動生產(chǎn)線完成中等規(guī)模的生產(chǎn)亦可使用搪錫機(jī)給元器件鍍錫。還可以用化學(xué)方法去除焊接面上的氧化膜。 研究成果表明國產(chǎn)元器件引線的可焊性已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步元器件在存儲15個月以后引線上的錫鈰鍍層仍然具有良好的可焊性。對于此類元器件在規(guī)定期限完全可免去鍍錫的工序。現(xiàn)在市場上常見的元器件大多是采用這種方法處理過的為保證表面鍍錫層的完好大焊接前不要用刀。砂紙等機(jī)械方法或化學(xué)方法磨表面也有一些元器件是

28、早年生產(chǎn)的引腳表面大多氧化大使用前必須做好處理以保證焊接質(zhì)量。 3.3 多股導(dǎo)線鍍錫 大一般電子產(chǎn)品中用多股導(dǎo)線進(jìn)行連接還是很多。連接導(dǎo)線的焊點發(fā)生故障是比較堂見的這同導(dǎo)線接頭處理不錄有很大關(guān)系。對導(dǎo)線鍍錫要把握以下幾個要點 3.3.1 剝?nèi)ソ^層不要傷線 使用剝線鉗剝?nèi)?dǎo)線緣層若刀口不合適或工具本身質(zhì)量不好容易造成多股線頭中有少數(shù)幾根斷掉或者雖未斷離但有壓痕這樣的線頭在使用容易斷開。 3.3.2 多股導(dǎo)線的線頭要很好絞合 剝好的導(dǎo)線端頭一定要先將其絞合大一起否則在鍍錫時就會散亂。一兩根散線也很容易造成電氣故障。 3.3.3涂焊劑鍍錫要留有余地 通常在鍍錫前要將導(dǎo)線頭浸蘸松香水。有時也將導(dǎo)線擱在

29、放有松香的木板上用烙鐵給導(dǎo)線端頭敷涂一層焊劑同時也鍍上焊錫要注意不要讓錫浸入到導(dǎo)線的絕緣皮中去最好在絕緣皮前留出13mma的間隔使這段沒有鍍錫。這樣鍍錫的導(dǎo)線對于穿管是很有利的同時也便于檢查導(dǎo)線。4 手工烙鐵焊接技術(shù)使用電烙鐵進(jìn)行手工焊接掌握起來并不因難但是又有一下的技朮要領(lǐng)。長期從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)的人們總結(jié)出了焊接的四個要素(又稱4M):材料工具方式方法及操作者。 其中最主要的當(dāng)然還是人的技能。沒有經(jīng)過相當(dāng)時間的焊接實踐和用心體驗。領(lǐng)會就不能掌握焊接的技術(shù)要領(lǐng)即使是從事焊接工作較長時間的技術(shù)工人也不能保證每個焊點的質(zhì)最。只有充分了解焊接原理再加上用心的實踐才有楞能在較短的時間內(nèi)學(xué)會焊接的基本技

30、能。下面介紹的一些具體方法和注意要點都是實踐經(jīng)驗的總結(jié)是初學(xué)者迅速掌握焊接技能的快捷方式。 初學(xué)者應(yīng)該勤于練習(xí)不斷提高操作技藝不能把焊接質(zhì)最問題留到整機(jī)電路調(diào)度的時候再去解決。 4.1焊接操作的正確姿勢 掌握正確的操作姿勢可以保證操作者的身心健康減輕勞動傷害。為減少焊劑加熱時揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)對人的危害減少有害氣體的吸入量一般情況下烙鐵到鼻子的距離應(yīng)不少于20cm通常以30cm為宜。 電烙鐵有堿種握法如圖5-14所示反握法的動作穩(wěn)定長時間操作不易疲勞適于大功率烙鐵的操作正握法適于中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作一般在操作臺上焊接印刷制板等焊件時多采用握筆法。 焊錫絲一般有兩種法如圖5-15所示。由

31、于焊錫絲中含有一定比例的鉛而鉛是對人體有害的一種金屬因此操作時應(yīng)該戴手套或大操作后洗手避免食入鉛塵。 電烙鐵使用以后一定要穩(wěn)妥地放大烙鐵架上并注意導(dǎo)線等物不要碰到烙鐵頭以免燙傷導(dǎo)線造成漏電等事故。 4.2 焊接操作的基本步驟 掌握好烙鐵的溫試和焊接時間選擇恰當(dāng)?shù)睦予F頭和焊點的接觸位置才可能得到良好的焊點。 正確的焊接操作過程可以分成五個步驟如圖5-16所示。(1) 準(zhǔn)備施焊左手握烙鐵進(jìn)入備焊狀態(tài)。要求烙鐵頭保持干凈無焊渣等氧化物并在表面鍍有一層焊錫。(2) 加熱焊件烙鐵頭靠在兩焊件的連接處加熱整個焊件全體時間大約為1-2秒種。對于在印制板上焊接元器件來說要注意使烙鐵頭同時接觸焊盤和元器件的引線

32、。例如。圖5-16(b)中的導(dǎo)線與接線柱要同時均勻受熱.(3) 送入焊絲焊件的焊接面被加熱到一定溫度時焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件。注意不要把焊錫絲送到烙鐵頭上(4) 移開焊絲當(dāng)焊絲熔化一定量后立即向左上45方向移開焊絲。(5) 移開烙鐵焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后向右上45方向移開烙鐵結(jié)束焊接。從第三步開始到第五步結(jié)束時間大約也是12分鐘。 對于熱容量小的焊件例如印制板上較細(xì)導(dǎo)線的 連接可以簡化為三步操作(1) 準(zhǔn)備:同上步驟一。(2) 加熱與送絲烙鐵頭放大焊件上后即放入焊絲。 (a) (b) (c) (d) (e)(3) 去絲移烙鐵焊錫在焊接面上擴(kuò)散達(dá)到預(yù)期范圍后立即取開焊絲并移開烙鐵并注

33、意焊絲的時間不得滯后于移開烙鐵的時間。對于有為收低熱 量的焊件而言上述整個過程不過24秒鐘各步驟時間的切奏控制順序的準(zhǔn)確掌握動作的熟練協(xié)調(diào)者都是要通過大量實踐并用心體會才能解決的問題。有人總結(jié)出了大五步驟操作法中用數(shù)秒的辦法控制時間烙鐵接觸焊點后數(shù)一二(約2秒鐘)送入焊絲后數(shù)三四移開烙鐵焊絲熔化量要靠觀察決定。此辦法可以參考但由于烙鐵功率焊點熱窬一的差別等因素實際掌握焊接火候并無定鄲可循必須具體條件具體對待。試想對于一個熱量較大的焊點若使用功率較小的烙鐵焊接時大上述時間內(nèi)可能溫度還不能使焊錫熔化那么還談什么焊接呢4.3 焊接溫度與加熱時間 適池的溫度對形成良好的焊點是不可少的。這個溫度究竟如何

34、掌握呢當(dāng)根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)可以很清楚地查出不同的焊件材料所需要的量佳溫度得到有關(guān)曲線。但是在一般的焊接過程中不可能使用溫度計之類的儀表來隨時檢測而是希望用更直觀明確的方法來了解焊件溫度。 經(jīng)過度驗得出烙鐵頭在焊件上停留的時間現(xiàn)焊件溫度的升高是正比關(guān)系。同樣的烙鐵加熱不同熱窬一的焊件時想達(dá)到同樣焊接溫度可以通過控制加熱時間來實現(xiàn)。但在實踐中又不能僅僅依此關(guān)系決定加熱時間中用小功率烙鐵加熱較大的時件時無論烙鐵停留的時間多長焊件的溫度也上不去原因是烙鐵的供熱容量小于焊件和烙鐵在空氣中散失的熱量。此外為防止內(nèi)部過熱損壞有些元器件也不允許長期加熱。 加熱時間對焊和焊點的影響及其外部特征是什么呢如果加熱時間不足

35、會使焊料不能充分浸潤焊件而形成松香夾渣而虛焊。反之過量的加熱除有可能造成元器件損壞以外還有如下危害和外部特征(1) 焊點外觀變差。如果焊錫已經(jīng)浸潤焊件以后還繼續(xù)進(jìn)行過量的加熱將使助焊劑全部揮發(fā)完造成熔態(tài)焊錫過熱當(dāng)烙鐵離開時容易拉出錫尖同時焊點表面發(fā)出現(xiàn)粗糙顆粒失去光澤。(2) 高溫造成所加松香助焊劑的分解碳化。松香一般在210開始分解不僅失去助焊劑的作用而且造成焊點夾渣形成缺陷。如果在焊接中發(fā)現(xiàn)松香發(fā)黑肯定是加熱時間過長所致。(3) 過量的受熱會破壞印制板上銅箔的粘合層導(dǎo)致銅箔焊般的剝落。因此在適當(dāng)?shù)募訜釙r間里準(zhǔn)確掌握加熱火候是優(yōu)質(zhì)焊接的關(guān)鍵。4.4 焊接操作的具體手法在保證得到優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)下具

36、體的焊接操作手法可以因人而異但下面這些前人總結(jié)的方法對初學(xué)者的指導(dǎo)作用是不可忽略的。(1) 保持烙鐵頭的清潔焊接時烙鐵頭長期處于高溫狀態(tài)又接觸焊劑等弱酸性物質(zhì)其表面很容易氧化并沾上一層黑色雜質(zhì)。這些雜質(zhì)形成隔熱層。 妨礙了烙鐵頭與焊件之間的熱傳導(dǎo)。因此要注意在烙鐵架上蹭去雜質(zhì)。用一塊濕布或濕海棉隨時擦拭烙鐵頭也是常用的方法之一。對于普通烙鐵頭在污染嚴(yán)重時可以使用銼刀銼去表面氧化層。對于長壽命烙鐵頭就絕對不能使用這種方法了。(2) 靠增加接觸面積來加快傳熱加熱時應(yīng)該讓焊件上需要焊錫浸潤的各部分均勻受熱而不是僅僅加熱焊件的一部分更不要采用烙鐵對焊件增加壓力的辦法以免造成損壞或不易覺察的陷患。有些初

37、學(xué)者企圖加快焊接用烙鐵頭對焊接面施加壓力這是不對的。正確的方法是要根據(jù)焊件的形狀選用不同的烙鐵頭或者自己修整烙鐵頭讓烙鐵頭與焊件形成面的接觸而不是點或線的接觸。這樣就能大大提高效率。(3) 加熱要靠焊錫橋在非流水線作業(yè)中焊接的焊點形狀是多種多樣的不大可能不斷更換烙鐵頭。要提高加熱的效率需要有進(jìn)行熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋就是靠烙鐵頭上保留焊晚作為加熱時烙鐵頭與焊之間傳熱的橋梁。由于金屬熔液的導(dǎo)熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣使焊很快就被加熱到焊接溫度。應(yīng)該注意作為焊錫橋的錫量不可保留過多以免造成誤連。(4) 烙鐵撤離有講究烙鐵的撤離要及時而且撤離時的角度和方向與焊點的形成有關(guān)。圖5-17所示為烙鐵不同的撤

38、離方向?qū)噶系挠绊憽?烙鐵頭 烙鐵頭 烙鐵頭上工件 烙鐵頭上 吸除焊錫 不掛錫 (a)沿烙鐵軸向 (b)向上方 (c)水平方向 (d)垂直向下 (e)垂直向上 45撤離 撤離 撤離 撤離 撤離 (5) 在焊錫凝固之前不能動切勿使焊件移動或受到振動特別是用鑷子夾住焊件時一定要等焊錫凝固后再移走鑷子否則極易造成虛焊。(6) 焊錫用量要適中手工焊接常用管狀焊錫絲內(nèi)部已裝有松香和活化劑制成的助焊劑。焊錫絲的直徑有0.50.81.05.0mm等多種規(guī)格要根據(jù)焊點的大小先用。一般應(yīng)使焊錫的直徑略小于焊盤直徑。見圖5-18琮量的焊錫不但無必要地消耗了較貴的錫而且還增加焊接時間降低工作速度。過量的錫很容易造成

39、不易覺察的短路故障。焊錫過少也不能形成牢固的結(jié)合同 (a)焊錫過多 (b)焊錫過少 (c)合適的錫量樣是不利的特別是焊接印制板引出導(dǎo)線時 合適的焊點焊錫用量不足極容易造成導(dǎo)線脫落。(7) 焊劑用量要適中適量的助焊劑對焊接非常有利。過量使用松香焊劑焊接以后勢必需要擦除多余的焊劑并且延長了加熱時間降低了工作效率。當(dāng)加熱沓間不足時又容易形成“夾渣”的缺陷。焊接開關(guān)接插件的時候過量的焊劑容易流到觸點處會造成接觸不良。合適的焊劑量應(yīng)該是松香水僅能浸濕將要形成的焊點不會透過印制板流到組件面或插孔里。對使用松香蕊焊絲的焊接來說基本上不需要再涂松香水。目前印制板生產(chǎn)廠的電路板在出廠前大多進(jìn)行過松香浸潤處理無需

40、再加助焊劑。(8) 不要使用烙鐵頭作為運載焊料的工具 有人習(xí)慣用烙鐵頭沾上焊錫再去焊接結(jié)果造成焊料的氧化。因為烙鐵頭的溫度一般都在300左右焊錫絲中的焊劑在高溫時容易分解失效。特別應(yīng)該指出的是在一些陳舊的圖書中還介紹過這種方法請讀者注意監(jiān)別.5 焊點質(zhì)量及檢查 對焊點的質(zhì)量要求應(yīng)該包括電氣接觸良好機(jī)械結(jié)合牢固和美觀三個方面。保證焊點質(zhì)量最關(guān)鍵的一點就必須避免虛焊。51 虛焊產(chǎn)生的原因及其危害 虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的它使焊點成為有接觸電阻的連接狀態(tài) 導(dǎo)致電路工作不正常出現(xiàn)時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象噪聲增加而沒有規(guī)律性給電路的調(diào)試。使用和維護(hù)帶來重大的隱患。此外也有一部分虛焊點在電

41、路開始工作的一段較長時間內(nèi)保持接觸尚好因此不容易發(fā)現(xiàn)但在溫度濕度的振動等環(huán)境條件作用下接觸表面逐步被氧化接觸慢慢地變得不完全起來。虛焊點的接觸電阻會引起局部發(fā)熱局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點情況進(jìn)一步惡化最終甚至使焊點脫落電路完全不能正常工作。這一過程有時可長達(dá)一二年。 據(jù)統(tǒng)計數(shù)字表明在電子整機(jī)產(chǎn)品的故障中有將近一半是由于焊接不良引起的。然而 要從一臺有成千上萬個焊點的電設(shè)備里找出引起故障的虛焊點來實大不是一件容易的事 所以虛焊是電路可靠性的一大隱患必須嚴(yán)格避免。進(jìn)行手工焊接操作的時候尤其要加以 注意。 一般來說造成虛焊的主要原因為焊錫質(zhì)量差助焊劑的還原性不良或用量不夠接處 表成未預(yù)先清潔

42、好鍍錫不牢烙鐵頭的溫度過高或過低表面有氧化層焊接進(jìn)間太長或太 短掌握得不好焊接中焊尚未凝固時焊接組件松動。 5.2 對焊點的要求(1) 可靠的電氣連接焊接是電子線路從物理上實現(xiàn)電氣連接的主要手段。焊錫連接不是靠壓力而是靠焊接 過程形成的牢固的連接的合金層達(dá)到電氣連接的目的。如果焊錫僅僅是堆在焊件的表面或只有 少部分形成合金層也許在最初的測試和工作中不會發(fā)現(xiàn)焊點存在問題但隨著條件的改變和 時間的推移接觸層氧化脫季出現(xiàn)了電路產(chǎn)生時通時斷或者干脆不工作而這時觀察焊點 外表依然連接如初這是電儀器使用中最頭疼的問題也是產(chǎn)品制造中必須十分重視的問題。(2) 足夠的機(jī)械強度焊接有僅起到電氣連接的作用同時也是

43、固定元器件保證機(jī)械連接的手段。這就有個 機(jī)械強度的問題。作為錫焊材料的鉛錫合金本身強度是比較低的常用鉛錫焊料抗拉強度約 為347Kg/cm,只有普通鋼材的10%。要想增加強度就要有足夠的連接面積。如果是虛焊點 焊料僅僅堆在焊盤上自然就談不到強度了。 常見的缺陷是焊錫未流滿點或焊錫量少而造成強度較低還可能因焊接時焊料尚未凝固 就使焊件振動而引起的焊點結(jié)晶粗大(象豆腐渣狀)或有裂紋從而影響機(jī)械強度。(3) 光潔整齊的外觀 薄而均勻可良好的焊點求焊料用量恰到好處見導(dǎo)線輪廓 組件引線 外表有金屬光澤沒有拉尖橋接等 半弓形凹下 現(xiàn)象并且不傷及導(dǎo)線的絕緣層及相鄰了 銅箔 組件。良好的外表是焊接質(zhì)量的反映

44、平滑過渡 b 注意表面有金屬光澤是焊接溫度合適 生成合金層的標(biāo)志這個僅僅是外靖美 觀的要求。 接線端子 導(dǎo)線 a 基板 典型焊點的外觀要求是(參見圖5-19) a=(1-1.2)b1 形狀為近似圓錐而表面微凹呈現(xiàn)漫坡狀(以焊接導(dǎo)線為中心對稱成裙形拉開)。虛焊 點表面往往呈凸形可以別出來 2.焊料的連接面呈弓形凹面焊料與焊件交界處平滑接觸角盡可能小 3.表面有光澤且平滑 4無裂紋針孔夾渣 焊點的外硯檢查除用目測(或借助放大鏡顯微鏡觀測)焊點是否合乎上述標(biāo)準(zhǔn)以外 對整塊制電板進(jìn)行以下幾個方面焊接質(zhì)量的檢查漏焊焊料拉尖焊料引起導(dǎo)線間短路 (即所謂“橋接”)導(dǎo)線及元器件絕緣的損傷焊料飛濺。 檢查時除目測外還要用指觸。鑷子撥動拉線等辦法檢查有無導(dǎo)線斷線焊盤剝離等缺陷。