《電子焊接工藝技術(shù)》PPT課件

1、電子焊接工藝技術(shù)電子元器件可靠性物理及其應(yīng)用技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室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2;.一、焊接基本原理焊接的三個(gè)理化過程：1. 潤濕2. 擴(kuò)散3. 合金化Cu6Sn5，Cu3Sn3;.lglsgscosYoung方程：0o90o,意味著液體能夠潤濕固體；90o180o,則液體不能潤濕固體。lglsgs1.1 潤濕角解析4;.yVStyyyeSVCG 1G 單位面積內(nèi)母材的溶解量；y液態(tài)釬料的密度；Cy母材在液態(tài)釬料中的極限溶解度；Vy液態(tài)釬料的體積；S液-固相的接觸面積；母材的原子在液態(tài)釬料中的溶解系數(shù)；t接觸時(shí)間。1.2 焊

2、接過程擴(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：5;.1.3 焊接過程 合金化界面處金屬間化合物的形成)kT/Qexp(Dtdn0d金屬間化合物層厚度;t時(shí)間;D0材料常數(shù), = 1.6810-4 m2/s;Q金屬間化合物長大激活能, = 1.09eV;n時(shí)間指數(shù), = 0.56;.1.4 不良焊接圖例焊接不良即潤濕角大于90o，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)鋪展開的液態(tài)釬料回縮，接觸角

3、增大。7;.1.5 良好焊接圖例良好焊點(diǎn)的圖示元器件引線焊接良好即意味著釬料在其表面潤濕良好，潤濕角小于90o。8;.2.1 焊接材料鉛錫焊料鉛錫焊料的特性1.錫鉛比例錫鉛比例2.熔點(diǎn)熔點(diǎn)3.機(jī)械性能機(jī)械性能（抗拉強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度）4.表面張力與粘度表面張力與粘度（SnBSPbSB）9;.2.2 焊接材料鉛錫焊料焊料的雜質(zhì)含量及其影響10;.2-3 焊接材料助焊劑1. 助焊劑的作用11;.固體金屬的表面結(jié)構(gòu)2.3.1 助焊劑作用 助焊劑要去除的對象母材金屬表面的氧化膜固體金屬最外層表面是一層0.2 0.3nm的氣體吸附層。接下來是一層34nm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

4、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110m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12m厚 的微晶組織。12;.2-4 焊接材料助焊劑助焊劑應(yīng)具備的性能（1）助焊劑要有適當(dāng)?shù)幕钚詼囟确秶?、助焊效果。）助焊劑要有適當(dāng)?shù)幕钚詼囟确秶⒅感Ч?。?）助焊劑要有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)性能穩(wěn)定。）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；）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；）不應(yīng)析出有毒、有害氣體，符合環(huán)保的基本要求； (5) (5) 要有符合電子工業(yè)規(guī)定

5、的水溶性電阻和絕緣電阻；要有符合電子工業(yè)規(guī)定的水溶性電阻和絕緣電阻；13;.2-5 焊接材料助焊劑助焊劑的種類14;.3.1 手工烙鐵焊工具15;.3-2 手工烙鐵焊工具選擇16;.3.2 手工烙鐵焊工具特性烙鐵頭的特性1.溫度2.形狀3.耐腐蝕性17;.3.2 手工烙鐵焊焊錫絲選擇18;.3-2 手工烙鐵焊方法1.焊前準(zhǔn)備2.焊接步驟3.焊接要領(lǐng)19;.4.1 波峰焊工藝流程20;.4.1 波峰焊工藝流程比較21;.4.2.1 波峰焊工藝步驟工藝主要步驟-11.涂覆焊劑溶解焊盤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。22;.4.2.1 波

6、峰焊工藝步驟2.預(yù)熱預(yù)熱901203.焊接245535S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被焊母材的熱沖擊減少錫槽的溫度損失23;.4.2.2 波峰焊工藝參數(shù)的設(shè)定1.助焊劑比重（保持恒定）2.預(yù)熱溫度（90110，調(diào)溫或調(diào)速）3.焊接溫度（2455）4.焊接時(shí)間（35S）5.波峰高度（2/3 Board）6.傳送角度 (57)24;.4.2 波峰焊參數(shù)的影響 高度與角度25;.4.2 波峰焊焊后補(bǔ)焊補(bǔ)焊內(nèi)容1.插件高度與斜度2.漏焊、假焊、連焊3.漏插4.引腳長度26;.4.2.1插件高度與斜度的規(guī)定27;.4.3 波峰焊設(shè)備波峰焊機(jī)波峰焊機(jī)28;.4.3 波峰焊設(shè)備助焊劑

7、涂覆裝置29;.4.3.1 波峰焊設(shè)備部件預(yù) 熱 器強(qiáng)迫對流式（熱風(fēng)）石英燈加熱（短紅外）熱棒（板）加熱（長紅外）30;.4.3.1 波峰焊設(shè)備部件波峰發(fā)生器31;.4.3.2 波峰的形狀32;.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)合金無齒刀33;.4.3.1 波峰焊設(shè)備部件傳輸機(jī)構(gòu)1.夾持印刷電路板的寬度能夠調(diào)整,以滿足不同尺寸類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0.253m/min范圍內(nèi)可無級調(diào)速4.印刷電路板通過波峰時(shí)有微小的仰角,其角度一般要求在49范圍內(nèi)可調(diào)整34;.

8、4.3.1 波峰焊設(shè)備部件空氣刀35;.5 再流焊再流焊類型：1.對流紅外再流焊2.熱板紅外再流焊3.氣相再流焊（VPS）4.激光再流焊36;.5.1 再流焊工藝參數(shù)1.溫度曲線的確定原則；2.實(shí)際溫度曲線的確定；3.溫度曲線的測定方法37;.5.1.1 再流過程溫度曲線的確定原則焊錫膏的再流過程(1) 預(yù)熱區(qū)(加熱通道的25-33%)。釬料膏中的溶劑開始蒸發(fā)。溫度上升必須慢(2-3oC/秒)，以防止沸騰和飛濺形成小錫珠，同時(shí)避免過大熱應(yīng)力。 (2) 活性區(qū)(33-50%, 120-160oC)。使PCB均溫。同時(shí)助焊劑開始活躍，化學(xué)清洗行動(dòng)開始。(3)和(4) 再流區(qū)(205-230oC)。

9、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)致過大熱應(yīng)力(應(yīng)于515oC/秒)。再流溫度曲線38;.5.1.2再流過程實(shí)際溫度曲線的測定 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)。圖：將熱電偶附著在PCB焊盤及元器件引線/金屬化層之間熱電偶附著方法：(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。

10、39;.5.2 焊錫膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響5.2.1 再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖 預(yù)熱不足或過多的再流溫度曲線40;.5.2.2 釬料膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響 再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖 再流太多或不足41;.5.2.3 焊錫膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響 再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖 冷卻過快或不足42;.5.3.1 焊錫膏再流焊缺陷分析 釬料球釬料球直徑不能超過焊盤與印制導(dǎo)線之間的距離；600mm2的范圍內(nèi)不能出現(xiàn)超過5個(gè)釬料球。工藝認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生原因(1) 絲印孔與焊盤不對位，印刷不精確，使釬料膏弄臟PCB；(2) 釬料膏在氧化環(huán)境中暴露過多，吸入水分過多；(3) 加熱不精確，太慢且

11、不均勻；(4) 加熱速率太快且預(yù)熱時(shí)間過長；(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) 再流過程中助焊劑的揮發(fā)不適當(dāng)。43;.5.3.2 焊錫膏再流焊缺陷分析橋連產(chǎn)生原因(1) 釬料膏粘度過低；(2) 焊盤上釬料膏過量；(3) 再流峰值溫度過高。開路產(chǎn)生原因(1) 釬料膏量不足；(2) 元件引線的共面性不好；(3) 釬料熔化及潤濕不好；(4) 引線吸錫或附近有連線孔。44;.6 焊接技術(shù)新進(jìn)展主要內(nèi)容1.惰性氣體保護(hù)焊接2.穿孔再流焊3.焊料無鉛化4.免清洗焊接工藝45;.穿孔再流焊工藝步驟46;.3. 焊料無鉛化-147;.3. 焊料無鉛化-248;.3. 焊料無鉛化-349;.再流焊工藝窗口的大幅縮小如采用Sn-Ag-Cu釬料(熔點(diǎn)為217oC)，再加上5oC的控制限制，實(shí)際的工藝窗口只有8oC