電子焊接工藝技術(shù)課件

1、電子焊接工藝技術(shù)信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所電子元器件可靠性物理及其應(yīng)用技術(shù)國家重點實驗室主講：羅道軍LuodEPREI1信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所電子焊接工藝技術(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展CEPREI2信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所一、焊接基本原理焊接的三個理化過程：1. 潤濕2. 擴散3. 合金化Cu6Sn5，Cu3SnCEPREI3信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所Young方程：0o90o,意味著液體能夠潤濕固體；90o180o,則液體不能潤濕固體。qslgslssgs1.1 潤濕角解析CEPREI4信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所G 單位面積內(nèi)母材

2、的溶解量；ry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；a母材的原子在液態(tài)釬料中的溶解系數(shù)；t接觸時間。1.2 焊接過程擴散溶解母材向液態(tài)釬料的擴散溶解溶解量計算公式：CEPREI5信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所1.3 焊接過程 合金化界面處金屬間化合物的形成d金屬間化合物層厚度;t時間;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時間指數(shù), = 0.5CEPREI6信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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：(1) 母材表面的氧化

3、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，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，接觸角增大。CEPREI7信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所1.5 良好焊接圖例良好焊點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。CEPREI8信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所2.1 焊接材料鉛錫焊料鉛錫焊料的特性1.錫鉛比例2.熔點3.機械性能（抗拉強度與剪切強度）4.表面張力與粘度（SnBSPbSB）CEPREI9信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所2.2 焊接材料鉛錫焊料焊料的雜質(zhì)含量及其影響CE

4、PREI10信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所2-3 焊接材料助焊劑1. 助焊劑的作用CEPREI11信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所固體金屬的表面結(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。CEPREI12信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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?shù)幕钚詼囟确秶?/p>

5、助焊效果。（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；CEPREI13信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所2-5 焊接材料助焊劑助焊劑的種類CEPREI14信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3.1 手工烙鐵焊工具CEPREI15信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3-2 手工烙鐵焊工具選擇CEPREI16信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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CEPREI17信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3.2 手工烙鐵焊焊錫絲選擇CEPREI18信息

6、產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3-2 手工烙鐵焊方法1.焊前準備2.焊接步驟3.焊接要領(lǐng)CEPREI19信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.1 波峰焊工藝流程CEPREI20信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.1 波峰焊工藝流程比較CEPREI21信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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。CEPREI22信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.2.1 波峰焊工藝步驟2.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CEP

7、REI23信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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.焊接時間（35S）5.波峰高度（2/3 Board）6.傳送角度 (57)CEPREI24信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.2 波峰焊參數(shù)的影響 高度與角度CEPREI25信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.2 波峰焊焊后補焊補焊內(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CEPREI26信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.2.1插件高度與斜度的規(guī)定CEPREI27信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3 波峰焊設(shè)備波峰焊機波峰焊機CEPREI28信息

8、產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3 波峰焊設(shè)備助焊劑涂覆裝置CEPREI29信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3.1 波峰焊設(shè)備部件預(yù) 熱 器強迫對流式（熱風(fēng)）石英燈加熱（短紅外）熱棒（板）加熱（長紅外）CEPREI30信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3.1 波峰焊設(shè)備部件波峰發(fā)生器CEPREI31信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3.2 波峰的形狀CEPREI32信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3.1 波峰焊設(shè)備部件切引線機紙基砂輪式鑲嵌式硬質(zhì)合金刀全硬質(zhì)合金無齒刀CEPREI33信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3.1 波峰焊設(shè)備部件傳輸機構(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.運行必

9、需平穩(wěn),在運行中能維持一個恒定的速度3.為滿足產(chǎn)量及最佳焊接時間的需要,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有微小的仰角,其角度一般要求在49范圍內(nèi)可調(diào)整CEPREI34信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所4.3.1 波峰焊設(shè)備部件空氣刀CEPREI35信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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CEPREI36信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所5.1 再流焊工藝參數(shù)1.溫度曲線的確定原則；2.實際溫度曲線的確定；3.溫度曲線的測定方法CEPREI37信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所5.1.1 再流過程溫度

10、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，同時避免過大熱應(yīng)力。 (2) 活性區(qū)(33-50%, 120-160oC)。使PCB均溫。同時助焊劑開始活躍，化學(xué)清洗行動開始。(3)和(4) 再流區(qū)(205-230oC)。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表面。(5) 冷卻區(qū)。焊點強度會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CEPREI38信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所5.1.2再流過程實際溫度曲線的測定 優(yōu)化的再流溫度曲線是S

11、MT組裝中得到優(yōu)質(zhì)焊點的最重要因素之一。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??；(3) 高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑。CEPREI39信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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CEPREI40信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所5.2.2 釬料膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響 再

12、流溫度曲線參數(shù)及其影響圖 再流太多或不足CEPREI41信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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CEPREI42信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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個釬料球。工藝認可標準產(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，太慢且不均勻；(4) 加熱速率太快且預(yù)熱時間過長；(5) 釬料膏干得太快；(6) 助焊劑活性不足；(7) 太多顆粒

13、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。CEPREI43信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所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。CEPREI44信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所6 焊接技術(shù)新進展主要內(nèi)容1.惰性氣體保護焊接2.穿孔再流焊3.焊料無鉛化4.免清洗焊接工藝CEPREI45信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所穿孔再流焊工藝步驟CEPREI46信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3. 焊料無鉛化-1CEPREI47信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3. 焊料無鉛化-2CEPREI48信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3. 焊料無鉛化-3CEPREI49信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所再流焊工藝窗口的大幅縮小如采用Sn-Ag-Cu釬料(熔點為217oC)，再加上5oC的控制限制，實際的工藝窗口只有8oC。如此之窄，對于電子組裝絕對是一個挑戰(zhàn)。同時，工藝過程的溫度實時監(jiān)控更為重要。CEPREI50信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所3. 焊料無鉛化-4CEPREI51信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究