電子設(shè)備制造工藝-第三章 制造電子產(chǎn)品的常用材料和工具

電子產(chǎn)品制造技術(shù)講課教師陳小勇第三章制造電子產(chǎn)品的常用材料和工具常用導(dǎo)線和絕緣材料制造印刷電路板的材料——覆銅板焊接材料其他常用材料SMT工藝的生產(chǎn)材料電子產(chǎn)品裝配常用五金工具焊接工具33.1.1導(dǎo)線導(dǎo)線是能夠?qū)щ姷慕饘倬€，是電能和電磁信號的傳輸載體。（1）導(dǎo)線材料①導(dǎo)線分類

可分成裸線、電磁線、絕緣電線電纜和通信電纜四類。4裸線：指沒有絕緣層的單股或多股導(dǎo)線，大部分作為電線電纜的線芯，少部分直接用在電子產(chǎn)品中連接電路。電磁線：有絕緣層的導(dǎo)線，絕緣方式有表面涂漆或外纏紗、絲、薄膜等，一般用來繞制電感類產(chǎn)品的繞組，所以也叫做繞組線、漆包線。5絕緣電線電纜：包括固定敷設(shè)電線、絕緣軟電線和屏蔽線，用做電子產(chǎn)品的電氣連接。通信電纜：包括用在電信系統(tǒng)中的電信電纜和高頻電纜。6②導(dǎo)線的構(gòu)成材料

導(dǎo)線一般由導(dǎo)體芯線和絕緣體外皮組成。

a.導(dǎo)體材料

主要有銅線和鋁線。純銅線的表面很容易氧化，一般導(dǎo)線是在銅線表面鍍耐氧化金屬。如：高頻用導(dǎo)線——鍍銀能提高電性能；普通導(dǎo)線——鍍錫能提高可焊性；耐熱導(dǎo)線——鍍鎳能提高耐熱性能；

7b.絕緣外皮材料

絕緣外皮除了電氣絕緣外，還有增強導(dǎo)線機械強度、保護(hù)導(dǎo)線不受外界環(huán)境腐蝕的作用。導(dǎo)線絕緣外皮的材料主要有：塑料類（聚氯乙烯、聚四氟乙烯等）、橡膠類、纖維類（棉、化纖等）、涂料類（聚脂、聚乙烯漆）。常見的有塑料導(dǎo)線、橡皮導(dǎo)線、紗包線、漆包線等。8（2）安裝導(dǎo)線、屏蔽線

9常用安裝導(dǎo)線

表110表211表312選擇使用安裝導(dǎo)線，要注意以下幾點：a.安全載流量

截面積（mm2）1.01.54.06.08.010.0載流量（A）202545567085銅芯導(dǎo)線的安全載流量（25℃）

13線規(guī)：指導(dǎo)線的粗細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，有線號和線徑兩種表示方法。線號制：按導(dǎo)線的粗細(xì)排列成一定號碼，線號越大，其線徑越小，英、美等國家采用線號制。線徑制：用導(dǎo)線直徑的毫米（mm）數(shù)表示線規(guī)，中國采用線徑制。

14b.最高耐壓和絕緣性能

導(dǎo)線標(biāo)志的試驗電壓，是表示導(dǎo)線加電1分鐘不發(fā)生放電現(xiàn)象的耐壓特性。實際使用中，工作電壓應(yīng)該大約為試驗電壓的1/3-1/5。c.導(dǎo)線顏色

15選擇安裝導(dǎo)線顏色的一般習(xí)慣

16d.工作環(huán)境條件

?室溫和電子產(chǎn)品機殼內(nèi)部空間的溫度不能超過導(dǎo)線絕緣層的耐熱溫度；?當(dāng)導(dǎo)線（特別是電源線）受到機械力作用的時候，要考慮它的機械強度。e.要便于連線操作

17（3）電磁線

常用電磁線的型號、特點及用途

表118表2常用電磁線的型號、特點及用途

19（4）帶狀電纜（電腦排線）

導(dǎo)線根數(shù)有8、12、16、20、24、28、32、37、40線等規(guī)格。

20（5）電源軟導(dǎo)線

⑴選擇電源線的載流量，要比機殼內(nèi)導(dǎo)線的安全系數(shù)大。(2)要考慮氣候的變化，應(yīng)該能經(jīng)受彎曲和移動。⑶要有足夠的機械強度。21（6）高壓電纜

高壓電纜一般采用絕緣耐壓性能好的聚乙烯或阻燃性聚乙烯作為絕緣層，而且耐壓越高，絕緣層就越厚。耐壓與絕緣層厚度的關(guān)系

223.1.2絕緣材料

（1）絕緣材料的主要性能及選擇

①抗電強度②機械強度

③耐熱等級

23絕緣材料的耐熱等級

24(2)常用絕緣材料

①薄型絕緣材料：主要應(yīng)用于包扎、襯墊、護(hù)套等。包括：絕緣布；有機薄膜；粘帶；塑料套管②絕緣漆

③熱塑性絕緣材料。

④熱固性層壓材料

⑤云母制品

⑥橡膠制品

制造印制電路板的材料—覆銅板

26準(zhǔn)備制作電路板的敷銅板27人工切割敷銅板28人工切割敷銅板29機器切割敷銅板303.2.1覆銅板的組成

單面覆銅板

基板銅箔

31基板銅箔

雙面覆銅板

32⑴覆銅板的基板

①酚醛樹脂基板和酚醛紙基覆銅板

用酚醛樹脂浸漬絕緣紙或棉纖維板，兩面加無堿玻璃布，就能制成酚醛樹脂層壓基板。②環(huán)氧樹脂基板和環(huán)氧玻璃布覆銅板

纖維紙或無堿玻璃布用環(huán)氧樹脂浸漬后熱壓而成的環(huán)氧樹脂層壓基板，電氣性能和機械性能良好。33③聚四氟乙烯基板和聚四氟乙烯玻璃布覆銅板

用無堿玻璃布浸漬聚四氟乙烯分散乳液后熱壓制成的層壓基板，是一種高度絕緣、耐高溫的新型材料。34⑵銅箔銅箔是制造覆銅板的關(guān)鍵材料，必須有較高的導(dǎo)電率及良好的焊接性。銅箔表面不得有劃痕、砂眼和皺折，金屬純度不低于99.8%，厚度誤差不大于±5μm。

原電子工業(yè)部的部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：銅箔厚度的標(biāo)稱系列為18μm、25μm、35μm、50μm、70μm和105μm。目前普遍使用的是35μm厚度的銅箔。35⑶粘合劑銅箔能否牢固地附著在基板上，粘合劑是重要因素。覆銅板的抗剝強度主要取決于粘合劑的性能。常用的覆銅板粘合劑有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯和聚酰亞胺等。363.2.2幾種常用覆銅板的性能特點

37表2焊接材料

393.3.1焊接的基礎(chǔ)知識焊接分類及特點

焊接一般分三大類：熔焊、接觸焊和釬焊。熔焊熔焊是指在焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，在不外加壓力的情況下完成焊接的方法。如電弧焊、氣焊等。接觸焊在焊接過程中，必須對焊件施加壓力(加熱或不加熱)完成焊接的方法。如超聲波焊、脈沖焊、摩擦焊等。40釬焊釬焊采用比被焊件熔點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而低于被焊物的熔點的溫度，利用液態(tài)焊料潤濕被焊物，并與被焊物相互擴散，實現(xiàn)連接。釬焊根據(jù)使用焊料熔點的不同又可分為硬釬焊和軟釬焊。(450oc)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、鉛等低熔點合金材料作焊料，因此俗稱“錫焊”。41焊接的機理1(1)潤濕過程熔融的焊料在被焊金屬表面上形成均勻、平滑、連續(xù)并且付著牢固的合金的過程，稱之為焊料在母材表面的潤濕。浸潤程度主要決定于焊件表面的清潔程度及焊料的表面張力。金屬表面看起來是比較光滑的，但在顯微鏡下面看，有無數(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)作用潤濕擴散開去的，因此焊接時應(yīng)使焊錫流淌。流淌的過程一般是松香在前面清除氧化膜，焊錫緊跟其后，所以說潤濕基本上是熔化的焊料沿著物體表面橫向流動。42焊接的機理2潤濕的好壞用潤濕角表示a）θ>90°不潤濕b）θ=90°潤濕不良c）θ<90°潤濕良好43

(2)擴散過程幾乎在潤濕同時，焊料與金屬表面分子互相擴散，在接觸面形成3~10um厚合金層，稱為擴散過程。例如，用錫鉛焊料焊接銅件，焊接過程中既有表面擴散，又有晶界擴散和晶內(nèi)擴散。錫鉛焊料中的鉛只參與表面擴散，而錫和銅原子相互擴散，這是不同金屬性質(zhì)決定的選擇擴散。正是由于這種擴散作用，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。焊接的機理344合金層一個好的焊點必須具備：良好的機械性能使元器件牢牢固定在PCB板上優(yōu)良導(dǎo)電性能45焊接要素焊接母材的可焊性可焊部位必須清潔焊接工具焊料助焊劑溫度（焊錫的最佳溫度為250±5oC）時間（一般IC、三極管焊接時間小于3S，其他元件焊接時間為4-5S）正確的工作方法463.3.2焊料焊料凡是用來熔合兩種或兩種以上的金屬面，使之形成一個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，焊料又可以分為軟焊料（熔點在450℃以下）和硬焊料（熔點在450℃以上）。

在電子裝配中常用的是錫鉛焊料47錫（Sn）是一種質(zhì)軟低熔點的金屬，熔點為232℃，純錫較貴，質(zhì)脆而機械性能差；在常溫下，錫的抗氧化性強。錫容易同多數(shù)金屬形成金屬化合物。鉛（Pb）是一種淺青白色的軟金屬，熔點為327℃，機械性能也很差。鉛的塑性好，有較高的抗氧化性和抗腐蝕性。鉛屬于對人體有害的重金屬。48（1）鉛錫合金

鉛錫焊料具有一系列鉛和錫所不具備的優(yōu)點：熔點低，低于鉛和錫的熔點，有利于焊接；機械強度高，合金的各種機械強度均優(yōu)于純錫和鉛；表面張力小、粘度下降，增大了液態(tài)流動性，有利于在焊接時形成可靠接頭；抗氧化性好，鉛的抗氧化性優(yōu)點在合金中繼續(xù)保持，使焊料在熔化時減少氧化量。

49（2）鉛錫合金狀態(tài)圖

共晶點上圖中在共晶點所對于的對應(yīng)合金成分為Pb-38.1％、Sn-61.9％的鉛錫合金稱為共晶焊錫，它的熔點最低，只有183℃，是鉛錫焊料中性能最好的一種。

5051常用焊錫：一般鉛錫焊料的成分及用途表152表253電子產(chǎn)品生產(chǎn)常用的低溫焊錫

54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。焊劑一般選用特級松香為基質(zhì)材料，并添加一定的活化劑。錫鉛組分不同，熔點就不同?？寡趸稿a在錫鉛合金中加入少量的活性金屬，保護(hù)焊錫不被繼續(xù)氧化。這類焊錫適用于浸焊和波峰焊。55常用焊錫2焊膏是表面安裝技術(shù)中的一種重要貼裝材料，由焊粉，有機物和溶劑組成，制成糊狀物，能方便地用絲網(wǎng)、模板或點膏機印涂在印制電路板上。

含銀的焊錫

在錫鉛焊料中添加0.5％～2.0％的銀，可減少鍍銀件中的銀在焊料中的溶解量，并可降低焊料的熔點。563.3.3助焊劑（1）助焊劑的作用

去除氧化膜防止氧化減小表面張力使焊點美觀（2）助焊劑的分類

見下表57助焊劑的分類及主要成分

58無機焊劑的活性最強，能除去金屬表面的氧化膜，但同時有強腐蝕作用，一般不能在焊接電子產(chǎn)品中使用。

有機焊劑的活性次于氯化物，有較好的助焊作用，但是也有一定腐蝕性，殘渣不易清理，且揮發(fā)物對操作者有害。說明：59松香焊劑主要成分是松香，松香加熱到70℃以上時開始呈液態(tài)，此時有一定的化學(xué)活性，呈現(xiàn)較弱的酸性，可與金屬表面的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；冷卻后松香又變成穩(wěn)定的固體，無腐蝕性，絕緣性強。602.3.4膏狀焊料

用再流焊設(shè)備焊接SMT電路板要使用膏狀焊料。膏狀焊料俗稱焊膏，焊錫膏由焊粉和糊狀助焊劑組成。錫膏61（1）焊粉和助焊劑

①焊粉

焊粉是合金粉末，是焊膏的主要成分。焊粉是把合金材料在惰性氣體（如氬氣）中用噴吹法或高速離心法生產(chǎn)的，并儲存在氮氣中避免氧化。焊粉的合金組分、顆粒形狀和尺寸對焊膏的特性和焊接的質(zhì)量（焊點的潤濕、高度和可靠性）產(chǎn)生關(guān)鍵性的影響。

62理想的焊粉應(yīng)該是粒度一致的球狀顆粒，國內(nèi)外銷售的焊粉的粒度有150目、200目、250目、350目和400目等的數(shù)種。注：粒度用來描述顆粒狀物質(zhì)的粗細(xì)程度，原指篩網(wǎng)在每1英寸長度上有多少個篩孔（目數(shù)），目數(shù)越多，篩孔就越小，能通過的顆粒就越細(xì)小。63常用焊粉的金屬成分對溫度特性及焊膏用途的影響表164表2常用焊粉的金屬成分對溫度特性及焊膏用途的影響65對不同粒度等級的焊粉的質(zhì)量要求

66②助焊劑

助焊劑重量百分含量一般占焊膏的8-15%，其主要成分有樹脂（光敏膠）、活性劑和穩(wěn)定劑等。助焊劑的化學(xué)活性可分為3個等級：非活性（R,松香助焊劑-Rosinflux）、中等活性（RMA，MiddleActivated）和全活性（RA，Activated）。67在向印制電路板上涂敷焊膏時，助焊劑影響焊膏圖形的形狀、厚度及塌落度。一般，采用模板印刷的焊膏，其助焊劑含量不超過10%。在貼放元器件時，助焊劑影響粘度，助焊劑的含量高，粘度就小。注意：68在再流焊過程中，助焊劑決定焊膏的潤濕性、焊點的形狀以及焊料球飛濺的程度。焊接完成后，助焊劑殘留物的性質(zhì)決定采用免清洗、可不清洗、溶劑清洗或水清洗工藝。免清洗焊膏內(nèi)的助焊劑含量不得超過10%。助焊劑的成分影響焊膏的存儲壽命。69焊膏中助焊劑的主要成分及其作用70（2）焊膏的組成和技術(shù)要求

焊膏是用合金焊料粉末和觸變性助焊劑均勻混合的乳濁液。

組成：71對焊膏的技術(shù)要求：①合金組分盡量達(dá)到共晶溫度特性。②在存儲期間，焊膏的性質(zhì)保持不變，合金焊粉與助焊劑不分層。③焊膏的粘度滿足工藝要求，具有良好的觸變性。觸變性，是指膠體物質(zhì)隨外力作用而改變粘度的特性。72④焊料中合金焊粉的顆粒均勻，微粉少，助焊劑融熔汽化時不會爆裂，保證在再流焊時潤濕性好，減少焊料球的飛濺。

涂敷焊膏的不同方法對焊膏粘度的要求

73（3）常用焊錫膏及選擇依據(jù)

市場銷售的焊錫膏品種及適用范圍74選擇依據(jù)：①要根據(jù)電子產(chǎn)品本身的價值和用途選擇焊膏的檔次。②根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程、印制電路板的制板工藝和元器件的情況來確定焊膏的合金組分：最常用的焊膏合金組分是Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2；

焊端或引腳采用鈀金、鈀銀厚膜電極或可焊性差的元器件應(yīng)該選擇含銀焊膏。75③根據(jù)對印制電路板清潔度的要求以及焊接以后的清洗工藝來選擇焊膏：采用溶劑清洗工藝時，要選用溶劑清洗型焊膏；采用水清洗工藝時，要選用水溶性焊膏；采用免清洗工藝時，要選用不含鹵素和強腐蝕性化合物的免清洗焊膏；焊接BGA、CSP封裝的集成電路，芯片的焊點處難于清洗，應(yīng)該選用高質(zhì)量的免清洗含銀焊膏。76④根據(jù)印制電路板和元器件的庫存時間和表面氧化程度選擇不同活性的焊膏。焊接一般SMT產(chǎn)品，采用活性RMA級的焊膏；高可靠性、航天和軍工電子產(chǎn)品，可以選擇R級活性的焊膏；印制板和元器件存放的時間長，表面氧化嚴(yán)重的，應(yīng)該采用RA級活性的焊膏，焊接以后要清洗。77⑤根據(jù)電路板的組裝密度選擇不同合金焊粉粒度的焊膏，焊接窄間距焊盤和引腳的電路板，要采用粒度3型（20-45μm）的焊膏。⑥根據(jù)在電路板上涂敷焊膏的方法和組裝密度選擇不同粘度的焊膏，高密度印刷工藝要求焊膏的粘度高，手工滴涂要求焊膏的粘度低。78（4）焊膏管理與使用的注意事項

①焊膏通常應(yīng)該保存在5-10℃的低溫環(huán)境下，可以儲存在電冰箱的冷藏室內(nèi)。②一般應(yīng)該在使用的前一天從冰箱中取出焊膏。③觀察錫膏，如果表面變硬或有助焊劑析出，必須進(jìn)行特殊處理，否則不能使用。④使用時取出焊膏后，應(yīng)該蓋好容器蓋，避免助焊劑揮發(fā)。79⑤涂敷焊膏和貼裝元器件時，操作者應(yīng)該戴手套，避免污染電路板。⑥如涂敷不準(zhǔn)確，必須擦洗掉焊膏再重新涂敷。擦洗免清洗焊膏不得使用酒精。⑦印好焊膏的電路板要及時貼裝元器件，盡量在4小時內(nèi)完成再流焊。⑧免清洗焊膏原則上不允許回收使用。⑨再流焊的電路板，需要清洗的應(yīng)該在當(dāng)天完成清洗，防止焊錫膏的殘留物對電路產(chǎn)生腐蝕。803.3.5阻焊劑阻焊劑的作用在焊接時可將不需要焊接的部位涂上阻焊劑保護(hù)起來，使焊接僅在需要焊接的焊接點上進(jìn)行。廣泛用于浸焊和波峰焊。阻焊劑的優(yōu)點防止焊錫橋連造成短路。使焊點飽滿，減少虛焊，而且有助于節(jié)約焊料。由于板面部分為阻焊劑膜所覆蓋，焊接時板面受到的熱沖擊小，因而不易起泡、分層。81對阻焊劑的要求粘度適宜，不封網(wǎng)，不潤圖像。在250-270oC的錫焊溫度中經(jīng)過10～25s而不起泡；具有較好的耐溶劑化學(xué)藥品性，能經(jīng)受焊前的化學(xué)處理,有一定的機械強度，能承受尼龍刷的打磨拋光處理。阻焊劑的種類阻焊劑可分為熱固化型、紫外線光固化型及電子束漫射固化型等幾種。

823.3.6無鉛焊料（1）鉛及其化合物帶來的污染

（2）無鉛焊接工藝的提出日本首先研制出無鉛焊料，立法規(guī)定有鉛焊接的終止期限為2003年年底，從2004年開始將不允許含鉛電子產(chǎn)品進(jìn)口；歐盟2006年在電子產(chǎn)品中限制使用包括鉛在內(nèi)的有害物質(zhì)。83（3）無鉛焊料的研究與推廣

①對無鉛焊料的理想化技術(shù)要求如下：

·無毒性·性能好·兼容性好·材料成本低無鉛錫絲84②最有可能替代鉛錫焊料的無毒合金是以錫（Sn）為主，添加銀（Ag）、鋅（Zn）、銅（Cu）、銻（Sb）、鉍（Bi）、銦（In）等金屬元素。無鉛焊料的可能選擇方案：

Sn-Ag系焊料

Sn-Zn系焊料

Sn-Bi系焊料85無鉛波峰焊設(shè)備86（4）無鉛焊料引發(fā)的新課題

①元器件問題②印制電路板問題③助焊劑問題④焊接設(shè)備問題⑤工藝流程中的問題⑥廢料回收問題其它常用材料

883.4.1粘合劑

89SMT所用的粘合劑

90(1)SMT工藝對粘合劑的要求對應(yīng)用于SMT工藝來說，理想的粘合劑應(yīng)該具有下列性能：

化學(xué)成分簡單——制造容易；存放期長——不需要冷藏而不易變質(zhì)；良好的填充性能——能填充電路板與元器件之間的間隙；不導(dǎo)電——不會造成短路；觸變性好——滴下的輪廓良好，不流動，不會因流動而污染元器件的焊盤；91

無腐蝕——不會腐蝕基板或元器件；充分的