《常用材料和工具》PPT课件.pptVIP

第三章制造电子产品的常用材料和工具 3 1常用导线与绝缘材料3 1 1 1导线材料 导线分类电子产品中常用的导线包括电线与电缆 又能细分成裸线 电磁线 绝缘电线电缆和通信电缆四类 裸线是指没有绝缘层的单股或多股导线 大部分作为电线电缆的线芯 少部分直接用在电子产品中连接电路 电磁线是有绝缘层的导线 绝缘方式有表面涂漆或外缠纱 丝 薄膜等 一般用来绕制电感类产品的绕组 所以也叫做绕组线 绝缘电线电缆包括固定敷设电线 绝缘软电线和屏蔽线 用做电子产品的电气连接 通信电缆包括用在电信系统中的电信电缆 高频电缆和双绞线 电信电缆一般是成对的对称多芯电缆 通常用于工作频率在几百kHz以下的信号传输 高频电缆对高频信号传输损耗小 效率高 双绞线用在计算机和电信信号的传输 频率在10MH 至几百MHZ 导体材料 导体材料主要是导电性能好的铜线和铝线 大多制成圆形截面 少数根据特殊要求制成矩形或其他形状的截面 对于电子产品来说 几乎都是使用铜线 纯铜线的表面很容易氧化 一般导线是在铜线表面镀耐氧化金属 例如 普通导线 镀锡能提高可焊性 高频用导线 镀银能提高电性能 耐热导线 镀镍能提高耐热性能 后两种导线的成本较高 使用不如镀锡导线普遍 导线的粗细标准称为线规 有线号和线径两种表示方法 按导线的粗细排列成一定号码的叫做线号制 线号越大 其线径越小 英 美等国家采用线号制 线径制则是用导线直径的毫米 mm 数表示线规 中国采用线径制 绝缘外皮材料 导线绝缘外皮的作用 除了电气绝缘 能够耐受一定电压以外 还有增强导线机械强度 保护导线不受外界环境腐蚀的作用 导线绝缘外皮的材料主要有 塑料类 聚氯乙烯 聚四氟乙烯等 橡胶类 纤维类 棉 化纤等 涂料类 聚脂 聚乙烯漆 它们可以单独构成导线的绝缘外皮 也能组合使用 常见的塑料导线 橡皮导线 纱包线 漆包线等 就是以外皮材料区分的 因绝缘材料不同 它们的用途也不相同 表3 1常用安装导线 选择使用安装导线 要注意以下几点 安全载流量表3 2中列出的安全载流量 是铜芯导线在环境温度为25 载流芯温度为70 的条件下架空敷设的载流量 当导线在机壳内 套管内等散热条件不良的情况下 载流量应该打折扣 取表中数据的1 2是可行的 一般情况下 载流量可按5A mm2估算 这在各种条件下都是安全的 表3 2铜芯导线的安全载流量 25 最高耐压和绝缘性能随着所加电压的升高 导线绝缘层的绝缘电阻将会下降 如果电压过高 就会导致放电击穿 导线标志的试验电压 是表示导线加电1分钟不发生放电现象的耐压特性 实际使用中 工作电压应该大约为试验电压的1 3 1 5 导线颜色塑料安装导线有棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑等各种单色导线 还有在基色底上带一种或两种颜色花纹的花色导线 为了便于在电路中区分使用 习惯上经常选择的导线颜色见表3 3 可供参考 见P142 工作环境条件 室温和电子产品机壳内部空间的温度不能超过导线绝缘层的耐热温度 当导线 特别是电源线 受到机械力作用的时候 要考虑它的机械强度 对于抗拉强度 抗反复弯曲强度 剪切强度及耐磨性等指标 都应该在选择导线的种类 规格及连线操作 产品运输等方面进行考虑 留有充分的余量 要便于连线操作应该选择使用便于连线操作的安装导线 例如 带丝包绝缘层的导线用普通剥线钳很难剥出端头 如果不是机械强度的需要 不要选择这种导线作为普通连线 3 1 2绝缘材料 绝缘材料又称电介质 它在直流电压的作用下 只允许极微小的电流通过 绝缘材料的电阻率 电阻系数 一般都大于109 cm 在电子工业中的应用相当普遍 这类材料品种很多 要根据不同要求及使用条件合理选用 3 1 2 1绝缘材料的主要性能及选择 抗电强度抗电强度又叫耐压强度 即每毫米厚度的材料所能承受的电压 它同材料的种类及厚度有关 对一般电子产品生产中常用的材料来说 抗电强度比较容易满足要求 机械强度绝缘材料的机械强度一般是指抗张强度 即每平方厘米所能承受的拉力 对于不同用途的绝缘材料 机械强度的要求不同 例如 绝缘套管要求柔软 结构绝缘板则要求有一定的硬度并且容易加工 同种材料因添加料不同 强度也有较大差异 选择时应该注意 耐热等级耐热等级是指绝缘材料允许的最高工作温度 它完全取决于材料的成分 按照一般标准 耐热等级可分为七级 参见表2 6 3 1 2 2常用绝缘材料 薄型绝缘材料 主要应用于包扎 衬垫 护套等 绝缘纸 常用的有电容器纸 青壳纸 铜板纸等 具有较高的抗电强度 但抗张强度和耐热性都不高 主要用于要求不高的低压线圈绝缘 绝缘布 常用的有黄腊布 黄腊绸 玻璃漆布等 它们具有布的柔软性和抗拉强度 适用于包扎 变压器绝缘等 这种材料也可制成各种套管 用做导线护套 有机薄膜 常用的有聚脂 聚酰亚胺 聚氯乙烯 聚四氟乙烯薄膜 厚度范围是0 04 0 1mm 其中以聚脂薄膜使用最为普遍 粘带 上述有机薄膜涂上胶粘剂就成为各种绝缘粘带 俗称塑料胶带 可以取代传统的 黑胶布 大大提高了耐热 耐压等级 塑料套管 除绝缘布套管外 大量用在电子装配中的是塑料套管 即用聚氯乙烯为主料制成各种规格 各种颜色的套管 由于耐热性差 工作温度为 60 70 不宜用在受热部位 还有一种热缩性塑料套管 经常用作电线端头的护套 绝缘漆 使用最多的地方是浸渍电器线圈和表面覆盖 热塑性绝缘材料 热固性层压材料 云母制品 橡胶制品 3 2制造印制电路板的材料 覆铜板 覆铜板是用减成法制造印制电路板的主要材料 所谓覆铜板 全称为覆铜箔层压板 就是经过粘接 热挤压工艺 使一定厚度的铜箔牢固地附着在绝缘基板上的板材3 2 1 1覆铜板的组成铜箔覆在基板一面的 叫做单面覆铜板 覆在基板两面的称为双面覆铜板 几种常用覆铜板的基板材料及其性质如下 酚醛树脂基板和酚醛纸基覆铜板 环氧树脂基板和环氧玻璃布覆铜板 聚四氟乙烯基板和聚四氟乙烯玻璃布覆铜板 根据基板厚度要求选择玻璃布 或纤维纸 层的数量 按尺寸剪切后进行压制 压制中使用蒸汽或电加热 使半固化的粘结剂彻底固化 铜箔与基板牢固地粘合成一体 冷却后即为覆铜板 覆铜板的生产工艺流程如图3 3所示 图3 3覆铜板的生产工艺流程 3 2 2覆铜板的技术指标和性能特点1 覆铜板的非电技术指标A 抗剥强度是使单位宽度的铜箔剥离基板所需要的最小力 单位为kg cm 用这个指标来衡量铜箔与基板之间的结合强度 此项指标主要取决于粘合剂的性能及制造工艺 B 翘曲度翘曲度指单位长度上的翘曲值 衡量敷铜板相对于平面的不平度指标 取决于基板材料和厚度 C 抗弯强度抗弯强度表明敷铜板所能承受弯曲的能力 单位为kg cm 这项指标主要取决于敷铜板的基板材料 在确定印制板厚度时应考虑这项指标 D 耐浸焊性耐浸焊性指敷铜板置人一定温度的熔融焊锡中停留一段时间 一般为10s 后 所能承受的铜箔抗剥能力 一般要求铜箔板不起泡 不分层 如果浸焊性差 印制板在经过多次焊接时 将可能使焊盘及导线脱落 此项指标对印制电路板的质量影响很大 主要取决于板材和黏合剂 除上述几项指标外 衡量敷铜板的技术指标还有表面平滑度 光滑度 坑深 介电性能 表面电阻 耐氰化物等 其电气指标可参阅相关手册 几种常用覆铜板的性能特点 3 3焊接材料 焊接材料包括焊料和焊剂 又叫助焊剂 掌握焊料和焊剂的性质 成份 作用原理及选用知识 是电子工艺技术中的重要内容之一 对于保证产品的焊接质量具有决定性的影响 3 3 1焊料焊料是易熔金属 它的熔点低于被焊金属 焊料熔化时 将被焊接的两种相同或不同的金属结合处填满 待冷却凝固后 把被焊金属连接到一起 形成导电性能良好的整体 一般要求焊料具有熔点低 凝固快的特点 熔融时应该有较好的润湿性和流动性 凝固后要有足够的机械强度 按照组成的成分 有锡铅焊料 银焊料 铜焊料等多种 目前在一般电子产品的装配焊接中 主要使用铅锡焊料 一般俗称为焊锡 3 3 1 1铅锡合金与铅锡合金状态 锡 Sn 是一种质软低熔点的金属 熔点为232 纯锡较贵 质脆而机械性能差 在常温下 锡的抗氧化性强 高于13 2 时 锡呈银白色 低于13 2 时 锡呈灰色 低于 40 时 锡变成粉末 铅 Pb 是一种浅青白色的软金属 熔点为327 机械性能也很差 铅的塑性好 有较高的抗氧化性和抗腐蚀性 铅锡合金铅锡焊料具有一系列铅和锡所不具备的优点 熔点低 低于铅和锡的熔点 有利于焊接 机械强度高 合金的各种机械强度均优于纯锡和铅 表面张力小 粘度下降 增大了液态流动性 有利于在焊接时形成可靠接头 抗氧化性好 铅的抗氧化性优点在合金中继续保持 使焊料在熔化时减少氧化量 铅锡合金状态图 图3 5表示了不同比例的铅和锡的合金状态随温度变化的曲线 从图中可以看出 当铅与锡用不同的比例组成合金时 合金的熔点和凝固点也各不相同 除了纯铅在330 图中C点 左右 纯铅在230 图中D点 左右的熔化点和凝固点是一个点以外 只有T点所示比例的合金是在一个温度下熔化 其它比例的合金都在一个区域内处于半熔化 半凝固的状态 在图3 5中 C T D线叫做液相线 温度高于这条线时 合金为液相 C E T F D叫做固相线 温度低于这条线时 合金为固相 在两条线之间的两个三角形区域内 合金是半熔融 半凝固状态 例如 铅 锡各占50 的合金 熔点是212 凝固点是182 在182 212 之间 合金为半熔化 半凝固的状态 因为在这种比例的合金中锡的含量少 所以成本较低 一般的焊接可以使用 但又由于它的熔点较高而凝固点较低 所以不宜用来焊接电子产品 图中A B线表示最适合焊接的温度 它高于液相线约50 共晶焊锡图3 5中的T点叫做共晶点 对应合金成分为Pb 38 1 Sn 61 9 的铅锡合金称为共晶焊锡 它的熔点最低 只有182 是铅锡焊料中性能最好的一种 它具有以下优点 低熔点 降低了焊接时的加热温度 可以防止元器件损坏 熔点和凝固点一致 可使焊点快速凝固 几乎不经过半凝固状态 不会因为半熔化状态时间间隔长而造成焊点结晶疏松 强度降低 这一点 对于自动焊接有着特别重要的意义 因为在自动焊接设备的传输系统中 不可避免地存在振动 流动性好 表面张力小 润湿性好 有利于提高焊点质量 机械强度高 导电性好 实际应用中 一般把Sn 60 Pb 40 左右的焊料就称为共晶焊锡 其熔化点和凝固点也不是在单一的183 上 而是在某个小范围内 3 3 1 1常用焊料及杂质的影响 表3 8不同比例铅锡合金的物理性能和机械性能 表3 9杂质对焊锡性能的影响 3 3 1 2常用焊锡 表2 10一般铅锡焊料的成分及用途 3 3 2助焊剂 3 3 2 1助焊剂的作用 去除氧化膜 其实质是助焊剂中的氯化物 酸类同焊接面上的氧化物发生还原反应 从而除去氧化膜 反应后的生成物变成悬浮的渣 漂浮在焊料表面 防止氧化 液态的焊锡及加热的焊件金属都容易与空气中的氧接触而氧化 助焊剂融化以后 形成漂浮在焊料表面的隔离层 防止了焊接面的氧化 减小表面张力 增加熔融焊料的流动性 有助于焊锡润湿和扩散 使焊点美观 合适的助焊剂能够整理焊点形状 保持焊点表面的光泽 3 3 2 2助焊剂的分类助焊剂的分类及主要成分见表3 12 2 助焊剂 1 助焊剂的作用去除氧化膜防止氧化减小表面张力使焊点美观 2 助焊剂的分类见下表 说明 无机焊剂的活性最强 能除去金属表面的氧化膜 但同时有强腐蚀作用 一般不能在焊接电子产品中使用 有机焊剂的活性次于氯化物 有较好的助焊作用 但是也有一定腐蚀性 残渣不易清理 且挥发物对操作者有害 松香焊剂主要成分是松香 松香加热到70 以上时开始呈液态 此时有一定的化学活性 呈现较弱的酸性 可与金属表面的氧化物发生化学反应 冷却后松香又变成稳定的固体 无腐蚀性 绝缘性强 电子产品的制造需要使用各种导线 绝缘材料等 了解这些材料的种类 性能和特点 掌握正确选用的方法 这对于优化生产工艺 保证产品质量是至关重要的 2 5 1导线1 裸线是指没有绝缘层的单股或多股铜导线 大部分作为电线电缆的线芯 少部分直接用在电子产品中连接电路 2 电磁线指有绝缘层的铜线 绝缘方式有表面涂漆或外缠纱 丝等 一般用来绕制电感类产品的绕组 所以也叫做绕组线 3 绝缘电线指由导电的线芯 绝缘层等组成的导线 用做电子产品的电气连接 导线绝缘外皮的材料主要是塑料类和橡胶类 在结构上有固定敷设电线 绝缘软电线和屏蔽线 3 5常用材料 4 排线排线如右下图所示 在数字电路中 特别是计算机类产品中 数据总线 地址总线和控制总线等连接导线往往是成组出现的 其工作电平 导线走向都大体一致 5 电线电缆电线电缆又称安装电缆 一般由导电芯线 绝缘层和保护层组成 芯线有单芯 多芯 并有各种不同的线径 左下图所示为电线电缆的结构示意图 已安装接插头的排线电线电缆结构示意图 3 5 2常用绝缘材料绝缘材料是电很难通过的材料 具有较高的电阻率 耐压强度和耐热性能 在电子产品中主要用于包扎 衬垫 护套等 1 绝缘纸常用的有电容器纸 青壳纸 铜板纸等 主要用于要求不高的低压线圈绝缘 2 绝缘布常用的有黄腊布 黄腊绸 玻璃漆布等 这种材料也可制成各种套管 用做导线护套 3 有机薄膜常用的有聚脂 聚酰亚胺 聚氯乙烯 聚四氟乙烯薄膜 有机薄膜涂上胶粘剂就成为各种绝缘粘带 4 塑料套管除绝缘布套管外 大量用在电子装配中的是塑料套管 5 橡胶制品橡胶在较大的温度范围内具有优良的弹性 电绝缘性 耐热 耐寒和耐腐蚀性 是传统的绝缘材料 用途非常广泛 6 云母