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电子产品生产工艺与管理 第四章焊接工艺 第四章焊接工艺学习要点 1 了解焊接的概念 常见类型 锡焊的基本过程及基本条件 2 学习手工焊接技术 掌握手工焊接的工艺要求 3 学习自动焊接技术 无铅焊接技术 4 了解接触焊接的常见类型 特点及使用场合 第四章主要内容 焊接的基本知识手工焊接技术及工艺要求焊接的质量分析自动焊接技术表面安装技术SMT无铅焊接技术接触焊接 4 1焊接的基本知识 焊接的概念和种类锡焊的基本过程锡焊的基本条件 4 1 1焊接的概念和种类 一 焊接是使金属连接的一种方法 是将导线 元器件引脚与印制电路板连接在一起的过程 焊接过程要满足机械连接和电气连接两个目的 其中 机械连接是起固定作用 而电气连接是起电气导通的作用 4 1 1焊接的概念和种类 二 现代焊接技术主要以下三类 1 熔焊常见的有电弧焊 激光焊 等离子焊及气焊等 2 钎焊常见的有锡焊 火焰钎焊 真空钎焊等 在电子产品的生产中 大量采用锡焊技术进行焊接 3 接触焊常见的有压接 绕接 穿刺等 4 1 2锡焊的基本过程 锡焊是使用锡合金焊料进行焊接的一种焊接形式 焊接过程是将焊件和焊料共同加热到焊接温度 在焊件不熔化的情况下 焊料熔化并浸润焊接面 在焊接点形成合金层 形成焊件的连接过程 焊接的机理可分为下列三个阶段 1 润湿阶段2 扩散阶段3 焊点的形成阶段 4 1 3锡焊的基本条件 完成锡焊并保证焊接质量 应同时满足以下几个基本条件 1 被焊金属应具有良好的可焊性2 被焊件应保持清洁 3 选择合适的焊料 4 选择合适的焊剂5 保证合适的焊接温度 4 2手工焊接技术及工艺要求 手工焊接技术手工焊接的工艺要求手工焊接的操作要领拆焊 4 2 1手工焊接技术 一 手工焊接是电子产品装配中的一项基本操作技能 手工焊接适合于产品试制 电子产品的小批量生产 电子产品的调试与维修以及某些不适合自动焊接的场合 4 2 1手工焊接技术 二 1 握持电烙铁的方法反握法 适合于较大功率的电烙铁 75W 对大焊点的焊接操作 正握法 适用于中功率的烙铁及带弯头的烙铁的操作 笔握法 适用于小功率的电烙铁焊接印制板上的元器件 a 反握法 b 正握法 c 笔握法 4 2 1手工焊接技术 三 2 手工焊接的基本操作方法 第一步第二步第三步第四步第五步图五步操作法 第一步第二步第三步图三步操作法 4 2 2手工焊接的工艺要求 1 保持烙铁头的清洁2 采用正确的加热方式 3 焊料 焊剂的用量要适中 4 烙铁撤离方法的选择5 焊点的凝固过程6 焊点的清洗 4 2 3手工焊接的操作要领 手工焊接的操作过程中 必须掌握以下要领 1 做好焊前准备2 掌握电烙铁加热焊点的方法及焊料的供给方法3 掌握电烙铁的撤离方法 4 掌握合适的焊接时间和温度5 做好焊接后的处理工作 电烙铁接触焊点的方法 焊料的供给方法 电烙铁的撤离方向与焊料的留存量 4 2 4拆焊 一 拆焊又称解焊 它是指把元器件从原来已经焊接的安装位置上拆卸下来 当焊接出现错误 损坏或进行调试维修电子产品时 就要进行拆焊过程 1 拆焊的常用工具和材料普通电烙铁 镊子 吸锡器 吸锡电烙铁 吸锡材料等 4 2 4拆焊 二 2 拆焊方法常用的拆焊方法有分点拆焊法 集中拆焊法和断线拆焊法 分点拆焊法 集中拆焊法 断线拆焊法更换元件 4 3焊点的质量分析 焊接的质量要求焊点的检查步骤焊点的常见缺陷及原因分析 4 3 1焊点的质量要求 1 电气接触良好良好的焊点应该具有可靠的电气连接性能 不允许出现虚焊 桥接等现象 2 机械强度可靠保证使用过程中 不会因正常的振动而导致焊点脱落 3 外形美观一个良好的焊点应该是明亮 清洁 平滑 焊锡量适中并呈裙状拉开 焊锡与被焊件之间没有明显的分界 这样的焊点才是合格 美观的 a 插焊 b 弯焊 c 绕焊 d 搭焊焊点的连接形式 4 3 2焊点的检查步骤 一 焊点的检查通常采用目视检查 手触检查和通电检查的方法 1 目视检查是指从外观上检查焊接质量是否合格 焊点是否有缺陷 目视检查的主要内容有 是否有漏焊 焊点的光泽好不好 焊料足不足 是否有桥接 拉尖现象 焊点有没有裂纹 焊盘是否有起翘或脱落情况 焊点周围是否有残留的焊剂 导线是否有部分或全部断线 外皮烧焦 露出芯线的现象 4 3 2焊点的检查步骤 二 2 手触检查手触检查主要是用手指触摸元器件 看元器件的焊点有无松动 焊接不牢的现象 用镊子夹住元器件引线轻轻拉动 有无松动现象 4 3 2焊点的检查步骤 三 3 通电检查通电检查必须在目视检查和手触检查无错误的情况之后进行 这是检验电路性能的关键步骤 4 3 3焊点的常见缺陷及原因分析 一 焊点的常见缺陷有虚焊 拉尖 桥接 球焊 印制电路板铜箔起翘 焊盘脱落 导线焊接不当等 造成焊点缺陷的原因很多 在材料 焊料与焊剂 和工具 烙铁 夹具 一定的情况下 采用什么样的焊接方法 以及操作者是否有责任心就起决定性的因素了 4 3 3焊点的常见缺陷及原因分析 二 1 虚焊 假焊 指焊接时焊点内部没有形成金属合金的现象 造成虚焊的主要原因是 焊接面氧化或有杂质 焊锡质量差 焊剂性能不好或用量不当 焊接温度掌握不当 焊接结束但焊锡尚未凝固时焊接元件移动等 虚焊造成的后果 信号时有时无 噪声增加 电路工作不正常等 软故障 4 3 3焊点的常见缺陷及原因分析 三 2 拉尖拉尖是指焊点表面有尖角 毛刺的现象 造成拉尖的主要原因是 烙铁头离开焊点的方向不对 电烙铁离开焊点太慢 焊料质量不好 焊料中杂质太多 焊接时的温度过低等 拉尖造成的后果 外观不佳 易造成桥接现象 对于高压电路 有时会出现尖端放电的现象 4 3 3焊点的常见缺陷及原因分析 四 3 桥接桥接是指焊锡将电路之间不应连接的地方误焊接起来的现象 造成桥接的主要原因是 焊锡用量过多 电烙铁使用不当 导线端头处理不好 自动焊接时焊料槽的温度过高或过低等 桥接造成的后果 导致产品出现电气短路 有可能使相关电路的元器件损坏 4 3 3焊点的常见缺陷及原因分析 五 4 球焊是指焊点形状象球形 与印制板只有少量连接的现象 球焊的主要原因 印制板面有氧化物或杂质造成的 球焊造成的后果 由于被焊部件只有少量连接 因而其机械强度差 略微振动就会使连接点脱落 造成虚焊或断路故障 5 印制板铜箔起翘 焊盘脱落主要原因 焊接时间过长 温度过高 反复焊接造成的 或在拆焊时 焊料没有完全熔化就拔取元器件造成的 后果 使电路出现断路 或元器件无法安装的情况 甚至整个印制板损坏 4 3 3焊点的常见缺陷及原因分析 六 6 导线焊接不当 芯线过长 b 焊料浸过导线外皮 c 外皮烧焦 d 摔线 e 芯线散开图导线的焊接缺陷 4 4自动焊接技术 浸焊波峰焊接技术再流焊技术 4 4 1浸焊 一 浸焊是指 将插装好元器件的印制电路板浸入有熔融状焊料的锡锅内 一次完成印制电路板上所有焊点的自动焊接过程 4 4 1浸焊 二 1 浸焊的工艺流程 1 插装元器件 2 喷涂焊剂 3 浸焊 4 冷却剪脚 5 检查修补 4 4 1浸焊 三 2 浸焊的特点生产效率较高 操作简单 适应批量生产 可消除漏焊现象 但浸焊的焊接质量不高 需要补焊修正 焊槽温度掌握不当时 会导致印制板起翘 变形 元器件损坏 多次浸焊后 会造成虚焊 桥接 拉尖等焊接缺陷 4 4 2波峰焊接技术 一 波峰焊接是指 将插装好元器件的印制电路板与融化焊料的波峰接触 一次完成印制板上所有焊点的焊接过程 4 4 2波峰焊接技术 二 1 波峰焊接的工艺流程波峰焊接的工艺流程包括 焊前准备 元器件插装 喷涂焊剂 预热 波峰焊接 冷却及清洗等过程 焊前准备元器件插装喷涂焊剂预热波峰焊接冷却清洗 4 4 2波峰焊接技术 三 2 波峰焊的特点波峰焊的生产效率高 焊点质量高 不易产生 夹渣 虚焊现象 最适应单面印制电路板的大批量地焊接 并且 焊接的温度 时间 焊料及焊剂的用量等 在波峰焊接中均能得到较完善的控制 但波峰焊容易造成焊点桥接的现象 需要补焊修正 4 4 3再流焊技术 一 再流焊 回流焊 技术是将焊料加工成一定颗粒 并拌以适当的液态粘合剂 使之成为具有一定流动性的糊状焊膏 用它把将贴片元器件粘在印制电路板上 然后通过加热使焊膏中的焊料熔化而再次流动 达到将元器件焊接到印制电路板上的目的 再流焊主要用于贴片元器件的焊接上 4 4 3再流焊技术 二 1 再流焊技术的工艺流程 1 焊前准备 2 点膏并贴装 印刷 SMT元器件 3 加热 再流 4 冷却 5 测试 6 修复 整形 7 清洗 烘干 4 4 3再流焊技术 三 2 再流焊技术的特点 1 再流焊技术是采用局部加热的方式完成焊接任务的 因而被焊接的元器件不易损坏 并可以避免桥接等焊接缺陷 2 再流焊技术中 焊料只是一次性使用 不存在再次利用的情况 因而焊料很纯净 没有杂质 保证了焊点的质量 4 5表面安装技术SMT 表面安装技术SMT的特点SMT技术的安装方式表面安装技术SMT的工艺流程SMT的焊接质量分析 4 5 1SMT的特点 一 表面安装技术SMT是一种包括PCB基板 电子元器件 线路设计 装联工艺 装配设备 焊接方法和装配辅助材料等诸多内容的系统性综合技术 是把无引线或短引线的表面安装元件 SMC 和表面安装器件 SMD 直接贴装在印制电路板的表面上的装配焊接技术 4 5 1SMT的特点 二 与传统的通孔插装技术相比 表面安装技术 SMT 具有以下优点 1 微型化程度高2 高频特性好3 有利于自动化生产4 简化了生产工序 减低了成本 4 5 2SMT技术的安装方式 一 1 完全表面安装 是指所需安装的元器件全部采用表面安装元器件 SMC和SMD 印制电路板上没有通孔插装元器件THC 特点 工艺简单 组装密度高 电路轻薄 但不适应大功率电路的安装 单面板完全表面安装双面板完全表面安装 4 5 2SMT技术的安装方式 二 2 混合安装 是指在同一块印制电路板上 既装有贴片元器件SMD 又装有通孔插装的传统元器件THC 特点 PCB板的成本低 组装密度高 适应各种电路的安装 但焊接工艺上略显复杂 要求先贴后插 目前 使用较多的安装方式还是混合安装法 4 5 3SMT的工艺流程 SMT的焊接常采用波峰焊和回流焊两种焊接技术 波峰焊一般用于大批量生产的情况下 其对贴片精度要求高 生产过程自动化程度也很高 回流焊的方式可用于小批量生产 也可用于大批量生产 且不易损坏元器件 焊接质量高 表面安装技术的工艺流程包括 安装印制电路板 点胶 或涂膏 贴装SMT元器件 烘干 焊接 清洗和检测等几个过程 4 5 4SMT的焊接质量分析 SMT的焊接质量要求与传统的焊接技术要求基本相同 即要求焊点表面有光泽且平滑 焊料与焊件交接处平滑 无裂纹 针孔 夹渣现象 矩形贴片元件的焊点形状IC贴片的焊点形状合格的SMT焊接情况 常见的SMT焊接缺陷 4 6无铅焊接技术 无铅焊料和锡铅合金焊料的区别元器件和印制板的无铅化无铅焊接的工艺要求及其可靠性分析无铅焊接的质量分析无铅焊接对组装设备的要求 4 6 1无铅焊料和锡铅合金焊料的区别 1 无铅焊料的熔点高于锡铅合金焊料 2 锡铅合金焊料Sn63 Pb37的焊点光滑 亮泽 无铅合金焊料的焊点条纹较明显 暗淡 焊点看起来显得粗糙 不平整 3 无铅焊接导致发生焊接缺陷的几率增加 如易发生桥接 不容湿 反熔湿以及焊料结球等缺陷 4 6 2元器件和印制板的无铅化 一 1 元器件的无铅化元器件的无铅化主要是指元器件引线的无铅化 可选择纯锡 银 钯 镍 金 镍 钯 镍 金 银 钯 镍 金 铜等代替Sn Pb焊料等可焊涂复层 4 6 2元器件和印制板的无铅化 二 2 印制板的无铅化对印制线路板上的焊盘和导电层 可用下列可焊涂复层替代原有Sn Pb焊料的可焊涂复层 1 使用有机可焊保护层 此保护层在高温下才会分解消逝 是一种比较稳定的氧化防护层 2 化学镀银 电镀镍银 电镀镍 金 铜 金层上热风整平镀锡 电镀镀镍 钯 镀纯锡 电镀钯 铜等 4 6 3无铅焊接的工艺要求及可靠性分析 一 1 无铅焊接的工艺要求影响无铅焊接工艺的因素主要有 元器件 印制电路板PCB 助焊剂 模板及丝印参数 焊接设备 回流温度曲线等问题 对于任何无铅焊接工艺来说 改进焊接材料以及更新设备都可改进产品的焊接性能 4 6 3无铅焊接的工艺要求及可靠性分析 二 2 无铅焊接的可靠性分析在一般的无铅焊点可靠性分析中 通常都是和相同设计 工艺下的锡铅焊点效果进行比较 1 高温带来的问题 2 焊点的剥离 3 铅污染问题 4 金属须 Whisker 问题 5 克氏空孔 6 锡瘟问题 7 惰性气体的使用 4 6 4无铅焊接的质量分析 一 无铅可导致发生焊接缺陷的几率增加 无铅焊接中 常出现的焊接缺陷包括桥接 焊料球 立碑 位置偏移 芯吸现象 未熔融 焊料不足 润湿不良等 4 6 5无铅焊接对组装设备的要求 无铅焊接对组装设备的要求主要是 对波峰焊机和再流焊机设备进行无铅化改造 无铅化后 焊接温度升高 氧化现象会更加严重 必然对焊接设备自身的耐高温性和抗氧化性提出更高的要求 为了提高焊接质量和减少焊料的氧化 可采用新的抑制焊料氧化技术和采用惰性气体 例如N2 保护焊技术 4 7接触焊接 压接绕接穿刺螺纹连接 4 7 1压接 一 压接是使用专用工具 在常温下对导线和接线端子施加足够的压力 使两个金属导体 导线和接线端子 产生塑性变形 从而达到可靠电气连接的方法 适用于导线的连接 4 7 1压接 二 1 压接的特点 1 工艺简单 操作方便 不受场合 人员的限制 2 连接点的接触面积大 使用寿命长 3 耐高温和低温 适合各种场合 且维修方便 4 成本低 无污染 无公害 5 缺点 压接点的接触电阻大 因而压接处的电气损耗大 4 7 1压接 三 2 压接工具的种类 1 手动压接工具 2 气动式压接工具 3 电动压接工具 4 自动压接工具 a 手动压接钳外形图 b 导线与压接端子压接图 4 7 2绕接 一 绕接是用绕接器 将一定长度的单股芯线高速地绕到带棱角的接线柱上 形成牢固的电气连接 4 7 2绕接 二 1 绕接的机理绕接属于压力连接 绕接时 导线以一定的压力同接线柱的棱边相互摩擦挤压 使两个金属接触面的氧化层被破坏 金属间的温度升高 从而使金属导线和接线柱之间紧密的结合 形成连接的合金层 绕接点要求导线紧密排列 不得有重绕 断绕的现象 绕接通常用于接线柱子和导线的连接 4 7 2绕接 三 2 绕接的特点 1 接触电阻小 2 抗震能力比锡焊强 工作寿命长 达40年之久 3 可靠性高 不存在虚焊及焊剂腐蚀的问题 4 绕接无需加温 因而不会产生热损伤 5 操作简单 对操作者的技能要求低 6 对接线柱有特殊要求 且走线方向受到限制 7 多股线不能绕接 单股线又容易折断 4 7 3穿刺 一 穿刺是将需要连接的扁平线缆和接插件置于穿刺机的上 下工