工艺技术_焊接工艺--锡膏的介绍

焊接工艺介绍 锐泽科技工艺室2012年11月 教材目录 第一章 锡焊方式烙铁焊浸焊波峰焊热压焊回流焊激光焊第二章 焊料介绍锡丝 锡条 锡膏 锡焊方式 从微观角度来分析锡焊过程的物理 化学化 锡焊是通过 润湿 扩散 冶金 三个过程完成的 焊料先对金属表面产生润湿 伴随着润湿现象发生 焊料逐渐向铜金属扩散 在焊料与铜金属的接触界面上生成合金层 使两者牢固的结合起来 锡焊 烙铁焊 烙铁台 人工 浸焊 锡炉 人工 波峰焊 波峰焊机 机械自动 热压焊 哈巴焊机 机械自动 回流焊 回流焊机 机械自动 烙铁焊 按加热方式分类 外加热式 内加热式 恒温式外热型 发热电阻在电烙铁的外面 既适合于焊接大型的元部件 也适用于焊接小型的元器件 由于发热电阻丝在烙铁头的外面 有大部分的热散发到外部空间 所以加热效率低 加热速度较缓慢 一般要预热6 7分钟才能焊接内热型 加热元件和铜头的相对位置应该是 加热元件在焊锡铜头的内部 使热量从内部传到烙铁头 具有热得快 加热效率高 体积小 重量轻 耗电省 使用灵巧等优点 适合于焊接小型的元器件 但由于电烙铁头温度高而易氧化变黑 烙铁芯易被摔断 且功率小 只有20W 35W 50W等几种规格恒温型 温度控制调节 焊料不易氧化 能防止元器件因温度过高而损坏 外热 内热 恒温 烙铁焊 烙铁焊过程 准备 加热将烙铁头放在要焊锡部加热 加入焊锡锡丝熔解适量 拿开焊锡丝 拿开烙铁头 焊锡 烙铁 如没将母材充分加热 焊锡溶解后也不能粘在母材上 烙铁不是溶解焊锡的工具 而是给母材加热的工具 波峰焊 波峰焊是一种传统的机械自动焊接方式 它是为适应通孔插装印制电路板的焊接而产生的 它优点在于焊点可靠性高 一致性好 效率高 成本低等特点 明显优于烙铁焊 在规模生产中已普遍采取这种焊接方式 裝板 涂敷焊剂 预热 焊接 热风刀 冷却 卸板 预热开始 与焊料接触 达到润湿 与焊料脱离 焊料开始凝固 凝固结束 预热时间 润湿时间 停留 焊接時間 冷却時間 工艺时间 波峰焊工艺曲线解析 波峰焊 主要作用 挥发助焊剂中的溶剂 使助焊剂呈膠粘狀 液态的助焊剂内有大量溶剂 主要是无水酒精 如直接进入锡缸 在高溫下会急据的挥发 产生气体使焊料飞溅 在焊点內形成气孔 影响焊接品质 活化助焊劑 增加助焊能力 在室溫下焊剂还原氧化膜的作用是很缓慢的 必須通過加热使助焊剂活性提高 起到加速清除氧化膜的作用 1 涂敷助焊剂当印制电路板元件进入波峰焊机后 在传送机构的带动下 首先在盛放液态助焊剂槽的上方通過 设备將通過一定的方法在其表面及元器件的引出端均匀涂上一层薄薄的助焊剂 波峰焊 2 预热印制电路板表面涂敷助焊剂后 紧接著按一定的速度通過預热区加熱 使表面溫度逐步上升至90 110度 主要作用 减少焊接高温对被焊母材的热冲击 焊接温度约245 在室温下的印制电路板及元器件若直接進入锡槽 急剧的升温会对它们造成不良影响 减少锡槽的温度损失 未经预热的印制电路板与锡面接触時 使锡面温度会明显下降 从而影响润湿 扩散的进行 波峰焊 3 焊接印制电路板元件在传送机构的带动下按一定的速度缓慢的通过锡峰 使每個焊点与锡面的接触时间均为3 5秒 在此期間 熔融焊锡对焊盘及元器件引出端充分润湿 扩散而形成冶金结合层 获得良好的焊点 波峰焊 湍流波 波峰口是2 3排交错排列的小孔或狭长缝 锡流从孔 缝中喷出 形成快速流动的 形如涌泉的波峰 在焊接过程中有更多的动能 有利于在紧密间距的片状元器件之间注入焊料平滑波 波峰口波峰稳定平稳 可对焊点进行修整 以消除各种不良现象 所以该波又称为平滑修整补充波 热压焊 TS PR66SMU R立式脉冲热压机 热压工艺是脉冲加热回流焊接 pulse heatedreflowsoldering 的俗称 简单的说 此工艺就是将两个预先上好了助焊剂 镀了锡的零件加热到足以使焊锡熔化的温度 无铅焊锡熔点 217 冷却固化后 这两个零件就通过固化的焊锡形成一个永久的电气机械连接 优点 那些不能使用SMT 回流炉进行焊接的器件 原本我们可以用恒温烙铁进行手工焊接 但手工焊接容易出现焊接外观不一致 不平整 甚至虚焊或焊坏产品等缺陷 而脉冲热压机则不同于恒温烙铁 脉冲热压机在通电瞬间即可达到所需温度 而一旦压头两端不加电压 瞬间风冷即可达到室温 而且压头平整 所以焊接出来的产品外观也平整一致 极少出现虚焊不良 1 什么是热压工艺 2 热压焊的种类 大的区分有2种 弯钩型将端子弯成U字型 包裹住导线焊接 通電開始時 通電終了時 热压焊 热压焊 狭缝型 整流器等的沟槽内将导线压入进行压焊 加圧前 加圧 加圧後 热压焊 3 脉冲热压机的工作原理 通过在热压头上加载一定的脉冲电压 利用低电压大电流 令高阻抗的热压头发热 将与此相接触的物体升温 当温度升至焊锡的熔点之后 与之相接触的两物体将熔接在一起 目的 LCM模组焊于主板PCB工具 脉冲热压机制程参数 压接时间 温度 压力 压头平整度 对位精度 压接位置控制 机器设定参考参数 4 6S 380 400 实测约230 250 3 5kgf cm2 图示 行业样例 PCB LCM焊接 热压焊 回流焊 主要客户 冠捷 华为 富士通 比亚迪 中兴 格力 型号 埃塔S10 N氮气无铅回流焊 回流焊由于采用不同的热源 回流焊机有 热板回流焊机 热风回流焊机 红外回流焊机 红外热风回流焊机 汽相回流焊机 激光回流焊机等 不同的加热方式 其工作原理是不同的 回流焊 1 红外回流焊加热方式 采用红外辐射及强制热风对流的复合加热方式色彩灵敏度 基板组成材料和元件的包封材料对红外线的吸收比例不同阴影效应 辐射被遮挡而引起的升温不匀 焊接原理 焊接时 SMA随着传动链匀速地进入隧道式炉膛 焊接对象在炉膛内依次通过三个区域 先进入预热区 挥发掉焊膏中的低沸点溶剂 然后进入回流区 预先涂敷在基板焊盘上的焊膏在热空气中熔融 润湿焊接面完成焊接 进入冷却区使焊料冷却凝固 优点 预热和焊接可在同一炉膛内完成 无污染 适合于单一品种的大批量生产 缺点 循环空气会使焊膏外表形成表皮 使内部溶剂不易挥发 回流焊期间会引起焊料飞溅而产生微小锡珠 需彻底清洗 回流焊 2 热板回流焊加热方式 SMA与热板直接接触传导热量 与红外回流焊不同的是加热热源是热板焊接原理 与上述相同适用性 小型单面安装的基板 通常应用于厚膜电路的生产 3 汽相回流焊 简称VPS 加热方式 通过加热一种氟碳化合物液体 俗称 氟油 使之达到沸腾 约215 而蒸发 用高温蒸气来加热SMA优点 是焊接温度控制方便 峰值温度稳定 等于工作液的沸点 因此更换产品化费的调机时间短 唯一需要调节的是传送速度 更适合于小批量多品种的生产 缺点 不能对焊件进行预热 因此焊接时元器件与板面温差大 容易发生因 吸吮现象 而引起的脱焊 而且工作液 氟碳化合物 成本高 在工艺过程中容易损失 而且污染环境 优点 可焊接一些其他焊接中易受热损伤或易开裂的元器件 可以在元器件密集的电路上除去某些电路线条和增添某些元件 而无须对整个电路板加热 焊接时整个电路板不承受热应力 因此不会使电路板翘曲 焊接时间短 不会形成较厚的金属间化物层 所以焊点质量可靠缺点 激光光束宽度调节不当时 会损坏相邻元器件 虽然激光焊的每个焊点的焊接时间最低仅300ms 但它是逐点依次焊接 而不是整体一次完成 所以它比其它焊接方法缓慢 设备昂贵 因此生产成本较高 阻碍了它的广泛应用 回流焊 4 激光回流焊加热方式 激光再流焊是一种新型的再流焊技术 它是利用激光光束直接照射焊接部位而产生热量使焊膏熔化 而形成良好的焊点 激光焊是对其它回流焊方式的补充而不是替代 它主要应用在一些特定的场合 第二章焊料介绍 常用焊料 焊膏 粉末焊锡 助焊剂 成分 锡丝由锡和铅组成 其比重通常为60 40或65 35 另外还会有2 的助焊剂 主要成为松香 注意 没有助焊剂的锡丝称为死锡 助焊剂比重虽小但在生产中若是没有则不能使用 焊锡丝 焊锡条 焊锡膏 焊锡丝应用范围 电脑主板 电脑周边 通讯产品 家用电器 医疗设备 电源板 UPS等用途 熔点最低 抗拉强度和剪切强度高 润湿性好 适用于高档电子产品或高要求的电子 电气工业使用 产品说明 1 导电率 热导率性能优良 上锡速度快 2 良好的润湿性能 3 松香含量适中 操作时不会溅弹松香 4 松香公布均匀 锡芯里无断松香情况 锡丝线径 0 3mm 0 4mm 0 5mm 0 6mm 0 8mm 1 0mm 1 2mm 2 0mm焊锡条 焊锡经过熔解 模具 成品 形成一公斤左右长方体形状1 真空脱氧处理2 流动性大 润滑性级佳3 氧化渣物极少发生有下列优点 1 焊锡面均匀光滑 纯度及高 流动性好 2 湿润性及佳 焊点光亮 3 氧化渣物极少发生 适用于高要求的个种波峰或手工焊接程序按纯度分为15 30 50 的三种规格锡条 锡丝 锡条 助焊剂 帮助焊接的材料H 01型松香助焊剂 组成 松香溶剂 异丙醇活化剂 作用 1 除去焊接表面的氧化物 2 防止焊接时焊料和焊接表面再氧化 3 降低焊料的表面張力 4 有助于热量传递到焊接区 锡膏 锡膏由高纯度 低氧化性的球形合金焊料粉末与助焊剂 免清洗型助焊剂 松香基型助焊剂 水溶型助焊剂 等微量化学助剂经过严格的生产流程研制而成 产品种类多 化学稳定性好 适用于SMT电子组装工艺焊接 电子元器件封装焊接 混合集成电路焊接 工业金属之间的焊接等 锡膏优点1 回流焊后残留物极少 具有极高的表面绝缘阻抗 2 连续印刷性及落锡性好 在长时间印刷后仍能与开始印刷时效果一致 不会产生微小锡球和塌落 贴片元件不会偏移3 印刷时具有优异的脱膜性 可适用于0 5mm到0 3mm的细间距器件贴装4 溶剂挥发慢 可长时间印刷而不会影响锡膏的印刷粘度5 具有极佳的焊接性能 可在不同部位表现出适当的润湿性 焊后残留物腐蚀性小6 产品储存稳定性好 可在5 15 温度下保存 有效期可长达7个月7 回流焊时产生的锡球极少 有效的改善短路的发生 焊后焊点光泽良好 强度高 导电性能优异8 适用的回流焊方式 对流式 传导式 红外线 气相式 热风式 镭射式 有铅锡膏与无铅锡膏区别 有铅的熔点是183度 成分一般是Sn63 Pb37无铅的熔点是217度 成分一般是Sn95 5 Ag4 Cu0 5或是Sn965 Ag3 Cu0 5无铅锡膏里按温度分类 又分为低温锡膏 中温锡膏 高温锡膏低温的熔点是139度作业实际温度需求170 190 成分 Sn42 Bi58中温的熔点是178度作业实际温度需求200 220 成分 Sn64 Ag1 Bi35高温的熔点是248度作业实际温度需求268 302 成分 Sn96 5 Ag3 Cu0 5 产品零件耐温程度一定程度上决定着所用锡膏种类 注 无铅锡膏中 掺铋元素越高 则熔点越低 掺金属银元素越高 则焊点牢固性越强 越不容易脱落 低温锡膏 熔点为138 的锡膏被称为低温锡膏 当贴片的元器件无法承受138 及以上的温度且需要贴片回流工艺时 使用低温锡膏进行焊接工艺 起了保护不能承受高温回流焊焊接原件和PCB 很受LED行业欢迎 它的合金成分是锡铋合金 优点特性 1 熔点139 2 完全符合RoHS标准3 优良的印刷性 消除印刷过程中的遗漏凹陷和结快现象4 润湿性好 焊点光亮均匀饱满5 回焊时无锡珠和锡桥产生6 适合较宽的工艺制程和快速印刷低温锡膏主要用于散热器模组焊接 LED焊接 高频焊接等等 缺点 侧焊点较脆 不易受振动 牢固性有限 中温锡膏 熔点为178 中温无铅锡膏焊接牢固性 综合性能较好 广泛用于无铅焊接工艺 相对于锡铋无铅低温锡膏来说 增加了金属银的元素 可增强焊点的牢固性 使焊点不易脱落 优点特性 1 熔点178 2 完全符合RoHS标准3 优良的印刷性 消除印刷过程中的遗漏凹陷和结快现象4 润湿性好 焊点光亮均匀饱满5 回焊时少锡珠和锡桥产生中温无铅锡膏广泛应用于高频头 插件PCB板 遥控器等对不能承受高温PCB板具有良好的上锡性及焊接牢固度特点 适用广泛 牢固性适中 高温锡膏 熔点为248 高温锡膏焊接牢固性 综合性能最好 广泛用于高温环境焊接工艺中 相对于锡铋无铅低温锡膏和一般的常温锡膏来说 增加的金属银的元素更多 大大增强焊点的牢固性 使焊点不易脱落 优点特性 1 熔点248 30