手工焊接返修工艺.ppt

手工焊接返修工艺技术培训总结 2009年8月顾文强 课程内容 一 常用手工焊接返修工具介绍二 焊料和焊剂三 焊接要求四 PCB手工焊接工艺与实践五 手工焊接的返修工艺 一 电烙铁的分类电烙铁的种类很多 根据其功能及加热方式分类 般有以下几种 一 根据电烙铁的功能分类从电烙铁的功能分 有恒温式 调温式 双温式 带吸锡功能式及无绳式等 1 恒温式恒温式电烙铁的种类较多 烙铁芯一般采用PTC元件 如图1 1所示 此类型的烙铁头不仅能恒温 而且可以防静电 防感应电 能直接焊CMOS器件 高档的恒温电烙铁 其附加的控制装置上带有烙铁头温度的数字显示简称数显装置 显示温度最高达400 C 烙铁头带有温度传感器 在控制器上可由人工改变焊接时的温度 若改变恒温点 烙铁头很快就可达到新的设置温度 2 调温式调温式电烙铁如图1 2所示 其附加有一个功率控制器 使用时可以改变供电的输入功率 可调温度范围为100 400 C 调温电烙铁的最大功率是60W 配用的烙铁头为铜镀铁烙铁头 俗称长寿头 3 双温式如图1 3所示为双温式电烙铁外形图 双温式电烙铁为手枪式结构 在电烙铁手柄上附有一个功率转换开关 开关分两位 一位是20W 另一位是80W 只要转换开关的位置即可改变电烙铁的发热量 4 带吸锡功能式如图1 4所示为吸锡式电烙铁外形图 带吸锡功能式电烙铁自带电源 适合于拆卸整个集成电路 且速度要求不高的场合 其吸锡嘴 发热管 密封圈所用的材料 决定了烙铁头的耐用性 二 根据电烙铁的加热方式分类从加热方式分 有直热式 燃气式等 1 直热式一般的电烙铁都是直热式 直热式又分为内热式和外热式两种 内热式电烙铁的发热元件安装在烙铁头里面 外热式电烙铁的发热元件安装在烙铁头外面 其中内热式电烙铁体积较小 且发热快 耗电省 一般电子制作都用15W 20W 25W 30W 50W等几种内热式电烙铁 普通的内热式电烙铁 其烙铁头的温度是不能改变的 想提高烙铁头的温度 需更换大功率的电烙铁 一 个人使用习惯经验结合工厂实践和自我了解 如没有特殊元器件或接地面积很大的要求 工作中完全可以选择一把可以调节温度的焊台 使用时可以改变供电的输入功率 可调温度范围为100 400 C 调温电烙铁的最大功率是60W 配用的烙铁头为铜镀铁烙铁头 跟据自己的使用习惯和焊接要求的不同 更换不同的烙铁头或调节不同的温度范围来完成焊接不同器件的焊接 以下是一些经常见到或使用到的烙铁头 二 热风拆焊器简介 一 热风拆焊器是一种贴片元件和贴片集成电路的拆焊 焊接工具 最早的热风拆焊器依赖于进口 近几年 国产的热风拆焊器也被广泛采用 850A热风拆焊器的外形如图2 1所示 适用于表面贴片元件的拆焊 如SOIC CHIPQFP PLCC BGA等 可根据使用不同更换不同大小的风嘴 二 850A热风拆焊台850A热风拆焊台是根据电子技术的发展和广大从事电子产品研究 生产 维修人员的需求 开发研制生产的一种高效实用的多功能产品 它采用微风加热除锡的原理 能快捷干静地拆卸和焊接各类封装形式的元器件 如图2 2所示 本产品外形设计实用大方 操作灵活 性能稳定 能轻松地拆装各种贴片 直插元件 大大缩短拆装元器件时间 提高工作效率 并能保证在多次拆装元器件时 印制电路板不受损伤 目前它已被厂 泛的应用于电子科研 是家电维修和通信器材维修人员所不可缺少的专用工具 三 产品特点 1 瞬间可拆下各类元器件 包括分立 双列及表面贴片 2 热风头不用接触印制电路板 使印制电路板免受损伤 3 所拆印制电路板过孔及器件引脚 干净无锡 所拆处如同新印制电路板 方便第二次使用 4 热风的温度及风量可调 可应付各类印制电路板 5 采用进口风泵及发热芯 保证系统的长寿命 6 采用高质量的元器件和精密的加工工艺 使产品质量稳定 性能可靠 故障率低 7 一机多用 热风加热 拆焊多种直插 贴片元件 热缩管处理 热能测试等多种需要热能的场合 三 吸锡器的基础知识 一 维修拆卸零件需要使用吸锡器 尤其是大规模集成电路 更为难拆 拆不好容易破坏印制电路板 造成不必要的损失 简单的吸锡器是手动式的 且大部分是塑料制品 它的头部由于常常接触高温 因此通常都采用耐热塑料制成 吸锡器在使用一段时间后必须清理 否则内部活动的部分或头部会被焊锡卡住 清理的方式随着吸锡器的不同而不同 不过大部分都是将吸锡头拆下来 再分别清理 四 在焊接返修过程中会用到很多辅助工具 比如经常要用到的镊子 偏嘴钳子 尖嘴钳子等工具 所以在焊接工作中必须要准备 防静电镊子尖嘴钳偏嘴钳 二 焊料和焊剂 一 焊料焊料是指易熔金属及其合金 它能使元器件引线与印制电路板的连接点连接在一起 焊料的选择对焊接质量有很大的影响 在锡 Sn 中加入一定比例的铅 Pb 和少量其它金属可制成熔点低 抗腐蚀性好 对元件和导线的附着力强 机械强度高 导电性好 不易氧化 抗腐蚀性好 焊点光亮美观的焊料 故焊料常称做焊锡 1 焊锡的种类及选用焊锡按其组成的成分可分为锡铅焊料 银焊料 铜焊料等 熔点在450 以上的称为硬焊料 450 以下的称为软焊料 锡铅焊料的材料配比不同 性能也不同 市场上出售的焊锡 由于生产厂家不同 配制比有很大的差别 但熔点基本在140 180 之间 在电子产品的焊接中一般采用Sn62 7 Pb37 3 配比的焊料 其优点是熔点低 结晶时间短 流动性好 机械强度高 2 焊锡的形状常用的焊锡有五种形状 块状 符号 I 棒状 符号 B 带状 符号 R 丝状 符号 W 焊锡丝的直径 单位为mm 有0 5 0 8 0 9 1 0 1 2 1 5 2 0 2 3 2 5 3 0 4 0 5 0等 粉末状 符号 P 块状及棒状焊锡用于浸焊 波峰焊等自动焊接机 丝状焊锡主要用于手工焊接 二 焊剂根据焊剂的作用不同可分为助焊剂和阻焊剂两大类 1 助焊剂在锡铅焊接中助焊剂是一种不可缺少的材料 它有助于清洁被焊面 防止焊面氧化 增加焊料的流动型 使焊点易于成型 常用助焊剂分为 无机助焊剂 有机助焊剂和树脂助焊剂 焊料中常用的助焊剂是松香 在较高的要求场合下使用新型助焊剂 氧化松香 1 对焊接中的助焊剂要求 常温下必须稳定 其熔点要低于焊料 在焊接过程中焊剂要具有较高的活化性 较低的表面张力 受热后能迅速而均匀地流动 不产生有刺激性的气体和有害气体 不导电 无腐蚀性 残留物无副作用 施焊后的残留物易于清洗 2 使用助焊剂时应注意当助焊剂存放时间过长时 会使助焊剂活性变坏而不宜于适用 常用的松香助焊剂在温度超过60 时 绝缘性会下降 焊接后的残渣对发热元件有较大的危害 故在焊接后要清除助焊剂残留物 3 几种助焊剂简介 松香酒精助焊剂这种助焊剂是将松香融于酒精之中 重量比为1 3 消光助焊剂这种助焊剂具有一定的浸润性 可使焊点丰满 防止搭焊 拉尖 还具有较好的消光作用 中性助焊剂这种助焊剂适用于锡铅料对镍及镍合金 铜及铜合金 银和白金等的焊接 波峰焊防氧化剂它具有较高的稳定性和还原能力 在常温下呈固态 在80 以上呈液态 三 焊接要求 一 焊接的质量概念质量的定义ISO9000 2000质量管理体系中的定义 质量是一组固有特性满足要求的程度 质量管理体系 就是结合企业实际 制定一套从头到尾的质量控制程序 要求从原料采购入厂到生产各个环节阶段 到检验出厂等等吧 全部按规定程序控制和流转 目的就是在各个环节上都把影响产品质量的坏因素最大可能的降到最低点 从而实现产品质量得以保证 最终实现顾客满意并持续满意 固有特性 事物本来就有的特性 尤其是永久的特性 功能 安全性 维修性 可靠性 交货期等 质量的基本概念质量的符合性观点 规范和要求的符合 质量的使用性观点 产品在使用过程中成功的满足顾客的要求 二 焊点的质量要求1 焊点外观表面 无气孔 非晶体 有连续良好的润湿 焊点不应有拉尖 锐边 焊剂残渣及夹杂物 与相邻的端子及导电焊料之间不应出现拉斯 桥接等 当存在下列情况时焊点呈暗灰色是允许的 1 焊点焊接采用的不是63 37锡铅焊料 2 焊点端子为镀金镀银件 3 焊点冷却速度缓慢 例如 热容量大的焊接端子 需重复焊接的焊点 2 裂纹和气泡焊点的焊料与焊接部位不应有裂纹 裂口 裂缝或间隙 焊点的表面在目视的情况下不应该有气泡或气孔 否则为不合格 3 润湿及焊缝焊料应润湿全部焊接部位的表面 并围绕焊点四周形成焊缝 4 焊料覆盖面焊料量应该覆盖全部焊接部位 但焊料中导线轮廓应清晰可辨 焊点比较 热缩焊焊点 不同烙铁加热 用热风枪热缩形成的焊点 焊缝及焊接部件清晰可见 韩系环充分熔融 焊料沿引线流动 可见旱区套管外的导线绝缘层 热缩管除轻微变色外 不应有损伤 三 焊接的常规要求1 焊接对烙铁温度要求实际使用时 要根据情况灵活应用 应注意的是不要认为烙铁功率越小 越不会烫坏元器件 如焊接一个普通三极管 因为烙铁较小 它同元件接触后不能很快供上足够的热 因焊点达不到焊接温度而不得不延长烙铁停留时间 这样热量将传到整个三极管上并使管芯温度可能达到损坏的程度 相反 用较大功率的烙铁可很快使焊点局部达到焊接温度而不会使整个元件承受长时间的高温 因而不易损坏元器件 2 焊接的认识所谓焊接 就使在两个工件之间熔入焊锡 通过加热 焊锡和工件互相扩散而形成合金层 通过金属键连接起来 也可以说是由金属表面的润湿现象而形成的连接 这种连接的特点 几乎看不出被焊接件的变化 这是它最大的优点 选用电烙铁参考表 观察法估计电烙铁头温度 焊接的历史相当悠久 据说在罗马遗址曾发现过锡铅焊料 再往前追溯 大约在公元前十世纪左右就已经有这种技术存在 虽然有如此长的历史 但还不能说这方面的技术目前已达到完善的程度了 其原因是焊接条件中有很多不稳定的因素 而且焊接技术本身是比较难的 可是很多人都较轻视焊接 理由是 焊接时 动手一试 粘上了 所以认为它简单 然而 在当今电子产品朝向更轻 薄 小 高密度组装时 要求设备高可靠性时 人们才发现 设备的故障原因 除元器件的早期不良和正常消耗外 基本上都是焊接不良 产品制成后 检验不可能将焊点一个不漏的查出来 更何况软钎焊的装联技术本身存在着许多隐含的质量因素 如能认识到这点 就会想到 焊接技术并不那末简单 决不只是规定操作标准和验收标准就可以了 3 一般装焊技术要求 不同的焊接对象选用不同瓦数的电烙铁进行焊接 以保证焊接质量 a 大功率晶体管 继电器 电感 变压器 阻流圈 开关 指示灯时 宜采用大于45 75W电烙铁 焊接时间一般不超过3秒 b 焊接一般插装组件时 宜采用防静电智能电烙铁 焊接温度250 5 焊接时间一般不超过3秒 焊前应清除电焊铁头上的氧化物及污物 助焊剂用量要适当 装焊过程中 每个焊点处不得超出三根引线 晶体管脚处不得超出二根引线 整机或单元内的导线及电缆引到焊接处时 不应遮住各元器件的牌号及标记符号 以便于检验和维修 电缆的防波套护套和屏蔽导线的屏蔽皮接地位置按图纸规定焊牢 焊点上的引出线不允许拉紧 具体要求如下 a 对于焊接在活动或旋转部位上的导线要有足够余量 以保证翻转和维修的方便 b 对焊接在不活动元器件上的导线要留适当余量 以保证2 3次的维修 c 插箱和机柜上的每根导线在保证正常余量的基础上 再预留10 15mm 以保证2 3次的维修 高低频电缆组装件除外 双绞线端头分离长度尽量靠近焊接点 才能更好的起到双绞线应有的作用 所有焊点要力求一次焊成 焊料对元器件引线和焊接物呈完全湿润状态 它们之间没有明显的分界线 若未焊上 应待其自然冷却后复焊 4 手工焊接温度和时间的设定SJ T10188 91标准中对印制板安装用元器件的设计和使用指南中提出 印制板组装件的实际焊接条件应当是 1 多点一次焊的典型焊接条件应是 温度为250 时间为2 5s 2 烙铁焊接的极限条件应是 温度为400 时间为1s 适当的温度和均匀加热为了提高焊接效率而将焊接温度提高 有时反倒会使焊接效率降低 而且影响质量 焊接温度对焊锡的状态和助焊剂的分解是有影响的 对于印制电路板 会导致焊盘剥落 根据所列的各个条件 焊接温度应控制在230 250 左右决定焊接温度的条件合适的时间同温度条件一样 加热的时间也是重要的因素 从理论上讲 扩散是由温度和时间来决定的 但在手工焊接时 应使温度保持一定 根据润湿状态来决定时间 自动焊接也同样 必须优先决定焊接 最终工作中焊接时间和温度的调节还需要根据实际情况来做调节 毕竟各种焊接工具温度都有差异 环境温度也要做为必要条件来考虑 接地面积大的也可以实际情况做相应的调节 四 焊接要点1 在手工焊接过程中 同其它焊接工艺一样 正确地控制焊接温度对于保证焊点的高质量非常关键 对焊点金属间化合金层的厚度和形态进行检测 可以获得施加在焊点上的焊接热量是否合适的信息 金属间化合物层的存在说明了钎料与焊端 钎料与焊盘之间是否发生了良好的冶金反应 为了保证焊点有良好的机械连接 必须控制金属间化合物层的厚度 金属间化合物层的增长速度取决于焊接温度和焊接时间 焊接温度太高会使金属间化合物层太厚 这会使焊点太脆 而金属间化合物层太薄 则说明焊接温度不足 导致冷焊点 热量传输速度是关键 热量传输速度越快 助焊剂越能更好地清除氧化物和洁净工件 对于润湿性 烙铁头上热量恢复是最重要的低残留物的手工焊接 需要稳定的烙铁头温度 这样不仅可确保清除氧化物 更可保证焊剂残留物全部挥发 四 手工焊接的基本过程1 准备施焊 准备好焊锡丝和烙铁 此时特别强调的施烙铁头部要保持干净 即可以沾上焊锡 俗称吃锡 2 加热焊件 将烙铁接触焊接点 注意首先要保持烙铁加热焊件各部分 例如印制板上引线和焊盘都使之受热 其次要注意让烙铁头的扁平部分 较大部分 接触热容量较大的焊件 烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件 以保持焊件均匀受热 3 熔化焊料 当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点 焊料开始熔化并润湿焊点 4 移开焊锡 当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开 5 移开烙铁 当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁 注意移开烙铁的方向应该是大致45 的方向 上述过程 对一般焊点而言大约二 三秒钟 对于热容量较小的焊点 例如印制电路板上的小焊盘 有时用三步法概括操作方法 即将上述步骤2 3合为一步 4 5合为一步 实际上细微区分还是五步 所以五步法有普遍性 是掌握手工烙铁焊接的基本方法 特别是各步骤之间停留的时间 对保证焊接质量至关重要 只有通过实践才能逐步掌握 四 PCB手工焊接工艺与实践PCB是实现电子产品小型化 轻量化 装配机械化和自动化的重要基础部件 小到电子表 计算器 大到工业电子控制系统 通讯设备和航空航天电子设备 都离不开印制电路板 PCB的质量和可靠性 对电子装联的质量及电子产品的性能和可靠性有重要影响 装联技术促进PCB的发展 而PCB的质量也会影响装联工艺 1 PCB手工焊接特点与工艺要求特点1 手工焊接工艺的种类 1 单面混装 在PCB的一面装有THT元器件 SMC SMD 2 双面分装 在PCB一面只装焊THT元器件 另一面装焊SMC SMD元器件 3 双面混装 在PCB的一面可装焊THT器件 也可装焊SMC SMD器件 而另一面只装焊SMC SMD元器件 特点2 注意PCB焊盘的可焊性问题PCB焊盘的可焊性对手工焊接质量影响最大 可焊性不好会引起虚焊 如果对可焊性较差 半润湿状态 的PCB采取提高焊接温度或延长焊接时间的办法来强行焊接 易引起焊盘起翘或金属化孔镀层破坏 尤其是对多层板更应注意 发现可焊性不好应经处理后再焊 特点3 工具的要求在PCB的手工焊接中由于其灵活性 所面对的元器件大小不一 种类繁多 板上需焊接的其它东西也繁多 因此对焊接工具 手工具 辅助工具 特制夹具等 都应准备齐全 根据产品特点配制 这样才能在焊接工作中 把握好质量 2 把握THT手工焊接工艺与效率 1 PCB焊接常用工具 2 PCB返修必不可少的工具 THT手工焊接质量控制的关键环节必须根据所焊接元器件的热容量大小 引线粗细 焊盘直径大小 与焊盘连接印制导线的宽窄 板上接地面积的大小等等因素 选择不同规格 不同形状烙铁头 不同温度的电烙铁 这就是焊接质量首要控制的第一步 多层PCB的THT焊接对于多层PCB的THT焊接 必须注意金属化孔的内层结构 多层PCB层间界面的金属化孔壁强度问题 这是一个薄弱点 多层PCB插装焊接工艺要求必须使引线 焊盘 金属化孔同时达到焊接温度 凡散热太快 金属化孔中焊料不易充分熔融 渗透不良的焊点 不可反复焊接 不可延长焊接时间 应预先采取有效工艺措施 对多层板手工焊接时的考虑手工焊接多层印制电路板组装时 主要是对大电流 引脚粗 印制导线宽 散热层等特点 大接地面积应有一定的考虑 怎样运用热量 金属化孔壁与内层连接盘部位可能存在的缺陷 接地面积大的焊接区情况如何双列直插器件的手工焊接影响双列直插器件焊料渗透不良的质量因素有 多层PCB地层导热太快 影响焊接温度 焊点与大电流印制导线或大接地面积衔接 助焊剂使用问题或助焊剂活性不够 PCB上连接导线的把握PCB上的导线连接的基本要求是 既要有消除导线根部应力的弯曲弧度 又要把握准导线的长短 连接导线安装过高 弯曲太长 会影响导线根部的连接强度 易造成断裂 1 导线安装高度太高 影响根部的强度 2 应在导线外皮处弯曲 不能在线心部位弯曲 3 外皮可接近焊点 但不可进入焊点 3 SMD的手工焊接与操作技巧运用SMD SMC的规定 元器件的引脚应有良好的共面性 其基本要求是引脚与焊盘接触面不大于0 1mm 特殊情况下可放宽到与引脚厚度相同 元器件的引脚或焊端的焊料涂镀层厚度应满足工艺要求 一般推荐大于8 m 涂镀层中锡含量应在60 63 之间 元器件的尺寸公差应符合GJB3243 98的要求 应满足焊盘设计 贴装 焊接等工序的要求 元器件应能在215 60s下承受至少10个焊接周期的加热 元器件应在清洗的温度下 大约40 耐溶剂 如在氟里昂中停留至少4min 在超声波清洗的条件下 能耐频率为40KHz 功率为20W L的超声波中停留至少1min 应不对性能和可靠性产生影响 元器件标记不脱落 1 mils 密耳 25微米 表面安装印制电路板的规定和插装元件所用PCB差异不大 适于表面组装基板材料主要有有机基材 金属芯基材 柔性层材料 陶瓷基材 选择基板材料时应考虑材料的转化温度 热膨胀系数 CTE 热传导性 抗张模数 介电常数 体积电阻率 表面电阻率 吸湿性等因素 板面平整 边缘整齐 图形不失真 无毛刺 起泡 分层 印制导线表面光洁 色泽均匀 无翘箔 鼓涨和明显的划痕 划痕深度不允许使导体截面积减少到QJ3103 1999中规定的通过最低电流时的截面积 表面镀层光亮均匀 不起皮鼓泡 无结瘤烧焦现象 钻孔周围无晕圈 基材表面的脱胶程度允许见到由树脂覆盖的纤维纹理 但不得露出织物 环氧酚醛玻璃布板制成的表面组装印制电路板应用热风整平工艺时 表面所涂覆的阻焊膜应符合SJ T10670 1995的要求 板材翘曲最大变形量为0 75 7 5 m mm 焊盘无短路 断路情况 THT则是 15 m mm 焊盘上应无字符 阻焊膜及其它污染物 对氧化严重 加工质量低劣 表面污染严重及有其它质量问题的PCB 不能进行装配 应作不合格品处理 对于放置时间较长 表面较脏的印制电路板 在焊接前用蘸有航空汽油的脱脂棉球挤干后清洗2 3次 以确保印制电路板焊接前表面清洁 干净 印制板能进行再流焊和波峰焊 PCB的检查按 QJ201A 1999 QJ831A 1998 焊盘可焊性按 GB4677 10 2002测试合格 性能指标满足 GJB362A 1996 SMC SMD贴装工艺SMC SMD的手工贴片方法 在已有焊膏的焊盘上采用手工贴片 用真空吸笔放置元器件 或镊子 细间距可使用显微镜贴装 量大贴片机编程进行 因SMC SMD体积较小 贴装时对工具的精度要求较高 应选用精度高 刚度好 体积小的高精度尖镊 贴装要求与判定CHIP SOP SOIC PLCC QFP贴装要求 片式元器件时 元器件的焊脚要求全部位于焊盘上 允许有不大于1 4的偏移 并且不造成短路 焊接端极全部位于焊盘上 居中为优良 焊接端子全部位于焊盘上焊接前的效果 焊接端子全部位于焊盘上焊接后效果 良好焊点 元件焊接端与焊盘交叠后 焊盘伸出部分不小于焊接端极高度的1 3 为合格 元件的焊接端其宽度小于一半处于焊盘上时 为不合格 元件在焊盘上有旋转偏差 旋转偏差 元件宽度的一半 为合格 否则为不合格元件的焊接端与焊盘不交叠 为不合格有偏差 但引脚 含趾部和跟部 全部处于焊盘上 为合格 引脚有处于焊盘之外的部分 为不合格有旋转偏差 A 引脚宽度的一半 为合格 有旋转编差 A 引脚宽度的一半 为不合格 SOP件具有少量短引线的SOP小外形晶体管贴装时允许在X或Y方向及旋转有偏移 但必须使引脚全部处于焊盘上 含趾部和跟部 其贴装位置要求与判定 引脚全部处于焊盘上对称居中 为优良 QFP器件四边扁平封装器件的贴装位置要求能保证引脚宽度的一半处于焊盘上 允许这类器件有一较小的贴装偏移 其要求与判定如下 引脚与焊盘无偏移 无重叠 引脚长度与焊盘对齐 为优良 PLCC J型引脚塑料封装 J 引脚器件在焊接部位有个 J 的形状 下图中 W 是引脚宽度 是 方向引脚越出焊盘的最大距离 是引脚前端越出焊盘的最大距离 要求1表面润湿程度熔融焊料在被焊金属表面上应铺展 并形成完整 均匀 连续的焊料覆盖层 其接触角应不大于90度 2焊料量焊料量应适中 避免过多或过少 3焊点表面焊点表面应完整 连续和圆滑 但不要求极光亮的外观 4焊点位置元器件的焊端或引脚在焊盘上的位置偏差 应在规定的范围内 BGA 球栅阵列器件的焊接要求1992年将球栅阵列和柱栅阵列的间距确定为1 5mm 1 27mm 1 0mm 并以此作为了标准 而细间距BGA阵列封装间距的标准被确定为1 0mm 0 8 0 75 0 65和0 5mm 将来还可以实现0 4mm 0 3mm 0 25mm的间距 由于BGA FBGA和CSP的间距越来越小 所以工艺上对焊接特性必须进行严格的控制 把握好合格与否的评判 QFP引脚间距 1 27 1 0 0 8 0 65 0 5 0 4 0 3 单位 mm 引脚数目 40 300 160 0 65 208 0 5 264 0 4 封装厚度 2 0mm 3 8mm PQFP 0 5 3 6mm BGA的引出脚为焊球 阵列式排在器件的底部 其贴装位置与偏差要求球栅与焊盘完全重叠 并且必须共面 为优良 共面性的问题BGA的共面性要求与其它表面组装元件的共面性要求是完全不同的 共面性被定义为 在同一平面上的布局或作用 因此 严格地说 共面性是指同一平面上下的元件引线的距离 其被定义为所有的引线可穿过的平均长度的平面 此定义在制造现场是难以实施的 当封装放置在绝对平坦的表面上时 看 非共面性 就是最低引脚和最高引脚之间的最大距离 这样可知 即使许多引脚中的一个引脚不合格 整个器件的焊接就不可能获得较好的效果 因此 在最坏的情况下 共面性问题将会造成焊点开裂 BGA焊点的判定焊点要求 BGA焊球排列居中 与焊盘中心无偏移 如果焊球的偏移违背了最小电气间隙 C 的要求就应视为不合格 如果目视或X射线检查有桥接 焊点中 腰部收缩 现象 为不合格 球栅放置偏移 焊球对应在焊盘面积的2 3以上 且共面 为合格 球栅放置偏移 焊球对应在焊盘面积的2 3以下 虽共面 为不合格 4 手工焊接如何把握对金属化孔的透锡率孔金属化透锡率问题金属化孔透锡率是衡量电子产品印制电路板焊接质量的一项硬指标 国际 国内对于不同使用场合电子产品印制电路板的金属化孔透锡率的标准是不一致的 关于这个孔金属化透锡率的问题 一直争论不休 美国IPC印制电路板金属化孔透锡率的标准是50 国内电子行业的印制电路板金属化孔透锡率的一般标准要求是75 80 美国MIL和我国航天标准对印制电路板金属化孔透锡率要求是100 QJ3011 98 航天电子电气产品焊接通用技术要求 规定 通孔充填焊料的要求 中指出 对有引线或导线插入的金属化孔充填焊料时 焊料只能从焊接面一侧流入小孔内的另一侧 QJ3011 98中还规定 引线或导线插装 中指出 对有引线或导线插入的金属化孔 通孔应充填焊料 焊料应从印制电路板一侧连续流到另一侧元器件面 并覆盖焊盘面积的90 以上 焊料允许凹进孔内 焊料下凹最大为25 板厚 影响通孔插装元件金属化孔透锡率的主要因素通孔插装元件金属化孔透锡率不是一个简单的安装焊接问题 它牵涉到以下三个方面 1 设计 元器件引线直径与金属化孔孔径的匹配 金属化孔孔径应比元器件引线直径大0 2 0 4mm 2 材料及元器件引线的可焊性 元器件引线及印制板焊盘的可焊性 印制板金属化孔的镀覆质量 3 焊接 手工焊接温度及焊接时间的设置 设备焊焊接预热温度及焊接预热时间的设置等 焊料的渗透焊料的渗透主要依靠熔融的焊料承接被焊体缝隙中的毛细作用 在合适的温度与助焊剂的作用下 沿着被焊接对象之间的缝隙渗透到相关接触面的每一部位 为了不影响焊料对通孔插装的渗透作用 要求元器件与金属化孔壁之间的合理间隙 手工焊接应为 0 2 0 4mm 波峰焊接应为 0 2 0 3mm 元器件处理不当对透锡率的影响元器件引线根部的漆层未去除干净或贴板安装 根部的漆层堵住了焊料的流动 使金属化孔透锡率差 焊接温度偏低对透锡率的影响手工焊接温度偏低或焊接时间的太短 大部分是发生在经验不足的操作人员以及落后的装配工具上 设备预热温度偏低及预热时间不足 波峰焊焊接温度偏低及传动速度过快 也会造成金属化孔未焊透 5 如何识别手工焊接中可能会出现问题的焊盘设计学会观察问题电子产品的失效产生于不良设计 元件问题及生产过程中 目前PCB的组装主要以THT和SMT混合装配为主要形式 在确定焊接工艺 设备的前提下 焊点的可靠性问题主要是焊点在服役条件下的机械损伤和疲劳问题 为什么会产生机械损伤和疲劳的焊接故障呢 设计和制造都是这些故障的源头 因此 合理设计 规范生产工艺流程是保证产品质量的根本 在PCB上 元件 电路板 互连焊点三者都关联着电子产品的使用寿命 而电子电路中电气信号的畅通 机械连接的可靠将完全由互连焊点保障 焊点一旦失效就可能导致整个电子电路瘫痪 因此 在承接焊接PCB任务前 对焊接可靠的关连因素 应当学会分析 否则什么都不管拿来就焊 明明是不可制造的焊盘图形 你非要焊接 认为只要能搭上焊锡就行 这种思路会让你付出代价的 为什么屡屡会有人前仆后继地犯这种错误呢 这就是在短时期内这种做法也许不会出问题 过调试 过例试 但在设备级长期的服役中 一定会出问题的 下面以一个实例加以剖析 如果我们能够在焊接前发现设计的问题 工艺就不会总当 救火 队员 我们的操作者就不会当 替罪羊 错误的焊盘设计实列在一批15件批量的PCB板生产中 装焊经检后事隔半年 此批板子在一次例试中暴露出大量的虚焊问题 虚焊产生于多个器件的焊点中 图一 是板中一个四边引脚 160条腿的QFP表面器件与焊盘的实际焊接图形 图中 焊盘图形与器件引脚是重合的 并且重合的端面是齐的 这种图形用手工焊接 没有施放烙铁的地方 是靠加热引脚再将热量传到焊盘 引脚与焊盘之间的焊料是否充分润湿 是很难保证 每块PCB上用了四个这样的QFP器件 即有4 160 640个焊点 15块印制板就有9600个焊点 上面的操作能保证9600个焊点全都可靠吗 不管是设备 还是手工完成这样的器件 图2才是合理的焊盘设计与焊接要求 在看图3这批PCB上片式元件的焊盘图形 也是会出问题的焊盘设计 因为表面贴装器件没有引脚 它与印制线连接的电路关系全靠器件的两个端极 那么这两个端极与焊盘所占的焊接面积是器件可靠焊接的关键 因此 要求端极占焊盘面积至少约三分之二 图例对比左为焊盘设计不合格 右为正确 图4是PCB中 J 形引脚器件的焊接图形 在设计焊盘时 器件两排引脚的纵向宽度设计宽了 J 形引脚的弯曲部份无法象图5那样正好落在焊盘的中间 器件底部的内边没有按右图那样 吃 到锡 无论器件的外部再堆多少焊料 只有坏处没有好处 因为 焊点的应力不是处在一个永久 平衡状态 是一个不可靠的焊点 这样的焊点随着疲劳 机械损伤等诸多因素的变化 产生虚焊也属正常了 评估BGA CSP器件的焊点知识1 BGA器件的知识BGA 球栅阵列封装 起源于20世纪60年代 到20世纪90年代 随着SMT技术快速发展才真正进入实用化阶段 与QFP比较 BGA有以下优点 第一 易于组装 对贴装误差允许值大 引线间共面性要求相对宽松 有资料报道 以1 27nn间距的BGA与0 5mm间距的QFP比较 其焊点缺陷率要减小20倍 并且BGA组装工艺及设备与QFP兼容 第二 I O引线间距大 I O数目多 引线短 导线的自感 互感极小 引脚之间信号干扰小 高频特性好 第三 再流焊时焊点之间的张力产生良好的自对中效果 因此 BGA是IC高集成度 高性能 多功能及高I O引线封装的最佳选择 由于BGA封装技术的日趋完善 加上其本身诸多的优点 BGA的应用已发展到和QFP一样的普通 通信行业每块板上装BGA达到10 20支是常见的 复杂的PCB有25 以上的焊点是属于BGA的 BGA缺点是不易检查 不可局部维修 常见焊接缺陷有桥接 开路 焊料不足 焊料球 气孔 移位等 BGA焊前检测与质量控制生产中的质量控制非常重要 尤其是在BGA封装中 任何缺陷都会导致BGA封装元器件在印制电路板焊装过程出现差错 会在以后的工艺中引发质量问题 封装工艺中所要求的主要性能有 封装组件的可靠性 与PCB的热匹配性 焊料球的共面性 对热 湿气的敏感性 是否能通过封装体边缘对准性 以及加工的经济性等 需指出的是 BGA基板上的焊球无论是通过高温焊球 90Pb 10Sn 转换 还是采用球射工艺形成 焊球都有可能掉下丢失 或者形成过大 过小 或者发生焊料桥接 缺损等情况 因此 在对BGA进行表面贴装之前 需对其中的一些指标进行检测控制 BGA焊后质量检测使用球栅阵列封装 BGA 器给质量检测和控制部门带来难题 如何检测焊后安装质量 由于这类器件焊装后 检测人员不可能见到封装材料下面的部分 从而使用目检焊接质量成为空谈 其它如板截芯片 OOB 及倒装芯片安装等新技术也面临着同样的问题 而且与BGA器件类似 QFP器件的RF屏蔽也挡住了视线 使目检者看不见全部焊点 为满足用户对可靠性的要求 必须解决不可见焊点的检测问题 光学与激光系统的检测能力与目检相似 因为它们同样需要视线来检测 即使使用QFP自动检测系统AOI AutomatedOpticalInspection 也不能判定焊接质量 原因是无法看到焊接点 为解决这些问题 必须寻求其它检测办法 目前的生产检测技术有电测试 边界扫描及X射线检测 2 CSP器件知识CSP 芯片尺寸比BGA有更小的封装 它是一种焊区面积等于或略大于裸芯片面积的单芯片封装 该技术的出现较好地解决了芯片与封装的矛盾 同时在应用上还有好多优点 如引脚数增加 功能增强 CSP的焊接凸点很小 通常引脚间距为0 5mm 焊盘尺寸只有0 25 0 3mm 由于上述优点 该技术于20世纪90年代初期出现后得到了迅速的发展和应用 近几年来 移动电话体积迅速变小 重量也越来越轻 为进一步降低重量 技术人员又开发出多种高性能多功能组件以减少元器件的数量 并同时不断提高线路板的密度 图1 造成重量减轻的一个主要原因是微型器件封装结构的广泛采用 如球栅格阵列 BGA 或芯片级封装 CSP 等 这类器件在应用之前 技术人员已针对其焊点进行了温度循环测试及材料和结构等方面的多项研究 以确保焊点应具有较高的可靠性 BGA CSP焊点结构BGA和CSP能有效地减小线路板面积 但在焊点可靠性方面却存在一些问题 其根源来自于焊点的结构 图2是一个普通四方扁平L引脚封装 QFP 与BGA封装的焊点结构比较情况 QFP可以吸收大部分因温度变化造成的张力或因其引脚变形产生的应力 而BGA CSP器件的应力则都集中在焊球上 因此可能会使焊点或线路板开裂而降低可靠性 对BGA CSP焊点而言 跌落冲击在短时间产生的应力比由于温度变化而产生的长期应力所造成的危害更大 图3显示了可能会影响焊点结构和可靠性的几个因素 其中下列因素主要与BGA CSP焊点有关 1 封装和线路板焊盘表面类型 镍 锡镀层 2 焊盘粘着力大小3 元器件材料4 焊球及焊点形状 五 手工焊接的返修工艺1返修的定义什么是返工 什么是修复 什么是返修 返工 是电子装联工艺操作中的一种特殊形式 通过这一形式使本不合格的产品 重新恢复产品的性能指标和图纸要求的操作 修复 用一种符合适用图纸要求或满足技术规范的排除故障的方法 恢复有缺陷产品的功能的操作 返修 对不满足要求的电子产品 包括市场故障 制造过程缺陷 器件升级更换 故障定位等电子产品进行修复的过程 返修是电子组装的重要组成内容 电路组件装焊好以后会遇到各种各样的问题 拿印制电路板来说 裸板质量问题 元器件故障 焊接错误 调试更换等 这都需要进行电子组件的返修 返修过程是较为复杂而又重要的操作过程 需要较高的操作技能水平 才能保证返修件优质 按时地完成 返修的准则 1 装联组装件在组装或测试过程中受损 有必要恢复其功能时 应允许进行修复 2 修复包括更换元器件及与更换相关的连接部分 3 组件的修复应不降低产品的质量 应不妨碍组件符合装焊相关的工艺技术要求 4 由于修复造成的缺陷焊点 应允许返工且不能认为是修复 所有返工后的焊点特性应符合工艺文件要求 5 任何一个焊点允许返工三次 6 一个元器件或一个部件多个焊接端子的改变 应该算是一处返修 7 增添一个元器件应认为是一处返修 2 手工焊接中对返修的限定条件返工修复的限定条件 由于电路工作不正常或损伤 或由于其它损坏而必须拆除更换元器件 要求拆除下来的元器件一般不要再使用 用相同的新元器件替换 拆除元器件 只应在安装密度足以保证其它相邻元器件完整的情况下才能进行 印制电路焊盘 原则上只能返修一次 有严格质量要求的产品 在返修和修复时还应报本单位主管技术的领导 经批准后才能进行返工的实施操作 3 返修工具和设备的正确选用返修工具返修所用工具和常规电子装联时所使用的工具基本是一样的 另外就是专用工具 手工返修中必不可少的工具是 吸锡电烙铁或吸锡器 操作中再配合使用吸锡绳 返修设备主要有 热风对流焊接返修台 加上配套热风喷嘴 返修工作台 站 包括有各种专用拆除头 返修用锡锅 返修用小波峰炉及带各式小波峰喷嘴 维修支架或各种夹具 其它辅助拆除工具 返修的主力采用工具 吸锡枪除简单的2 3个引脚插装件可使用烙铁进行解焊外 一般多引脚的插装件都需要使用吸锡枪进行返修 吸锡枪的热效率高 吸力强劲 一般吸锡0 3秒后可达500mmHg 其外部件均由防静电材料构成 避免电子零件及印制板因静电受损 吸嘴直径可更换 其直径系列可在0 8mm 1 6mm之间 吸锡枪的正确使用使用时 打开电源后约30秒升温完毕 吸锡时将吸嘴贴住焊盘 待焊盘上的焊锡熔化后 进行吸锡操作 吸锡时吸嘴绕引脚转动 保证引脚焊锡完全吸尽 操作中要注意吸嘴不可长时间紧贴印制板焊盘 以免高温烫坏焊盘 电动吸锡枪普通吸锡器 吸锡枪的维护要求吸锡枪内的焊渣要定时清除 并用捅针清洁管道口 要保持清洁的海绵 管筒要旋紧后才可加热使用 吸锡枪加热后如长时间不使用要及时关闭 不可干烧 对喷了三防漆的印制板 必需先加一些焊料后 再吸以免堵塞吸嘴 对吸锡枪的使用应建立规范操作制度 还要定期进行保养 才能保证其良好的功能和长寿命 返修中常用的锡锅使用方法返修时 有时只要求保留元器件 有时对所拆换元器件的引脚直径过大 用吸锡枪无法返修时 常常需要使用锡锅进行返修 或小型波峰焊炉 锡锅有一个锡槽 有温度控制按钮 温度应设在230 250 返修时将器件引脚浸入熔化的焊锡中 待器件引脚上的焊锡熔化后使用镊子将器件拨出 注意 对接地引脚或吸热量大的引脚在返修前应加涂助焊剂 操作过程中需戴手套 防止被熔化的焊锡烫伤 小波峰炉 全能电焊系统小波峰炉的特点是 为批量的插装件返修用 它有一个小锡锅 当里面的焊锡熔化后 使用电动泵将锡打起 形成波峰 熔化的波峰将器件引脚整体解焊 再使用镊子将器件拨出 它是一个全能解焊系统 既可返修也可焊接和搪锡 温度可调 非常适合于返修插装集成块 矩形座 插座 锅内的焊锡流可调节高低 大小 有一个对中系统 其光源可找准集成块位置 大量返修时可开启自动档 锡流在脚踏开关接通后设定时间起止 SMD返修系统表面贴装器件的返修系统种类较多 加热源有热风 红外等方式 一般说来 这些设备都有对位 焊接和返修的功能 对于不同的SMD器件 需要配有不同的 相应的加热罩 或者编制软件程序来控制SMD器件的加热所需尺寸 返修用加热罩 软件控制的优缺点 使用加热罩不易使更多热量散失 这样对周围器件影响较小 但加热罩尺寸固定 需要配有足够规格才能满足多种返修器件的需要 使用软件控制加热尺寸 能提供很多种类的加工尺寸 不需配置加热罩 但加热时其热量散失较多 对周围器件造成影响 一般要使用锡箔纸切割成需返修器件的外形尺寸 罩在器件上面 这样可减小热量散失的影响 返修系统可对各种SMD件包括SOIC QFP PLCC QFN BGA CSP等进行解焊 这些系统上带有4 5个热电偶 可对解焊点的温度进行监测 对于一些大体积 吸热量大的器件 如BGA QFP等 当一次成功的拆卸后应将设定的温度曲线进行保存 在下一次返修同类器件时调出来使用或参考 BGA返修系统返修系统设备使用的注意点 返修系统一般设有底部加热源 底部加热对于器件的返修至关重要 对于没有设置底部加热源的返修设备 需要增加预热台进行底部加热 有底部加热源的设备要合理设置加热方式和温度 保证返修过程的有效 可靠 快速 4 返修工艺要求和方法 1 返修工艺总要求在返修过程中 无论是拆卸还是焊接 采用手工烙铁时 每个焊接端子 元器件引脚 每根导线的平均处理时间应控制在2 3秒内 采用热风返修设备时 在返修时要求焊点的升温速率要小于3 0 s 返修时焊点峰值温度要小于235 整个返修过程应控制在60 80秒之间 2 返修的基本分类电子组件返修的过程应根据返修的最终用途来决定 实际操作应按硬件配置情况加以选择 但条件是返修必须满足基本的工艺要求 修整 在线生产中焊点缺陷的修补 过程简单 不需要元器件的更换 器件再利用返修 需要严格控制返修过程 确保返修过程不对器件和整个组件造成致命损坏器件非利用返修 返修过程本身不对器件作要求 但仍需对返修过程进行控制避免组件的损坏 返修工艺过程的特征返修工艺过程应包括以下特征 非破坏性工序在组装和返修的过程中 组装件 元器件被安装或拆除都不应该发生任何的破坏或损伤现象 这些破坏主要指机械的和热的 它们可能造成短期 长期失效或者导致可靠性降低 可控的 可再现的工序操作流程能被较好地控制 其输出结果是稳定的 在需要的时候 过程可以更改 而且结果是可以重复和再现的 可靠的 操作性好的工序返修工艺应该是可操作的 任何一个得到合格训练的操作员 借助适当的工具可以达到同样的结果 在需要时 能通过修改操作流程以适应给定任务的特定需求 有效的 低成本的工序该工序能够在生产环境中以相对较低的成本 在较少的时间内重现需求的结果 工序的建立和人员培训的成本 时间也是较小的 返修工艺的基本要求 以PCB为例 1 元件拆除 元件拆除的目标是 快速 一致 无损 如需要 应对组件或器件做预热或辅助加热 避免热冲击 快速 可控 均匀提供热量 力求所有焊点同时熔化 避免对元件 组件 相邻元件和它们的焊点造成热的 机械的破坏 插装件应使用真空吸取焊料的方法一次性完成拆除 避免反复操作 2 焊盘准备 准备工序目标是 快速 一致地为安装元件做准备 焊盘准备应以一个新器件的安装要求来执行 严禁对焊盘进行热和机械的破坏 其步骤是 除焊 吸锡抢 吸锡绳 真空吸锡设备等技术完成 清洁焊盘 清除助焊剂残留物 焊料预填 用烙铁或加热工具对焊盘预涂焊料 焊料的多少应根据被焊接器件形状规格大小进行预填 3 元器件安装将元器件准确安装到焊盘上 保证方向 极性不出错 与印制导线连接可靠 如需要可对元件或组件进行预热处理 目的是保证焊料再流时组装的各部分温度尽量一致 确保再流结果 实现可靠连接 注意 连接点要在预定的温度下保持适当的再流时间 才能得到合适厚度的金属间化合物层 器件布局位置 热容量 临近器件的影响与焊点的可达到性 决定返修工具和热的运用方法的不同 安装 拆除器件过程不同 工艺要求就应不同 拆除的器件是否必须再利用 对需要再利用的 控制工艺要求就应制定较高 分析组件的实际情况 制定适用的技术规范 返修方法连续真空吸锡采用带真空泵装置的返修设备 直接通过吸嘴把焊料吸走 将加热的吸嘴垂直作用在焊点上 启动真空泵 使焊料从焊接端吸走 这种方法可避免过热的问题 但必须操作正确 吸嘴选择合适 吸嘴的正确定位见右图所示 手动吸锡器吸锡手动吸锡器规格形状不同 是一种用手动吸锡清除残锡的方法 这是以短脉动方式施加真空 操作过程需多次重复 另外 有时需同时使用吸锡器和烙铁来共同完成 因此这种方法的使用受到限制 电烙铁手持式吸锡对于插装元器件的一般返修可使用电烙铁 手持式吸锡器进行 烙铁主要针对简单的 两个引脚的电阻 电容等元件 手持式吸锡器便于携带 适合外出返修 可针对不同种类插装元器件 如果不要求保留元器件 可使用剪钳对元器件引脚剪断 这样在返修时更加快捷 对印制板焊盘也可进行有效保护 且对多引脚的器件也能使用电烙铁进行返修 用热风枪吹焊贴片集成电路时 首先应在芯片的表面涂放适量的助焊剂 这样既可防止干吹 又能帮助芯片底部的焊点均匀熔化 由于贴片集成电路的体积相对较大 在吹焊时可采用大嘴喷头 热风枪的温度可调至3 4挡 风量可调至2 3挡 风枪的喷头离芯片2 5CM左右为宜 吹焊时应在芯片上方均匀加热 直到芯片底部的锡珠完全熔解 此时应用手指钳将整个芯片取下 需要说明的