手工焊接工艺培训.ppt

电子焊接工艺技术 主要内容焊接基本原理焊接材料手工焊波峰焊回流焊电子焊接工艺新进展不良焊點分析說明焊錫作業安全防范 一 焊接基本原理 焊接的三个理化过程 1 润湿2 扩散3 合金化Cu6Sn5 Cu3Sn 1 1润湿角解析 0o 90o 意味着液体能够润湿固体 90o 180o 则液体不能润湿固体 q slg sls sgs 1 2焊接过程 扩散溶解 母材向液态钎料的扩散溶解G单位面积内母材的溶解量 ry液态钎料的密度 Cy母材在液态钎料中的极限溶解度 Vy液态钎料的体积 S液 固相的接触面积 a母材的原子在液态钎料中的溶解系数 t接触时间 溶解量计算公式 1 3焊接过程 合金化 界面处金属间化合物的形成 1 4不良焊接 图例 焊接不良即润湿角大于90o 和 或铺展界面存在缺陷 主要原因有两点 1 母材表面的氧化物未被钎剂去除干净 使得钎料难以在这种表面上铺展 2 焊料本已良好润湿母材 但由于工艺不当 使得母材表面的金属镀层完全溶解到液态钎料中 或是形成了连续的化合物相 使已经铺展开的液态钎料回缩 接触角增大 1 5良好焊接 图例 元器件引线焊接良好即意味着钎料在其表面润湿良好 润湿角小于90o 2 1焊接材料 铅锡焊料 铅锡焊料的特性1 锡铅比例2 熔点3 机械性能 抗拉强度与剪切强度 4 表面张力与粘度 Sn BSPb SB 2 2焊接材料 铅锡焊料 焊料的杂质含量及其影响 2 3焊接材料 助焊剂 1 助焊剂的作用 2 3 1助焊剂 作用 固体金属最外层表面是一层0 2 0 3nm的气体吸附层 接下来是一层3 4nm厚的氧化膜层 所谓氧化膜层并不是单纯的氧化物 而是由氧化物的水合物 氢氧化物 碱式碳酸盐等组成 在氧化膜层之下是一层1 10 m厚的变形层 这是由于压力加工所形成的晶粒变形结构 与氧化膜之间还有1 2 m厚的微晶组织 助焊剂要去除的对象 母材金属表面的氧化膜 固体金属的表面结构 2 4焊接材料 助焊剂 助焊剂应具备的性能 2 5無鉛焊錫制程 焊錫成份錫銀銅比例Sn Ag Cu 96 5 3 0 0 5 無鉛與有鉛焊錫參數差異分析 3 2手工烙铁焊 工具选择 3 2手工烙铁焊 工具特性 烙铁头的特性1 温度2 形状3 耐腐蚀性 3 1烙鐵頭形狀 1 普通與控溫差別2 無鉛與有鉛差別 3 2手工烙铁焊 焊锡丝选择 3 2手工烙铁焊 方法 1 焊前准备2 焊接步骤3 焊接要领 3 2手工烙铁焊 方法 4 1波峰焊 工艺步骤 工艺主要步骤 11 涂覆助焊剂 溶解焊盘与引线脚表面的氧化膜 并覆盖在其表面防止其再度氧化 降低熔融焊料的表面张力 使润湿性明显提高 4 1波峰焊 工艺步骤 2 预热90 120 3 焊接245 5 3 5S 挥发助焊剂中的溶剂活化助焊剂 增加助焊能力减少高温对被焊母材的热冲击减少锡槽的温度损失 4 2波峰焊 工艺参数的设定 1 助焊剂比重 保持恒定0 795 0 805 2 预热温度 90 110 调温或调速 3 焊接温度 245 5 4 焊接时间 3 5S 5 波峰高度 2 3Board 6 传送角度 5 7 4 2波峰焊 参数的影响 高度与角度 4 2波峰焊 焊后补焊 补焊内容1 插件高度与斜度2 漏焊 假焊 连焊3 漏插4 引脚长度 4 2 1插件高度与斜度的规定 4 3波峰焊设备 波峰焊机 波峰焊机 4 3波峰焊设备 助焊剂涂覆装置 4 3 1波峰焊设备 部件 预热器强迫对流式 热风 石英灯加热 短红外 热棒 板 加热 长红外 4 3 1波峰焊设备 部件 波峰发生器 4 3 1 1波峰的形状 4 3 1波峰焊设备 部件 传输机构 1 夹持印刷电路板的宽度能够调整 以满足不同尺寸类型的印刷电路板的需求 2 运行必需平稳 在运行中能维持一个恒定的速度3 为满足产量及最佳焊接时间的需要 传输速度一般要求在0 25 3m min范围内可无级调速4 印刷电路板通过波峰时有微小的仰角 其角度一般要求在4 9 范围内可调整 5 再流焊 再流焊类型 1 对流红外再流焊2 热板红外再流焊3 气相再流焊 VPS 4 激光再流焊 5 1再流焊 工艺参数 1 温度曲线的确定原则 2 实际温度曲线的确定 3 温度曲线的测定方法 5 1 1再流过程 温度曲线的确定原则 1 预热区 加热通道的25 33 钎料膏中的溶剂开始蒸发 温度上升必须慢 2 5oC 秒 以防止沸腾和飞溅形成小锡珠 同时避免过大热应力 2 活性区 33 50 120 150oC 使PCB均温 同时助焊剂开始活跃 化学清洗行动开始 3 和 4 再流区 205 230oC 錫料膏中的金属颗粒熔化 在液态表面张力作用下形成焊点表面 5 冷却区 焊点强度会随冷却速率增加而稍微增加 但太快将导致过大热应力 应小于5oC 秒 焊锡膏的再流过程 5 1 2再流过程 实际温度曲线的测定 优化的再流温度曲线是SMT组装中得到优质焊点的最重要因素之一 再流温度曲线的影响参数中最主要的是传送带速度和每个加热区的温度 设定再流温度曲线的辅助工具 温度曲线仪 热电偶 焊锡膏参数 5 2 1再流温度曲线参数及其影响 5 2焊锡膏的再流过程及工艺参数的影响 图预热不足或过多的再流温度曲线 主要焊錫不良分析及處理方法 假焊是指因零件腳或基板表面被氧化或有雜質以及焊錫溫度設置不當作業動作不當等原因表面看OK之焊點 其實零件腳與銅箔周圍的焊錫並未緊密接合而是呈分離狀態 有的是銅箔上之錫與錫帶分離 或者是錫與錫帶因溫度設置不當而造成粘合不夠和焊錫的抗 張力度下降等現象 原因分析 A零件腳或基板不清潔B焊錫溫度設置不當C作業條作及動作不當處理方法 A清除冷焊 包焊 半邊焊 錫裂等現象 B 補焊 主要焊錫不良分析及處理方法 冷焊 是指焊點表面不平 整個錫面成暗灰色 並伴有粗紋的外觀 巖重時焊點表面會有細紁或斷裂的情況發生 原因分析 A錫爐輸送帶軌道的皮帶振動 B機械軸承或馬達轉動不平衡 C抽風設備或電風扇太強 造成凝固不夠 D錫爐溫度設置不當 PCB流過輸送軌道出口 錫還未干 主要針對自動焊錫 E焊錫人員的作業疏失 如丟扔作業 處理方法 A 靚范作業動作 改善生產條件 合理設置焊錫溫度 B 補焊 主要焊錫不良原因及處理方法 包焊 是指焊點四周被過多的錫包復而看不清零件腳的棱角 嚴重時更不能斷定其是否為標准焊點 整個錫點呈圓凸狀 A允收極限 焊點上限 但溶錫流動佳且連接處仍然是良好的吃錫 B導線與端子間錫多而呈凸狀 焊錫部分的導線外形無法被辨別 原因分析 加錫過多或錫爐設定條件不當 A過錫的深度不正確 或補焊加錫不當 B預熱或錫溫不足C助焊劑活性與比例的選擇不當 DPCB及零件焊錫性不良 有雜質附著 E不適合油脂物夾混在焊錫流程F錫的成分不標准或已經被污染 處理方法 當發現包焊時 最有效的排除方法是再進一次焊錫 但必須讓PCB靜置4 6小時 讓PCB的樹脂結構恢復強度 若太快過兩次錫 則會造成熱損壤 如引起銅箔翹等 主要焊錫不良分析及處理方法 錫裂 是指焊點接合出現裂痕現象 錫裂現象主要發生在焊點頂部與零件腳接合處 原因分析 剪腳動作不當或拿取基板動作不當 處理方法 A 規范作業動作 B 予以補焊 主要焊錫不良分析及處理方法 錫尖 冰柱 是因為當熔融錫接觰補焊物時 因溫度大量流失而急速冷欲來不及達到潤焊的目的 而拉成尖銳如冰柱之形狀原因分析 冰柱發生在錫液焊接 浸錫焊接及平焊的流程 發生點包括焊點 焊接面 零部件 甚至也發生在浸錫的設備或工具 它主要是因為烙鐵加溫不夠或烙鐵使用方式不對或錫爐設定條件偏離 處理方法 A手焊B錫液焊及浸錫焊接 主要焊錫不良分析及處理方法 錫橋 架橋 是指PCB表面焊點與焊點的相連 多為兩零件腳頂部產生錫尖原因分析 吃錫過剩或錫爐設定條件偏離 處理方法 A調整錫爐設定條件B補焊作業 主要焊錫不良分析及處理方法 焊點不完整 焊點不完整是指焊錫沒達到OK狀態而出現吹氣孔 錫淍 半邊焊 焊孔錫不足 貫穿孔壁澗焊不良等現象 如下面系列 A錫洞 吹氣孔 錫帶上有氣孔 凹陷且角度超過零件腳面積90度以上 四分之一 原因分析 A錫爐設定條件偏離 B焊盤不匹配C零件腳氧化或有稚質附著 D松香或焊錫成份有稚質B 半邊焊零件腳吃錫面積未滿270度 四分之三 焊錫面 原因分析 作業動作不當 溫度設備不合适 C 錫薄焊點面積有四分之一以上或焊點角度太小未成光滑有凹面曲線的焊點A端子與墊片不能被焊錫所連接B零件腳與墊片間吃錫太少 錫面涵蓋墊片與零件面積小於270度原因分析 錫爐設定條件偏離或焊盤不匹配 加錫過少 主要焊錫不良分析及處理方法 焊孔吃錫不足原因分析 a 零件及PCB本身的焊錫性不良 b 慣穿孔里面不干淨 c 防焊油流入貫穿孔內或沾到銅箔表面 單層板 d 錫液不穩定或輸送帶振動 e 加錫過少 E 貫穿孔潤焊不良指PCB焊接進程中 錫沒有完全潤焊到孔壁頂端 此情形只發生在雙重和多重PCB上 a 孔壁內未形成均勻潤焊b 錫面吃錫狀況良好 零件面吃錫較少且未填滿錫孔厚度 貫穿孔潤焊不良原因分析 除了對完成機器及材料的檢查 如溫度 速度 助焊劑 鉛錫合金等 在確定問題不是來自機器及材料時 主要考良以下方面 a 焊孔錫不足a 貫穿孔里面不干淨 b 防焊油墨流入貫穿孔內或沾到銅箔表面 單層板 c 錫液不穩定或輸送帶振動 b 貫穿孔壁潤焊不良a 零件及PCB本身的焊錫性不良b 貫穿孔受到污染c 貫穿孔壁有斷裂或有雜物殘留d 防焊油墨流入貫穿孔內e 助焊劑因過度受熱而沒有活性 主要焊錫不良分析及處理方法 主要焊錫不良分析及處理方法 注 當問題重復發生在某些特定的零件時 可能是當初的設計沒有考慮熱平衡問題 即PCB焊點的溫度分布不均衡所導致 從這個觀點中可以了解多層板更須要特別熱處理 熱量尤其要傳達到貫穿孔頂底 至於貫穿孔的位置高度 各廠視產品的要求 應該要有自己的標准 以雙層板言 貫穿孔頂點的錫位高度可以允許25 的下落 以PCB的厚度國標准但雖然下落25 其貫穿孔壁四周必須完全潤焊才算通過 若以多層板而言很多廠商則規定 貫穿孔必須完全補滿才可 主要焊錫不良分析及處理方法 分層錫點1 概念 焊點不夠光滑 有多層掐皺 2 原因分析 烙鐵加溫不夠 不足以全面熔化錫或未完全溶化就加錫 倒腳1 概念 焊點上緣的零件腳未與基板垂直 切腳後零件殘留余腳未完全切斷或有明顯毛邊 2 原因分析 a 切腳機刀處磨損或設定高度不夠 b 拿取基板動作不當 翹皮1 概念 因鉛箔線路未與基板相互緊密附著而形成相互分離 a 線路端點 墊片從底材剝離b 線路從底材剝離 2 原因分析 a不正確的剪腳動作 b 烙鐵加溫太久或烙鐵使用瓦數太大 c 材料異常 注 無論錫孔有無電鍍 其孔區內周圍360度邊緣翹皮不可超過0 13mm 錫珠 solderballs 1 概念 錫珠 solderwebbing 焊錫時因為錫本身的內聚力之因素 使這些錫顆粒之外觀呈現球狀 它們通常隨著助劑固化的過程附著在接物上 如PCB表面 有時也會埋藏在PCB塑膠物表面如防焊墨或印刷油墨 因為這些油墨過錫時會有一段軟化過程 也容易沾珠 大部分錫珠的產生都是焊錫過程中 未干的助焊劑揮發助焊劑含量過高 當瞬間接觸高溫的熔融錫時 氣體體積大量膨脹造成的爆發 爆發的同時 錫就能噴出 而形成錫珠 主要焊錫不良分析及處理方法 錫珠 錫球 2 原因分析 a 被焊物預熱不夠 導致表面的助焊劑未干 b 助焊劑的配方中含水量過高 c PCB中不良的貫穿孔 d 工廠環境溫度過高 錫爐設定條件偏離 3 處理方法a 滿裝的助焊劑桶 200L或20L 暴露在雨中時 水氣會聚集在開口周圍 當溫度變化時 會把水氣從松動的開口處收入桶內 所以有遮除的倉庫及隨時檢查助焊劑桶的開口是否緊閉 對助焊劑的儲存是很重要的 b 在發泡過程中 空氣壓縮機會夾帶大量的水氣及油污進入發 所以加裝水過濾器 隨時保養檢查是必要的工作 c 制造流程中要注意是否有濕的零件或工具參與其中 要盡量避免 d 使用氣刀作業 除了幫忙預熱之不足外 更可預防夾具夾帶水份回來 而污染發泡槽 注意 錫球是焊錫過程中任何時間都可能發生的缺點 造成信賴度嚴重的傷害 為了避免它 預防是唯一可靠的方法 主要焊錫不良分析及處理方法 錫渣 SOLDERIMPVDITIES 1 概念 完全獨立的松浮錫層形呈不規則狀2 原因分析 a 焊錫物質及基板有雜質b 補焊動作不當 主要焊錫不良分析及處理方法 錫和零件的短路 solderandcomponentshortcircuits 短路 shortcircuit 通常科稱 short 有些短路是發生在PCB防焊油墨包復下的線路 或發生在零件相互接觸 這些現象形成的短路與架橋混為一談 發生短路時 PCB本身的電功能是絕對不能動作的 此時 可以用各種自動測試儀器檢測 並加以矯正 但PCB若是因為溫度化生變化 振動或沖擊而有間歇性的短路發生時 就很難准確的檢測其位置 當碰這類間歇性的短路的情況時 可以根據以下不同的情況來進行分析與檢查 1 短路發生在防焊油墨包覆下的線路 此現象主要是PCB底層線路作鍍錫或噴錫加工時 鍍錫過厚 因為鍍錫板過錫時 有此鍍錫會再次破250 的熔錫所熔化 而四處動 REFLOW 大部分是流到底部 當鍍錫被溶化的瞬間 PCB本身的材質及防焊油墨會產生很大的張力 導致溶融狀態產生移動 這瞬間的強力推擠 常會把錫擠到鄰近金屬線路上 而造成短路 這種情況經常發生在線路沒到很近的雙層板或SMT板 解決的辦法 A PCB鍍錫或噴錫作業時 盡量減少錫的厚度 這種方法可以降低防焊油墨包覆下錫的含量 B PCB線路設計時 晝量拉開線路 C 新包覆防焊油墨 這是標准的處理方法 2 短路發生在零件與零件之間這是設計問題或加工程序不良所導致 主要焊錫不良分析及處理方法 A 設計問題 露出線路太靠近焊點頂端金屬零件或腳線 LEADWIRE 太靠近露出的線路零件或腳線本身互相接觸B 加工程序錫波振動太嚴重 焊錫時產生錫的氣爆 OUTGSSSING 錫膏作業 IRREFLOW 或錫波作業 SOLDERWAVE 產生錫珠 主要焊錫不良分析及處理方法 焊錫作業的安全防范工作從焊錫的物質條件及其環境因素一講中我們已經知道 由於焊錫作業是在高溫條件下進行的 所用到的助焊劑 工業酒精 稀釋劑屬易揮發可燃性有害物質 且具有腐蝕性 而錫條本身也是一種有害物質 當它在高溫下伴隨助焊劑稀釋劑的揮發而成籽錫鉛粉塵後