电路组装技术

電路組裝技術 UTL 電路組裝技術概述 電子元件是構成電子裝備的細胞 隨著電子元器件的發展和更新換代 電子電路裝聯技術出向著更 高一級技術階段發展 從而導致新一代電子裝備的誕生 概括起來 電子電路裝聯技術的發展分為五個 階段 或稱五代 現在已進入第五代發展時期 如表 1 1 所示 表 1 1 電子元器件和電子電路裝聯技術的發展 項目第一代 1950 第二代 1960 第三代 1970 第四代 1980 第五代 1985 代表產品真空管收音機品體管彩色電視機錄像機整體型錄像機 有源元件真空管軸向引線元件集成電路大規模集成電路 超大概模集電 路 無源元件帶長管腳的大型 電壓元器件 半自動插裝徑向引線元件表面貼裝元器 件 異形元件 復合表面貼裝 元件 三維結構 裝聯技術手工焊接浸焊自動插裝自動表面貼裝機器人 CAD CAM 多層 混合貼裝 單面酚醛紙板浸焊 熔焊 再流焊微電子焊接 電路板金屬底盤雙面異通孔柔性 兩面組裝 陶瓷 基板 金屬蕊基 板 高密度多層 通孔 陶瓷多層金屬 初 總之 電子電路裝聯技術的發展受元器件所支配 一種新型元器件的誕生 總是要導致裝聯技術的 一場革命 展望 21 世紀 隨著硅微技術的發展 電路裝聯技術將向 高密度集成 方向大踏步前進 從而 使電子裝備大縮小體積 減輕重量 降低功耗 提高可靠性 使 21 世紀的 靈巧電子裝備 機器人 等 智能電子系統成為現實 表面組裝技術概述 表面組裝技術 國外叫 Surface Mount Technology 簡稱 SMT 國內有多種譯名 根據電子行業標 准 我們將 SMT 叫表面組裝技術 1 表面組裝技術定義 表面組裝技術是一種無需在印制板上鑽插裝孔 直接將表面組裝元器件貼 焊到印制電路 板表面規定位置上的電路裝聯技術 具體的說 表面組裝技術就是一定的工具將表面組裝元器件引腳對准預先涂覆了了粘劑接 劑和焊膏的焊盤圖形上 把表面組裝元件貼裝元器件貼裝到未鑽安裝孔的 PCB 表面上 然后經過 波峰焊或再流焊使表面組裝元器件和電路之間建立可可靠的機械和電氣連接 元器件各焊點在電 路路基板一側 如圖 2 所示 表面組裝技術 UTL 二 表面組裝技術的組成 1 1 表面組裝技術的組成如圖 2 2 所示 封裝設計 結構尺寸 端子形式 耐焊性等 表面組裝元器件 制造技術 包裝 編帶式 棒式 托盤 散裝等 表電路基板枝術 單 多 層 PCB 陶瓷基板 瓷釉金屬基板等 組裝設計 電設計 熱設計 元器件布局和電路布線設計 焊盤圖形設計 組裝方式和工藝流程 組裝材料 組裝工藝技術 組裝技術 組裝設術 1 2表面組裝工藝概要 三 表面組裝工藝技術的組成 圖 2 3 列出表面組裝工藝技術的組成 涂敷材料 粘接劑 焊料 焊膏 組裝材料 工藝材料 焊劑 清洗劑 熱轉換介質 涂敷技術 點涂 針轉印 印 絲網印刷 模板印 貼裝技術 順序式 在線式 同時代 焊接方法 雙波峰 噴射波峰等 流動焊接 粘接劑涂敷 點涂 針轉印 粘接劑固化 紫外 紅外 激光等 焊接技術 組裝技術 焊接方法 焊膏法 預置焊料法 表 再流焊接 焊膏涂敷 印刷 面 加熱方法 氣相 紅外 激光等 組 清洗技術 溶劑清洗 水清洗 裝 檢測技術 非接觸式檢測 接觸式測試 工 返修技術 執空氣對流 傳導加熱 藝 涂敷設備 點涂器 印刷機 針式轉印機 技 貼裝機 順序式貼裝機 同時式貼裝機 以線式貼裝系統 術 焊接設備 雙波峰焊接設備 噴射式波峰焊接設備 各種再流焊接設備 組裝設備 清洗設備 溶劑清洗機 水清洗機 測試設備 各種外觀檢測設備 在線測試儀 功能測試儀 返修設備 熱空氣對流返修工具和設備 傳導加熱返修設備和工具 表面組裝技術 UTL 四 表面組裝和通孔插裝的比較 從 PCB 元器件和組件形態等方面進行比較 都可以發現 SMT 和 THT 存在有許多差異 但從組 裝工藝角度分析 SMT 和 THT 的根本區別是 插 和 貼 的區別 這兩種截然不同的電路組裝技術 用 了外形結構完全不同的兩種類型的電子元器件 電子電路裝聯技術的發展主要受元器件類型所支配 一 塊 PCB 或陶瓷基板電路組件的功能主要來源于電子元器件和互連導體組成的電路組件 通孔插裝技術 是在 PCB 的背面從安裝插入元器件 而在電器面 正面 進行焊接 元器件主體和焊接接頭分別在電路板 兩側 面 SMT 是在基板的同一側進行元器件貼裝和焊接 元器件主體和焊接接頭同在電路板一側 工 藝上的這個特征反映了這兩類元器件及其包裝形式的差異並決定了工藝 工藝裝備的結構和性能都存在 很大差別 五 表面組裝方式 組裝了 SMC SMD 的電路基板叫做表面組裝組件 簡稱 SMA 他集中體現了 SMT 的特征 在不 同的應用場合 對 SMA 的高密度 高功能和高可靠性有不同的要求 只有采用不同的方式進行組裝才 能滿足之些要求 根據電子設備對 SMA 的形態結構 功能要求 組裝特點和所用電路基板類型 單面和 雙面板 將表面組裝分為三類六種組裝方式 如表 2 1 所示 更全面的分類將在高級教材中介紹 六 表面組裝工藝流程 表面組裝方式確定后 就可以根據需要和具體條件 或可能 選擇合理的工藝流程 不同的組裝方 式有不同的工藝流程 同一種組裝方式出可以有不同的工藝流程 這主要取決于所用元器件的類型和電 子裝備對電路組件的要求以及生產的實際條件 不同組裝方式的典型流程有十几種 在實際生產中具體 應用的工藝流程則更多 這里就不一一列舉了 圖 2 4 僅列出單面表面組裝工藝流程 這是最簡單的全 表面組裝典型工藝流程 圖 2 4 單面板全表面組裝典型工藝流程 來料檢測組裝 開始 涂敷 焊膏 貼裝 SMC 涂敷粘接 劑 遷用 最終 檢測清洗再流焊 焊膏烘干 粘接劑固化 七 什么是表面組裝元器件 表面組裝元器件是 60 年代開發 70 年代后期在國際市場上流行的新型電子元器件 國際上簡稱為 表面組裝元器件 Surface Mount Components 簡稱 SMC 或 Surface Mount Devices 簡稱 SMD 最初的表面組 裝元器件是用于厚膜 混合集成電路的外貼元器件 主要是無引線矩形片式電阻器和陶器獨石電容器 國外把這些元件叫做 Chip Components 國內曾叫做 片式元件 后來 80 年代初 又出現了圓柱形 立方 體和異形結構的無引線元器件 它們已超越了 片狀 片式 和 無引線 等說法都不能確切的反映表面 組裝元器件 其具體定義是 表面組裝元器件是外形為矩形片狀 圓柱形 立方體或異形 其焊端或引 腳制作在同一平面內並適合于表面組裝工藝的電子元器件 目前電子元器件的發展日新月異 正向 0603 或更小化微型化發展 日東公司推出的貼片機 CP40L LV CP45FV 均能適應其發展 圖 3 1 示出表面元 器件的類型 類別封裝形式種類 矩形片式厚膜和薄膜電阻器 獨石陶瓷電容器 單層陶瓷電容器 熱敏電阻 等 圓柱形碳膜電阻器 金屬膜電阻器 MELF 陶瓷電容器 熱敏電容器 無源表面組裝 元件 異形半固定電阻器 電位器 鉭電解電容器 微調電容器 線繞電感器 等 陶瓷組件 扁平封 裝 無引線陶瓷蕊片載體 LCCC 有引線陶瓷蕊片載體有源表面組裝 器件 塑料組件 扁平封 裝 小型模塑二極管 SOD 小型模塑晶體管 SOT 小型模塑集成電路 SOIC 有引線塑封蕊片載體 PLCC 小型 J 型組件 SOJ 四方扁平 封裝 QFP BGA 和 CSP 機電表面組裝 元件 異型連接器 變壓器 延遲器 振蕩器 薄型微電機等 二二 表面組裝元器件的引線結構表面組裝元器件的引線結構 按照元器件的端子結構 表面組裝元器件可分為有引線和無引線兩種類型 無引線的以無源元件居 多 有引線的都是特殊短引線結構 以有源器件和機電元件為主 表 3 2 列出了引線結構類型和特征 翼形和 J 形引線是已經使用的兩種主要引線結構形式 翼形引 于 SOIC J 形引腳用于 PLCC 對接 引腳是工業界通過剪切 DIP 雙列直插封裝 得到的 翼形引線的主要優點是能適應薄 小間距組件的發展趨勢 並能使用各種焊接藝進行焊接 這種引 線結構比 J 形引線有較低的封裝外形 其主要缺點是 對于沒有角墊的細間距組件來說 在貨運和使用 過程中易使引腳受到損壞 J 形引線比翼形引線有較大的空間利用系數 雖然對焊接工藝的適應性不及翼形引線 但引線較 硬 在貨運和使用過程中不易損壞 人們對對接引線存在異議 日本的一些公司對這種引線組件感興趣 但是一般認為 對接引線的剪 切強度只有 J 形引線和翼形引線的 65 並且對貼裝和焊接等因素更為敏感 所以 對接引線的推廣應 用尚需經曆一段時間 球柵陣列封裝是適全表面組裝工藝的面陣列封裝 它是裝蕊片封裝的引出端呈陣列式分布在器件體 底面上 引出端呈球形 是適合于高引線數器件的封裝 現在主要有 BGA 球柵陣列 和 CSP 蕊片規模封 裝 三 表面組裝元器件的封裝技術 上面介紹的無源表面組裝元件一般呈片式 賀柱形和異表 片式和圓柱形阻容元件基本上是無引線 封裝 異形元件采用特殊封裝 無源表面組裝元件都采用了扁平短引線封裝形式 基本上有兩種類型的 封裝 大多數采用模壓塑料封裝 成本較低 另一種是用陶瓷片作載體的封裝 叫陶瓷封裝 除了這兩 種封裝類型外 還有金屬外殼封裝 但成本較高 表 3 2 表面組裝元器件的引線結構類型和特征 研制最早和較成熟的封裝是小形模塑封裝 如小型晶體管 SOT 和小形二極管 SOD 隨著集成電路 在消費類電子設備中的應用 就把 SOT 的封裝設計概念擴大到 14 和 16 引腳的封裝 出現了小形集成電 路 SOIC 大多數是雙極邏輯電路 這種結構在 70 年代初 大量用于計算器 電子表和袖珍收音機 當 引腳數超過 28 根時 SOIC 封裝失去了真實成本效益 于是在 70 年代末期 研制出陶瓷無引線蕊片載體 LCCC 成為廣泛應用的表面組裝器件的封裝 為了降低成本 又發展了塑料有引線蕊片載體 PLCC 其 引線一般都是 J 形引線 PLCC 封裝已被定為工業標准封裝 它出適用于甚大規模集成電路蕊片和多引 腳數器件的封裝 目前 SOIC 將逐步變成引腳數少于 20 的普通封裝 而引腳數在 28 根以上的器件采用 PLCC 封裝 引腳數為 20 22 和 24 的器件 這兩種封裝均可采用 四方扁平封裝 QFP 是日本開發的一種 PLCC 它用于小間距件的封裝 BGA 是 60 年代開始研制 80 年代后期實用化的適全于高引出端的面陣列封裝 CSP 是與蕊片尺寸 相同或略大的 IC 封裝的總稱 將成為高 I O 端子數 IC 封裝的主流 主要用于高檔電子產品領域的 MCM 多蕊片組件 和超高密度超小型化的消費類電子產品領域 特別是 I O 端子數在 2000 以上的高性能 電子產品中 另外 表面組裝薄膜電容器 電感器和 LC 濾波器等分別采用或金屬外殼封裝 表面組件元器件封裝的關鍵是精密模具 沒有先進的精密模具制造設備和高超的加工技術 這種精 密模具就很難制造出來 五 主要表面組裝元器件的技術狀況 關于無源表面組裝元器件和表面組裝有源器件 由于涉及元器件制造技術的諸多方面 超出了中級 教材的要求 因此這部分內容將在高級教材中專門介紹 1 表面且裝元器件采購准則 關于無源表面組裝元器件我國正處于發展階段 隨著改革開放的深入發展 表面組裝元器件在 我國將不斷擴大其應用領域 所以了解其采購准則對正確遷用元器件和確保電路組件的可靠性是非常 重要的 下面概括介紹表面組裝元器件的采購准則供讀者參考 1 1 首先要廣泛了解國內外表面組裝元器件制造 廠家的情況 優選有限的制造 廠家進行聯系 並簽定有關供貨合同 以確保采購優質的元器件 1 2 在滿足使用要求前題下 應選用有限型號的封裝類型 這樣有利于提高采購能力 減少庫存 費用以及減少貼裝供料器數目 隆低組裝成本 1 3 應對選購的元器件就其性能 可靠性 可焊性 元器件尺寸公差 對 PCB 焊盤圖形的適應性 和對組裝工藝及設備的適應性等方面進行認 以確保組裝順利進行和 PCB 組件的可靠性 除以上三項采購准則外 下列几項應予以特別重視 1 端焊頭或引腳應有良好的可焊性 2 為使導熱良好 應優選引腳為銅的元器件 3 應嚴格規定元器件的尺寸公差 4 在端焊頭或引腳的可焊性電鍍層下或金或銀之間要求有鎳阻擋層 以防止在焊接時金或銀的 浸 溶 析 5 選用的元器件必須能在組裝工藝中承受兩次焊接周期 6 元器件應在清洗溫度下具有耐溶劑性 一般不推荐超聲清洗有源器件 以防內引線開裂 7 有源器件應要求有器件標記 最好采用導電性模壓凹腔塑封編帶包裝方式 綜上所述 表面組裝元器件的出現引起了電路組裝技術的變革 現在國外 SMT 已處在高速發展 階段 表面組裝元器件仍在不完善和發展中 了解和掌握有關的基礎知識對于實施 SMT 是一項十分重 要的工作 表面組裝設計 在進行表面組裝設計前首先必須全面了解系統概況 例如系統用途 技術指標 功能划分 相互接 口 工作環境 壽命要求和可靠性級別等 在進行具體電路設計時要遵循系統的總體要求 即按組裝件 要實現的功能 功率要求 頻率范圍和電源條件 設計結構簡單 性能優良的電路原理圖 然后 進行 元器件的選擇 基板選擇 工藝選擇 在此基礎上進行電路板的布線設計和焊盤圖形設計 一 表面組裝件的設計規則 為了圓完成表面組裝件的設計 設計規則涉及電路塊划分 電路板尺寸的確定 元器件方位和中 心距的選擇 布線 能通孔和測試點的設定以及阻焊模的應用等 較復怵的電路需划分多塊電路板 或在單塊電路板划分為不同的區域 其划分原則如下 1 按照電路各部分功能劃分和設置 2 模似和數字兩部分電路分開 3 高頻和中 低頻電路分開 高頻部分單獨屏蔽 防止外界電磁場的干擾 4 大功率電路和其它電路分 開 以便采用散熱措施 4 減少電路中的噪聲干攏和串攏現象 易產生噪聲的電路需與某些電路隔開 二 印制電路板的尺寸和形狀 根據整機的總體結構確定所用電路板的尺寸 因 SMT 電路和尺寸比較小 為更適合于自動化生 產 往往采用多塊組合成一塊大板 俗稱 郵票 板 其結構如圖 4 1 所示 1 郵票板可由多塊同樣的電路板組成 或由多塊不同地電路板組成 2 根據表面組裝設備情況決定郵票板的最大外形尺寸 3 郵票板的定位孔設計成一個圓形和一個槽形孔的寬度尺寸和圓形孔的直徑相等 而長度比寬度尺寸至 少大 0 5mm 4 圓形定位孔直徑由組裝設備的定位銷決定 一般為 3mm 定位孔內壁不允許有電鍍層 5 郵票板上各電路板之間由具有一定強度又不易折斷的連接筋支撐 三 元器件的方向和位置 確定各種元器件在電路板上的方位 除遵循通孔有關的設計原則外 還需考慮與表面組裝工藝有關 的原則 1 相互垂直 元器件軸線要相互平行或垂直 2 元器件的特征位置 電路板上所有電解電容 二極管的正極 SOT 封裝的單引線端以及集成電路 和開關的第一號引線應朝同一方向 元器件的分布 整個電路板上的元器件的分布密度應均勻 不同的焊接方法對電路板上元器件排 3 列方位有不同要求 在設計時要特別註意 應嚴格按有關標准進行設計 四 元器件間的間距 在表面組裝件上 如何確定元器件間的間距呢 哪些因素影響元器件間的間距呢 1 焊接工藝要求的間距 1 相鄰元器件間的中心距離 元器件間中心距的計算涉及元器件外形尺寸公差 貼裝機貼裝頭的轉動精度 定位精度以及工藝 要求 具體計算公式參見有關參考書 2 再流焊接要求元器件間的中心距離 再流焊接工藝有可能造成元件或引線的短路 其原因是 a 印刷的焊膏印像圖形和焊盤圖形未 完全吻合 b 焊膏的粘度偏低或觸變性差 印好的焊膏坍塌形成焊膏連條 再流焊后焊盤間形成小錫珠 或橋接 c 泳動效應 再流焊中焊膏熔化 使焊盤上的元件受到浮力作用 同時又受到焊錫潤濕力 重 力和熔融焊膏表面張力的作用 有可能使元件偏 離焊盤 嚴重時和鄰近焊盤搭接 因此在元件間必須 設計一定的間距 以避免形成短路和橋接 大多數元器件相鄰焊盤的間距是 0 64mm 3 波峰焊接工藝要求元器件的最小間距 在波峰焊接時 由于熔融焊錫的表面張力 金屬表面的潤濕情況等 在間距小的焊盤或通孔間可能 造成焊錫橋接 為了減少這種焊接缺陷 設計時應選取合理的間距 插裝元件的打彎引線和相鄰元件間 的間距比片式元件間的間距大 以防止剪短和打彎引線時損壞鄰近式元件 此間距建議為 1 27mm 2 為了目檢和檢修在元器件間要留有一定的間距 此間距與視角有關 五 通孔 表面組裝電路板上的通孔主要用于互連和探針測試 它們的位置可能設置有和有關焊盤連接的 適當部位 為節省面積 通孔直徑當然越小越好 可是要縮小通孔直徑又受到以下几方面的限制 1 通孔尺寸 1 通孔尺寸和成本關系 通孔尺寸縮小 工藝難度提高 成品率下降 導致成本增加 中等密 度的電路板常用的通孔尺寸為 0 46mm 2 通孔的形狀比 電路板厚度不變時 隨通孔直徑縮小通孔的形狀比 電路板厚度除以通孔直徑 提高 這就可能導致通孔內壁電鍍層開裂 3 通孔焊盤的尺寸 電路板在組裝后一般要進行探針測試 測試焊盤的最小直徑為 0 86mm 實際 鑽孔直徑為 0 46mm 而通孔鍍層厚度為 0 05mm 那么電鍍通孔直徑變成為 0 36mm 因為直徑 0 86mm 的焊 盤變成了 0 25mm 寬的環形圖 如將測試焊盤的通孔用焊錫填滿 既可防止測試時還有助于真空的形 成 讓探針測試設備的針床能吸住電路板 2 通孔位置 在設計通孔的位置時必須考慮與焊盤的相應關系 在再流焊和波峰焊時 對通孔位置的要求有 所不同 必須嚴格按照有關規定嚴格控制 測試焊盤的位置在有關標准中有明確的規定 六 布線的線寬和線厚 通孔插裝電路板一般采用 0 3mm 的布線寬度和線距 而表面組裝器件引線的中心距不大于 1 27mm 引線焊盤間的間距只有 0 635mm 要在兩個焊盤間留一條 0 3mm 的線寬和線距的布線是不可能的 必須縮 小布線寬度和線距 才能適合表面組裝的需要 為了進行細線條電路板的生產 采用薄復銅層的層壓 板 調整線寬和線距尺寸 修整通孔焊盤 以及將電路板的光繪底片放在恆溫濕環境中 以保証圖形精 度 1 五種不同密度的布線規則 為了適應不同組裝密度的要求 現在采用一級至五級密度布線規則 常用的是二級密度布線 通孔 設在 2 54mm 的網格上 金屬化孔直徑 1mm 焊盤直徑 1 65mm 測試焊盤全設在 2 54mm 的網格上 在 插裝通孔間和 SMD 焊盤間允許分別通過 0 25mm 和 0 2mm 的布線 最小布線寬度為 0 25mm 高密度組 裝時采用四級密度布線 在 1 27mm 中心距的 SMD 焊盤間允許通過二條 0 127mm 線寬和線距的布線 在 2 54mm 中心距的通乳間允許通過間距 0 1mm 線寬和線距的布線 2 焊盤的連線 SMD 焊盤和連線圖形將影響再流焊中元件泳動的發生 焊接勢量的控制和焊錫沿布線的遷移 所以 有關標准對焊盤連線有一定規定 七 阻焊膜的應用 在 SMT 電路板上涂復阻焊膜 是為了防止再流焊時焊錫遷移至金屬布線上 造成焊接缺陷 另外 用阻焊膜蓋住通孔 在波峰焊時焊劑不會由通孔沖到電路板的元件面上 並且在印刷貼片膠和焊膏時 或者針床測試時幫助形成 吸電路板所需的真空 常用的阻焊膜有絲網漏印阻焊膜 干膜和光圖形形轉 移的濕膜等 應根據具體情況選擇使用 在使用阻焊膜時要執行有關標准的阻焊膜使用原則 1 表面組裝焊盤圖形設計 把表面組裝元件貼裝到 PCB 上 就需要在 PCB 上相應于元器件端子 引線 的部位設置焊盤 在元 器件引線和焊盤之間形成焊接接頭 從而完成 PCB 的表面組裝 這樣 在 PCB 上相應于各種不同元器 件端子或引線的焊盤就組成了焊盤圖形 為了滿足電子設備的特定要求 就必須對 PCB 上的焊盤形按照 一定的標准進行設計 這就叫做 表面組裝焊盤圖形設計 焊盤圖形設計是 SMT 設計的主要組成 是進行表面組裝的基礎之一 它規定了元器件組裝在 PCB 上的位置和取向 決定了焊縫強度和可靠性 同時對組裝缺陷 強貼裝性 可洗淨性 可測試性 可修 復性起著重要影響 因此 出可以說焊盤圖形設計對表面組裝的可制造性起著決定性的作用 目前由于元器件公差不統一 元器件標准尚不健全 尤其在我國更缺乏這方面的標准 這使我們的 焊盤圖形設計工作困難 標准化工作復雜 近年來國外的一些標准機構 在健全表面組裝元器件標准的 同時 加強了焊盤圖形設的標准化工作 本章僅就焊盤圖形設計的一般原理和主要 調壓器 220 大規模生產中 從元器件清洗到鍍錫 都由自動生產線完成 中等規模的生產亦可使用搪錫機 給元器件鍍錫 還可以用化學方法去除焊接面上的氧化膜 研究成果表明 國產元器件引線的可焊性已經取得了較大的進步 元器件在存儲 15 個月以后 引線上的錫鈰鍍層仍然具有良好的可焊性 對于此類元器件 在規定期限完全可免去鍍錫的工序 現在 市場上常見的元器件大多是采用這種方法處理過的 為保証表面鍍錫層的完好 大焊接前不要用刀 砂 紙等機械方法或化學方法磨表面 也有一些元器件是早年生產的 引腳表面大多氧化 大使用前必須做 好處理 以保証焊接質量 3 3 多股導線鍍錫 大一般電子產品中 用多股導線進行連接還是很多 連接導線的焊點發生故障是比較堂見的 這同導線接頭處理不錄有很大關系 對導線鍍錫 要把握以下几個要點 3 3 1 剝去絕層不要傷線 使用剝線鉗剝去導線緣層 若刀口不合適或工具本身質量不好 容易造成多股線頭中有少數几 根斷掉或者雖未斷離但有壓痕 這樣的線頭在使用容易斷開 3 3 2 多股導線的線頭要很好絞合 剝好的導線端頭 一定要先將其絞合大一起 否則在鍍錫時就會散亂 一兩根散線也很容易造 成電氣故障 3 3 3 涂焊劑鍍錫要留有余地 通常在鍍錫前要將導線頭浸蘸松香水 有時 也將導線擱在放有松香的木板上 用烙鐵給導線 端頭敷涂一層焊劑 同時也鍍上焊錫 要注意 不要讓錫浸入到導線的絕緣皮中去 最好在絕緣皮前留 出 1 3mma 的間隔 使這段沒有鍍錫 這樣鍍錫的導線 對于穿管是很有利的同時也便于檢查導線 4 手工烙鐵焊接技術 使用電烙鐵進行手工焊接 掌握起來并不因難 但是又有一下的技朮要領 長期從事電子產品 生產的人們總結出了焊接的四個要素 又稱 4M 材料 工具 方式 方法及操作者 其中最主要的當然還是人的技能 沒有經過相當時間的焊接實踐和用心體驗 領會 就不能掌 握焊接的技術要領 即使是從事焊接工作較長時間的技術工人 也不能保証每個焊點的質最 只有充分 了解焊接原理再加上用心的實踐 才有楞能在較短的時間內學會焊接的基本技能 下面介紹的一些具體 酒精焊劑酒精松香水 方法和注意要點 都是實踐經驗的總結 是初學者迅速掌握焊接技能的捷徑 初學者應該勤于練習 不斷提高操作技藝 不能把焊接質最問題留到整機電路調度的時候再去 解決 4 1 焊接操作的正確姿勢 掌握正確的操作姿勢 可以保証操作者的身心健康 減輕勞動傷害 為減少焊劑加熱時揮發出 的化學物質對人的危害 減少有害氣體的吸入量 一般情況下 烙鐵到鼻子的距離應不少于 20cm 通常 以 30cm 為宜 電烙鐵有鹼種握法 如圖 5 14 所示 反握法的動作穩定 長時間操作不易疲勞 適于大功率烙 鐵的操作 正握法適于中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作 一般在操作台上焊接印刷制板等焊件時 多 采用握筆法 焊錫絲一般有兩種法 如圖 5 15 所示 由于焊錫絲中含有一定比例的鉛 而鉛是對人體有害的 一種金屬 因此操作時應該戴手套或大操作后洗手 避免食入鉛塵 電烙鐵使用以后 一定要穩妥地放大烙鐵架上 并注意導線等物不要碰到烙鐵頭 以免燙傷導 線 造成漏電等事故 4 2 焊接操作的基本步驟 掌握好烙鐵的溫試和焊接時間 選擇恰當的烙鐵頭和焊點的接觸位置 才可能得到良好的焊點 正確的焊接操作過程可以分成五個步驟 如圖 5 16 所示 1 准備施焊 左手握烙鐵 進入備焊狀態 要求烙鐵頭保持干淨 無焊渣等氧化物 并在表面 鍍有一層焊錫 2 加熱焊件 烙鐵頭靠在兩焊件的連接處 加熱整個焊件全體 時間大約為 1 2 秒種 對于在 印制板上焊接元器件來說 要注意使烙鐵頭同時接觸焊盤和元器件的引線 例如 圖 5 16 b 中的導線與接線柱要同時均勻受熱 3 送入焊絲 焊件的焊接面被加熱到一定溫度時 焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件 注意 不要把 焊錫絲送到烙鐵頭上 4 移開焊絲 當焊絲熔化一定量后 立即向左上 45 方向移開焊絲 5 移開烙鐵 焊錫浸潤焊盤和焊件的施焊部位以后 向右上 45 方向移開烙鐵 結束焊接 從 第三步開始到第五步結束 時間大約也是 1 2 分鐘 對于熱容量小的焊件 例如印制板上較細導線的 連接 可以簡化為三步操作 1 准備 同上步驟一 2 加熱與送絲 烙鐵頭放大焊件上后即放入焊絲 a b c d e 3 去絲移烙鐵 焊錫在焊接面上擴散達到預期范圍后 立即取開焊絲并移開烙鐵 并注意焊絲 的時間不得滯后于移開烙鐵的時間 對于有為收低熱 量的焊件而言 上述整個過程不過 2 4 秒鐘 各步驟時間的切奏控制 順序 的准確掌握 動作的熟練協調 者都是要通過大量實踐并用心體會才能解決的問題 有人總結 出了大五步驟操作法中用數秒的辦法控制時間 烙鐵接觸焊點后數一 二 約 2 秒鐘 送入焊絲 后數三 四 移開烙鐵 焊絲熔化量要靠觀察決定 此辦法可以參考 但由于烙鐵功率 焊點 熱窬一的差別等因素 實際掌握焊接火候并無定鄲可循 必須具體條件具體對待 試想 對于 一個熱量較大的焊點 若使用功率較小的烙鐵焊接時 大上述時間內 可能溫度還不能使焊錫 熔化 那么還談什么焊接呢 4 3焊接溫度與加熱時間 適池的溫度對形成良好的焊點是不可少的 這個溫度究竟如何掌握呢 當根據有關數據 可以很清楚地查出不同的焊件材料所需要的量佳溫度 得到有關曲線 但是 在一般的焊接過 程中 不可能使用溫度計之類的儀表來隨時檢測 而是希望用更直觀明確的方法來了解焊件溫 度 經過度驗得出 烙鐵頭在焊件上停留的時間現焊件溫度的升高是正比關系 同樣的烙鐵 加熱不同熱窬一的焊件時 想達到同樣焊接溫度 可以通過控制加熱時間來實現 但在實踐中 又不能僅僅依此關系決定加熱時間 中 用小功率烙鐵加熱較大的時件時 無論烙鐵停留的時 間多長 焊件的溫度也上不去 原因是烙鐵的供熱容量小于焊件和烙鐵在空氣中散失的熱量 此外 為防止內部過熱損壞 有些元器件也不允許長期加熱 加熱時間對焊和焊點的影響及其外部特征是什么呢 如果加熱時間不足 會使焊料不能充 分浸潤焊件而形成松香夾渣而虛焊 反之 過量的加熱 除有可能造成元器件損壞以外 還有 如下危害和外部特征 焊點外觀變差 如果焊錫已經浸潤焊件以后還繼續進行過量的加熱 將使助焊劑全部揮發完 造成熔態 焊錫過熱 當烙鐵離開時容易拉出錫尖 同時焊點表面發 出現粗糙顆粒 失去光澤 1 高溫造成所加松香助焊劑的分解碳化 松香一般在 210 開始分解 不僅失去助焊劑 的作用 而且造成焊點夾渣形成缺陷 如果在焊接中發現松香發黑 肯定是加熱時間 過長所致 2 過量的受熱會破壞印制板上銅箔的粘合層 導致銅箔焊般的剝落 因此 在適當的加 熱時間里 准確掌握加熱火候是優質焊接的關鍵 4 4焊接操作的具體手法 在保証得到優質的目標下 具體的焊接操作手法可以因人而異 但下面這些前人總結的方 法 對初學者的指導作用是不可忽略的 1 保持烙鐵頭的清潔 焊接時 烙鐵頭長期處于高溫狀態 又接觸焊劑等弱酸性物質 其表面很容易氧化并 沾上一層黑色雜質 這些雜質形成隔熱層 妨礙了烙鐵頭與焊件之間的熱傳導 因 此 要注意在烙鐵架上蹭去雜質 用一塊濕布或濕海棉隨時擦拭烙鐵頭 也是常用的 方法之一 對于普通烙鐵頭 在污染嚴重時可以使用銼刀銼去表面氧化層 對于長壽 命烙鐵頭 就絕對不能使用這種方法了 2 靠增加接觸面積來加快傳熱 加熱時 應該讓焊件上需要焊錫浸潤的各部分均勻受熱 而不是僅僅加熱焊件的一部 分 更不要采用烙鐵對焊件增加壓力的辦法 以免造成損壞或不易覺察的陷患 有些 初學者企圖加快焊接 用烙鐵頭對焊接面施加壓力 這是不對的 正確的方法是 要 根據焊件的形狀選用不同的烙鐵頭 或者自己修整烙鐵頭 讓烙鐵頭與焊件形成面的 接觸而不是點或線的接觸 這樣 就能大大提高效率 3 加熱要靠焊錫橋 在非流水線作業中 焊接的焊點形狀是多種多樣的 不大可能不斷更換烙鐵頭 要提 高加熱的效率 需要有進行熱量傳遞的焊錫橋 所謂焊錫橋 就是靠烙鐵頭上保留焊 晚 作為加熱時烙鐵頭與焊之間傳熱的橋梁 由于金屬熔液的導熱效率遠遠高于空 氣 使焊很快就被加熱到焊接溫度 應該注意 作為焊錫橋的錫量不可保留過多 以 免造成誤連 4 烙鐵撤離有講究 烙鐵的撤離要及時 而且撤離時的角度和方向與焊點的形成有關 圖 5 17 所示為烙鐵 不同的撤離方向對焊料的影響 烙鐵頭 烙鐵頭 烙鐵頭上 工件 烙鐵頭上 吸除焊錫 不挂錫 a 沿烙鐵軸向 b 向上方 c 水平方向 d 垂直向下 e 垂直向上 45 撤離 撤離 撤離 撤離 撤離 5 在焊錫凝固之前不能動 切勿使焊件移動或受到振動 特別是用鑷子夾住焊件時 一定要等焊錫凝固后再移走 鑷子 否則極易造成虛焊 6 焊錫用量要適中 手工焊接常用管狀焊錫絲 內部已裝有松香和活化劑制成的助焊劑 焊錫絲的直徑有 0 5 0 8 1 0 5 0mm 等多種規格 要根據焊點的大小先用 一般 應使焊錫的直徑 略小于焊盤直徑 見圖 5 18 琮量的焊錫不但無必要地消耗了 較貴的錫 而且還增加焊接時間 降低工作 速度 過量的錫很容易造成不易覺察的短路 故障 焊錫過少也不能形成牢固的結合 同 a 焊錫過多 b 焊錫過少 c 合適的錫量 樣是不利的 特別是焊接印制板引出導線時 合適的焊點 焊錫用量不足 極容易造成導線脫落 7 焊劑用量要適中 適量的助焊劑對焊接非常有利 過量使用松香焊劑 焊接以后勢必需要擦除多余的焊 劑 并且延長了加熱時間 降低了工作效率 當加熱沓間不足時 又容易形成 夾渣 的缺陷 焊接開關 接插件的時候 過量的焊劑容易流到觸點處 會造成接觸不良 合適的焊劑量 應該是松香水僅能浸濕將要形成的焊點 不會透過印制板流到元件面 或插孔里 對使用松香蕊焊絲的焊接來說 基本上不需要再涂松香水 目前 印制板 生產廠的電路板在出廠前大多進行過松香浸潤處理 無需再加助焊劑 8 不要使用烙鐵頭作為運載焊料的工具 有人習慣用烙鐵頭沾上焊錫再去焊接 結果造成焊料的氧化 因為烙鐵頭的溫度一般 都在 300 左右 焊錫絲中的焊劑在高溫時容易分解失效 特別應該指出的是 在一些 陳舊的圖書中還介紹過這種方法 請讀者注意監別 5 焊點質量及檢查 對焊點的質量要求 應該包括電氣接觸良好 機械結合牢固和美觀三個方面 保証焊點質量 最關鍵的一點 就必須避免虛焊 5 1 虛焊產生的原因及其危害 虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的 它使焊點成為有接觸電阻的連接狀態 導致 電路工作不正常 出現時好時壞的不穩定現象 噪聲增加而沒有規律性 給電路的調試 使用和維護帶 來重大的隱患 此外 也有一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長時間內 保持接觸尚好 因此不容 易發現 但在溫度 濕度的振動等環境條件作用下 接觸表面逐步被氧化 接觸慢慢地變得不完全起來 虛焊點的接觸電阻會引起局部發熱 局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點情況進一步惡化 最終甚至 使焊點脫落 電路完全不能正常工作 這一過程有時可長達一 二年 據統計數字表明 在電子整機產品的故障中 有將近一半是由于焊接不良引起的 然而 要從一台有成千上萬個焊點的電設備里 找出引起故障的虛焊點來 實大不是一件容易的事 所以 虛焊是電路可靠性的一大隱患 必須嚴格避免 進行手工焊接操作的時候 尤其要加以 注意 一般來說 造成虛焊的主要原因為 焊錫質量差 助焊劑的還原性不良或用量不夠接處 表成未預先清潔好 鍍錫不牢 烙鐵頭的溫度過高或過低 表面有氧化層 焊接進間太長或太 短 掌握得不好 焊接中焊尚未凝固時 焊接元件松動 5 2 對焊點的要求 1 可靠的電氣連接 焊接是電子線路從物理上實現電氣連接的主要手段 焊錫連接不是靠壓力 而是靠焊接 過程形成的牢固的連接的合金層達到電氣連接的目的 如果焊錫僅僅是堆在焊件的表面或只有 少部分形成合金層 也許在最初的測試和工作中不會發現焊點存在問題 但隨著條件的改變和 時間的推移 接觸層氧化 脫季出現了 電路產生時通時斷或者干脆不工作 而這時觀察焊點 外表 依然連接如初 這是電儀器使用中最頭疼的問題 也是產品制造中必須十分重視的問題 2 足夠的機械強度 焊接有僅起到電氣連接的作用 同時也是固定元器件 保証機械連接的手段 這就有個 機械強度的問題 作為錫焊材料的鉛錫合金 本身強度是比較低的 常用鉛錫焊料抗拉強度約 為 3 4 7Kg cm 只有普通鋼材的 10 要想增加強度 就要有足夠的連接面積 如果是虛焊 點 焊料僅僅堆在焊盤上 自然就談不到強度了 常見的缺陷是焊錫未流滿點或焊錫量少而造成強度較低 還可能因焊接時焊料尚未凝固 就使焊件振動而引起的焊點結晶粗大 象豆腐渣狀 或有裂紋 從而影響機械強度 3 光潔整齊的外觀 薄而均勻可 良好的焊點求焊料用量恰到好處 見導線輪廓 元件引線 外表有金屬光澤 沒有拉尖 橋接等 半弓形凹下 現象 并且不傷及導線的絕緣層及相鄰了 銅箔 元件 良好的外表是焊接質量的反映 平滑過渡 b 注意 表面有金屬光澤是焊接溫度合適 生成合金層的標志 這個僅僅是外靖美 觀的要求 接線端子 導線 a 基板 典型焊點的外觀要求是 參見圖 5 19 a 1 1 2 b 1 形狀為近似圓錐而表面微凹呈現漫坡狀 以焊接導線為中心 對稱成裙形拉開 虛焊 點表面往往呈凸形 可以別出來 2 焊料的連接面呈弓形凹面 焊料與焊件交界處平滑 接觸角盡可能小 3 表面有光澤且平滑 4 無裂紋 針孔 夾渣 焊點的外硯檢查 除用目測 或借助放大鏡 顯微鏡觀測 焊點是否合乎上述標准以外 對整塊制電板進行以下几個方面焊接質量的檢查 漏焊 焊料拉尖 焊料引起導線間短路 即所謂 橋接 導線及元器件絕緣的損傷 焊料飛濺 檢查時 除目測外還要用指觸 鑷子撥動 拉線等辦法檢查有無導線斷線 焊盤剝離等 缺陷 5 3 通電檢查 在外觀檢查結束以后認為連線無誤 才可進行通電檢查 這是檢驗電路性能的關鍵 如 果不經過嚴格的外觀檢查 通電檢查不僅困難較多 而且有可能損壞設備儀器 造成安全事 故 例如電源連線虛焊 那么通電時就會發現設備加不上電 當然無法檢查 通電檢查可以發現許多微小的缺陷 例如用目測觀察不到的電路橋接 但對于內部虛焊 隱患就不容易覺察 所以根本的問題還是要提高焊接操作的技藝水平 不能把問題留給檢驗 工作去完成 通電檢查的結果用原因分析如圖 5 20 所示 通 電 檢 查 結 果 原 因 分 析 過熱損壞 烙鐵漏電 烙鐵漏電 橋接 焊接飛濺 焊錫開裂 松香夾渣 虛焊 插座接觸不良等 導線斷絲 焊盤剝落等 圖 5 20 通電檢查及原因分析 5 4 常見焊點缺陷及分析 造成焊接缺陷的原因很多 在材料 焊料與焊劑 與工具 烙鐵 夾具 一定的情況下 采 用什么樣的方法以及操作者是否有責任心 就是決定性的因素了 在接線端上焊接導線時常 見的缺陷如圖 5 21 所示 供檢查焊點時參考 表 5 1 列出了各種焊點缺陷的外觀 特點及 危害 并分析了產生的原因 表 5 1 常見焊點缺陷及分析 焊點缺陷外觀特點危害原因分析 焊錫與元器件引線或與銅 箔之間有明顯黑色界線 焊錫向界凹陷 不能正常工作 1 元器件引線清潔好 未鍍好錫或錫被 氧化 2 印刷板未清潔好 噴涂的助焊劑質理 不好 焊點結構松散白色 無光 澤 機械強度不足 可能 虛焊 1 焊料質量不好 2 焊接溫度不夠 3 焊錫未