第4章-电子产品焊接工艺..ppt

第4章电子产品焊接工艺 高等教育出版社 电子产品制造工艺 第二版配套课件 1 4 1焊接的分类和锡焊原理 4 1 1焊接技术的分类与锡焊特征4 1 1 1现代焊接技术的主要类型 2 3 锡焊 是将焊件和焊料共同加热到锡焊温度 在焊件不熔化的情况下 焊料熔化并浸润焊接面 形成焊件的连接 焊料熔点低于焊件 焊接时将焊料与焊件共同加热到锡焊温度 焊料熔化而焊件不熔化 焊接的实质是熔化状态的焊料浸润焊接面 由毛细作用使焊料进入焊件的间隙 依靠二者原子的扩散 形成一个合金层 从而实现焊件的结合 4 4 1 2锡焊原理 焊接的物理基础是 浸润 浸润也叫做 润湿 图4 1浸润与浸润角 5 锡焊的条件 进行锡焊 必须具备以下几点条件 焊件具有良好的可焊性 焊件表面保持清洁与干燥 要使用合适的焊剂 焊件要加热到适当的温度 合适的焊接时间 6 4 2手工焊接 7 电烙铁铁的1 11三种握法 1 电烙铁的握法 8 9 安全使用并学会保养电烙铁电烙铁接通电源以后 一般烙铁头的温度能达到350 以上 高档恒温电烙铁的尖端温度可以在200 480 调节 不正确地使用电烙铁 可能导致烫伤或引发火灾等危险事故 为避免损坏电烙铁 保证操作环境及人身安全 应该严格遵守安全操作规则 并且 技术工人应该学会保养电烙铁 经常注意电烙铁的清洁保养 不仅能延长烙铁头的寿命 保证焊接时的润湿性 还可以把电烙铁的性能完全发挥出来 10 图4 3在焊接过程中保养电烙铁 11 2 手工焊接操作的基本步骤 1 准备施焊 2 加热焊件 3 送入焊丝 4 移开焊丝 5 移开烙铁 返回 2 焊接步骤 12 步骤一 13 步骤二 14 步骤四 15 手工焊接要领 保持烙铁头的清洁 靠增加接触面积来加快传热 16 17 加热要靠焊锡桥在非流水线作业中 焊接的焊点形状是多种多样的 不大可能不断更换烙铁头 要提高加热的效率 需要有传递热量的 焊锡桥 所谓焊锡桥 就是在烙铁头上保留着少量焊锡 作为加热时烙铁头与焊件之间传热的桥梁 18 烙铁的撤离要及时 而且撤离时的角度和方向与焊点的形成有关 19 在焊锡凝固之前不能动焊接手法要稳 切勿使焊件移动或受到振动 特别是在使用镊子夹住焊件帮助焊接时 一定要等焊锡凝固后再移走镊子 否则极易造成焊点结构疏松或虚焊 焊锡用量要适中 20 焊剂用量要适中在手工焊接时 尽量依靠锡丝内含的助焊剂完成焊接动作 在保证焊接效果的前提下尽量不额外使用其它助焊剂 不要使用烙铁头作为运送焊锡的工具有人习惯用烙铁头熔化焊锡后运送到焊接面上进行焊接 但这样做不会得到好的效果 因为烙铁尖的温度一般都在350 以上 焊锡丝中的助焊剂在高温时容易分解失效 焊锡过热氧化 也处于低质量状态 21 1 焊接温度与加热时间 焊接作业时温度的设定非常重要 焊接作业最适合的温度是使焊接点的焊锡温度在焊锡熔点加50度 烙铁头的设定温度 由于焊接部分的大小 电烙铁的功率和性能 焊锡的种类和型号的不同 在上述温度的基础上还要增加100度为宜 22 焊接除去以上规定的元件时温度设定为350 370 或350 20 注 烙铁温度设定应视具体情况而定 原则上是以满足焊接要求的最低温度为宜 加热时间视焊件的热容量和烙铁的功率而定 23 过量的加热 除有可能造成元器件损坏以外 还有如下危害和外部特征 焊点的外观变差 光洁度差 24 高温造成所加松香助焊剂的分解炭化 过量的受热会破坏印制板上铜箔的粘合层 导致铜箔焊盘的剥落 25 4 2 3手工焊接技巧 26 有机注塑元件的焊接现在 大量有机玻璃 聚氯乙烯 聚乙烯 酚醛树脂等有机材料广泛应用在电子元器件 零部件的制造中 通过注塑工艺 它们可以被制成各种形状复杂 结构精密的开关和插接件等 成本低 精度高 使用方便 但缺点是不能承受高温 27 焊接方法 焊前处理 在元件预处理时清理好焊接点 一次镀锡成功 特别是将元件放在锡锅中浸镀时 更要掌握好浸入深度及时间 焊接时 要选择尖一些的烙铁头 以便在焊接时不碰到相邻接点 非必要时 尽量不使用或少用助焊剂 防止助焊剂浸入机电元件的触点 28 焊接簧片类元件的要领 可焊性预处理 加热时间要短 不要对焊点任何方向加力 焊锡用量宜少而不宜多 29 3 MOSFET及集成电路的焊接 焊接这类器件时应该注意 引线如果采用镀金处理或已经镀锡的 可以直接焊接 对于CMOS电路 如果事先已将各引线短路 焊前不要拿掉短路线 对使用的电烙铁 最好采用防静电措施 30 在保证浸润的前提下 尽可能缩短焊接时间 一般不要超过2秒钟 注意保证电烙铁良好接地 使用低熔点的焊料 熔点一般不要高于180 工作台上如果铺有橡胶 塑料等易于积累静电的材料 则器件及印制板等不宜放在台面上 以免静电损伤 31 使用电烙铁 内热式的功率不超过20W 外热式的功率不超过30W 且烙铁头应该尖一些 防止焊接一个端点时碰到相邻端点 集成电路若不使用插座直接焊到印制板上 安全焊接的顺序是 地端 输出端 电源端 输入端 32 导线连接方式导线同接线端子 导线同导线之间的连接有三种基本形式 绕焊 2 钩焊 3 搭焊 33 4 2 4手工焊接SMT元器件 参见图4 13 焊接电阻 电容 二极管一类SMT两端元器件时 先在一个焊盘上镀锡后 电烙铁不要离开焊盘 保持焊锡处于熔融状态 立即用镊子夹着元器件推放到焊盘上 先焊好一个焊端 再焊接另一个焊端 另一种焊接方法是 先在焊盘上涂敷助焊剂 并在基板上点一滴不干胶 再用镊子将元器件粘放在预定的位置上 先焊好一脚 后焊接其它引脚 安装钽电解电容器时 要先焊接正极 后焊接负极 以免电容器损坏 34 焊接QFP封装的集成电路 先把芯片放在预定的位置上 用少量焊锡焊住芯片角上的3个引脚 图 a 使芯片被准确地固定 然后给其他引脚均匀涂上助焊剂 逐个焊牢 图 b 焊接时 如果引脚之间发生焊锡粘连现象 可按照如图 c 的方法清除粘连 在粘连处涂抹少许助焊剂 用烙铁尖轻轻沿引脚向外刮抹 35 SMT的理想焊点 36 4 2 5无铅手工焊接 37 如果按照熔点分类 可以将当前的无铅焊料分为三大类 高熔点无铅焊料 熔点在205 以上 Sn Ag Cu 锡 银 铜 焊料 熔点217 Sn Cu 锡 铜 焊料 熔点227 Sn Ag 锡 银 焊料 熔点221 Sn Ag Cu Bi 锡 银 铜 铋 焊料 熔点217 中熔点无铅焊料 熔点在180 以上 Sn Ag Cu Bi 锡 银 铜 铋 焊料 熔点200 216 Sn Zn 锡 锌 焊料 熔点199 低熔点无铅焊料 熔点在180 以下 Sn Bi 锡 铋 焊料 熔点138 38 选择无铅焊料的主要因素 熔点熔点的高低决定了相关的工艺条件 虽然中低熔点无铅焊料的熔点比较低 但是它的沾锡性比较差 焊接强度不理想 不耐高温 而且价格高 大多数厂家仍会选用高熔点无铅焊料 客户在使用无铅焊料时 首先需要准确了解的是熔点 这与客户的后续使用有最直接的关系 可焊接特性无铅焊料的可焊接特性都不如有铅焊料 但比较不同无铅焊料的可焊接特性 还是有好差之分 客户需要区别 可靠性有些无铅焊料在200 以下可靠性比较好 而在高温时的可靠性比较差 一般说来 家用电器类产品 200 以下的温度就可以了 但是对于很多需要进行返工的产品 必须经受200 以上的高温 所以客户在选择无铅焊料时 应该考虑这一因素 价格含银或者含铋等贵重元素的无铅焊料的价格都比较贵 含银的比例越高 价格越高 例如 与普通有铅焊锡的价格相比 上面介绍的Sn Ag Cu Sn Ag Sn Ag Bi类焊料的价格为2 5倍 Sn Cu类焊料的价格为1 5倍 是否有专利保护 39 热量传递与烙铁头温度的关系可以用一个公式说明 其中 Q 烙铁头向焊点传递的热量 T 烙铁头与焊点之间的温度差 A 烙铁头与焊点之间的接触面积 t 烙铁头与焊点的接触时间 W 烙铁头与焊点之间的传热系数 40 无铅焊锡的问题点及其改善方法 无铅焊锡的主要问题 熔点高 焊锡丝不容易熔化 烙铁头氧化变快 焊点的浸润性 延展性变差 焊点容易出现锡尖 短路等现象 无铅化以后 选择电烙铁时的三大要点 选择热容量大的烙铁头 加热器 温度设定在350 左右 选择焊接作业时温度下降幅度小的电烙铁 选择沾锡良好 不容易被锡侵蚀的烙铁 也可以只更换烙铁头的类型 这样比较经济 电烙铁的温度调节 无铅锡丝的熔点与共晶锡丝的183 相比 要高25 35 Sn Cu焊锡 227 Sn Ag Cu焊锡 218 219 如果感觉电烙铁的热容量不够 最好不要提高设定温度 而是增加加热器的能力 烙铁头的温度可设定在比熔点高100 150 范围 烙铁头的温度为350 左右最恰当 再高也不要超过380 由于烙铁头渗镀的铁镍合金层会被焊锡侵蚀 腐蚀 熔解 容易造成烙铁头损耗 所以应选择不易消耗的高品质烙铁头 无铅焊料附着在烙铁头上的时间越长 烙铁头的消耗就越快 所以 当电烙铁暂时不用时 应该经常关闭电源 清洗烙铁头 41 4 3焊点检验及焊接质量判断对焊点的质量要求 应该包括电气接触良好 机械结合牢固和美观三个方面 42 焊点的形成及其典型外观 43 从通孔和元件面判定焊点质量 44 表4 2通电检查焊接质量的结果及原因分析 45 46 导线端子焊接缺陷示例 47 48 最大焊缝高度检验 最小焊缝高度检验 焊端焊点长度检验 焊端焊点宽度检验 49 4 4手工拆焊技巧 50 51 用电烙铁拆焊SMT元器件 52 图4 26用加热头拆焊元器件 53 图4 27用热风工作台拆焊SMT元器件 54 4 5BGA CSP集成电路的修复性植球 4 5 1BGA芯片损坏的机理和修复性植球的意义 图4 28BGA芯片锡球承受的剪切力 55 BGA芯片的简易植球装置 56 4 5 3CSP芯片的简易植球 57 4 6电子工业生产中的自动焊接方法 58 一般自动焊接工艺流程 59 4 6 1浸焊4 6 1 1浸焊机工作原理 60 4 6 2波峰焊4 6 2 1波峰焊机结构及其工作原理 61 图4 35几种波峰焊机 62 图4 36双波峰焊机的焊料波型 63 图4 37选择性波峰焊 64 图4 38理想的双波峰焊的焊接温度曲线 65 4 6 3再流焊4 6 3 1再流焊工艺概述 66 图4 40再流焊的理想焊接温度曲线 67 典型的温度变化过程通常由四个温区组成 分别为预热区 保温区 再流区与冷却区 预热区 焊接对象从室温逐步加热至150 左右的区域 缩小与再流焊的温差 焊膏中的溶剂被挥发 保温区 温度维持在150 160 焊膏中的活性剂开始作用 去除焊接对象表面的氧化层 再流区 温度逐步上升 超过焊膏熔点温度30 40 一般Sn Pb焊锡的熔点为183 比熔点高约47 50 峰值温度达到220 230 的时间短于10s 焊膏完全熔化并湿润元器件焊端与焊盘 这个范围一般被称为工艺窗口 冷却区 焊接对象迅速降温 形成焊点 完成焊接 68 再流焊炉的主要结构和工作方式再流焊炉主要由炉体 上下加热源 PCB传送装置 空气循环装置 冷却装置 排风装置 温度控制装置以及计算机控制系统组成 再流焊的核心环节是将预敷的焊料熔融 再流 浸润 再流焊对焊料加热有不同的方法 就热量的传导来说 主要有辐射和对流两种方式 按照加热区域 可以分为对PCB整体加热和局部加热两大类 整体加热的方法主要有红外线加热法 气相加热法 热风加热法 热板加热法 局部加热的方法主要有激光加热法 红外线聚焦加热法 热气流加热法 69 70 气相再流焊的工作原理示意图 热板再流焊的工作原理 71 激光再流焊 热风对流再流焊 红外线辐射再流焊 72 红外线热风再流焊设备 简易红外线热风再流焊设备 73 再流焊各种加热方法的主要优缺点 74 各种设备焊接SMT电路板的性能比较注 调整温度曲线 停顿时改变温度容易 不停顿改变温度困难 经适当夹持固定后 焊接误差率低 一面插装普通元件 SMC在另一面 75 维修工作站实际是一个小型化的贴片机和焊接设备的组合装置 但贴片 焊接元器件的速度比较慢 大多维修工作站装备了高分辨率的光学检测系统和图像采集系统 操作者可以从监视器的屏幕上看到放大的电路焊盘和元器件电极的图像 使元器件能够高精度地定位贴片 高档的维修工作站甚至有两个以上摄像镜头 能够把从不同角度摄取的画面叠加在屏幕上 操作者可以看着屏幕仔细调整贴装头 让两幅画面完全重合 实现多引脚的SOJ PLCC QFP BGA CSP等器件在电路板上准确定位 76 4 7 1邦定 COB 的概念与特征 把体积微小的IC祼片直接组装到PCB板上 用很细的金属丝 多用金丝或铝丝 把芯片的电极逐一连接到印制板上的金手指上 连接引线 实现电气与机械连接的工艺过程 叫做邦定 bounding 77 78 邦定的工艺流程 79 AXI AutomaticX rayInspection 自动X射线检测CAD ComputerAidedDesign 计算机辅助设计convection dominant强制对流 加热 ComponentSide 元件面 印制板装配大多数器件的一面 Dipsoldering浸焊DRC DesignRuleCheck 设计规则检测法FiducialMark光学基准点 印制板上用于贴装元器件和测试提供精密定位所设置的特定的几何图形FlowSoldering流动焊接ICT IncircuitTest 在线 通电 测试IR InfraRedRa