电子产品工艺第3版教学课件ppt作者李水樊会灵07第1314学时23焊接材料24焊接工具.ppt

第2章制造电子产品的常用材料和工具(),2.3焊接材料1.焊料2.助焊剂3.膏状焊料4.无铅焊料2.4焊接工具,教学目标,1掌握铅锡焊料的基本成分、基本性能和使用注意事项;2掌握助焊剂的作用;3掌握几种常用电烙铁的构造、性能和使用。,定义：在焊接时，凡是用来使两种或两种以上金属连接成为一个整体的金属或合金被称为焊料。分类：按成分锡铅焊料、银焊料及铜焊料；按熔点软焊料（熔点在450以下和硬焊料（熔点高于450）。在电子设备装联中常用的焊接材料是锡铅系焊料.,2.3.1焊料,锡（Sn）是一种质软低熔点的金属，熔点为232，纯锡较贵，质脆而机械性能差；在常温下，锡的抗氧化性强。锡容易同多数金属形成金属化合物。,铅（Pb）是一种浅青白色的软金属，熔点为327，机械性能也很差。铅的塑性好，有较高的抗氧化性和抗腐蚀性。铅属于对人体有害的重金属。,（1）铅锡合金,铅锡焊料具有一系列铅和锡所不具备的优点：熔点低，低于铅和锡的熔点，有利于焊接；机械强度高，合金的各种机械强度均优于纯锡和铅；表面张力小、粘度下降，增大了液态流动性，有利于在焊接时形成可靠接头；抗氧化性好，铅的抗氧化性优点在合金中继续保持，使焊料在熔化时减少氧化量。,（2）铅锡合金状态图,共晶点,（3）共晶焊锡,上图中在共晶点所对于的对应合金成分为Pb-37、Sn-63的铅锡合金称为共晶焊锡。它的熔点最低，只有183，是铅锡焊料中性能最好的一种。处在共晶点附近的焊料的抗拉强度及剪切强度为最高，分别为5.36kg/mm2及3.47kg/mm2左右。,常用焊锡：一般铅锡焊料的成分及用途,表1,表2,电子产品生产常用的低温焊锡,2.3.2助焊剂,（1）助焊剂的作用,去除氧化膜（熔解被焊母材表面的氧化膜）防止氧化（防止被焊母材的再氧化）减小表面张力（降低熔融焊料的表面张力）使焊点美观,（2）助焊剂的分类：,见下表,定义：助焊剂是一种促进焊接的化学物质，在锡焊中，它是一种不可缺少的辅助材料，其作用是极为重要的。,助焊剂的分类及主要成分,无机焊剂的活性最强，能除去金属表面的氧化膜，但同时有强腐蚀作用，一般不能在焊接电子产品中使用。,有机焊剂的活性次于氯化物，有较好的助焊作用，但是也有一定腐蚀性，残渣不易清理，且挥发物对操作者有害。,说明：,松香焊剂主要成分是松香，松香加热到70以上时开始呈液态，此时有一定的化学活性，呈现较弱的酸性，可与金属表面的氧化物发生化学反应；冷却后松香又变成稳定的固体，无腐蚀性，绝缘性强。P106,免清洗助焊剂（免腐蚀、低残留物）按照以下重量百分比含量，由包含以下组分组成：丁二酸0.3-1，己二酸0.3-1，苹果酸0.3-1，烷基酚聚氧乙烯醚0.05-0.1，松香甲基脂0.1-0.2，氢化改性松香0.8-1，松油醇3-5，异丙醇40-47.5，无水乙醇余量。,2.3.3膏状焊料,用再流焊设备焊接SMT电路板要使用膏状焊料。膏状焊料俗称焊膏，焊锡膏由焊粉和糊状助焊剂组成。,锡膏,（1）焊粉和助焊剂,焊粉,焊粉是合金粉末，是焊膏的主要成分。焊粉是把合金材料在惰性气体（如氩气）中用喷吹法或高速离心法生产的，并储存在氮气中避免氧化。,焊粉的合金组成、颗粒形状和尺寸对焊膏的特性和焊接的质量（焊点的润湿、高度和可靠性）产生关键性的影响。,理想的焊粉应该是粒度一致的球状颗粒，国内外销售的焊粉的粒度有150目、200目、250目、350目和400目等的数种。注：粒度用来描述颗粒状物质的粗细程度，原指筛网在每1英寸长度上有多少个筛孔（目数），目数越多，筛孔就越小，能通过的颗粒就越细小。,常用焊粉的金属成分对温度特性及焊膏用途的影响,表1,表2,常用焊粉的金属成分对温度特性及焊膏用途的影响,助焊剂,助焊剂重量百分含量一般占焊膏的815%，其主要成分有树脂（光敏胶）、活性剂和稳定剂等。助焊剂的化学活性可分为3个等级：非活性（R,松香助焊剂-Rosinflux）、中等活性（RMA，MiddleActivated）和全活性（RA，Activated）。,焊膏中助焊剂的主要成分及其作用,（2）焊膏的组成和技术要求,焊膏是用合金焊料粉末和触变性助焊剂均匀混合的乳浊液。,组成：,对焊膏的技术要求：,合金组分尽量达到共晶温度特性。在存储期间，焊膏的性质保持不变，合金焊粉与助焊剂不分层。焊膏的粘度满足工艺要求，具有良好的触变性。,触变性，是指胶体物质随外力作用而改变粘度的特性。,焊料中合金焊粉的颗粒均匀，微粉少，助焊剂融熔汽化时不会爆裂，保证在再流焊时润湿性好，减少焊料球的飞溅。,涂敷焊膏的不同方法对焊膏粘度的要求,（3）常用焊锡膏及选择依据,市场销售的焊锡膏品种及适用范围,最常用的焊膏合金组分是Sn63Pb37和Sn62Pb36Ag2；焊端或引脚采用钯金、钯银厚膜电极或可焊性差的元器件应该选择含银焊膏；印制板焊盘表面是水金镀层的，不要采用含银焊膏。（银可以置换岀金）,（4）焊膏管理与使用的注意事项,焊膏通常应该保存在510的低温环境下，可以储存在电冰箱的冷藏室内。（降低活性，延长使寿命）一般应该在使用的前一天从冰箱中取出焊膏。（回温，恢复活性）观察锡膏，如果表面变硬或有助焊剂析出，必须进行特殊处理，否则不能使用。,使用时取出焊膏后，应该盖好容器盖，避免助焊剂挥发。涂敷焊膏和贴装元器件时，操作者应该戴手套，避免污染电路板。如涂敷不准确，必须擦洗掉焊膏再重新涂敷。擦洗免清洗焊膏不得使用酒精。,印好焊膏的电路板要及时贴装元器件，尽量在4小时内完成再流焊。免清洗焊膏原则上不允许回收使用。再流焊的电路板，需要清洗的应该在当天完成清洗，防止焊锡膏的残留物对电路产生腐蚀。,3.3.5其它常用材料,1.粘合剂,2.SMT所用的粘合剂,3.电子安装小配件,1.粘合剂,(1)常用粘合剂,(2)电子工业专用胶,邦定胶,UV紫外光固胶,2.SMT所用的粘合剂,(1)SMT工艺对粘合剂的要求,对应用于SMT工艺来说，理想的粘合剂应该具有下列性能：,化学成分简单制造容易；存放期长不需要冷藏而不易变质；良好的填充性能能填充电路板与元器件之间的间隙；不导电不会造成短路；触变性好滴下的轮廓良好，不流动，不会因流动而污染元器件的焊盘；,无腐蚀不会腐蚀基板或元器件；充分的预固化粘性能靠粘性从贴装头上取下元器件；充分的在固化粘接强度能够可靠地固定元器件；化学性质稳定与助焊剂和清洗剂不会发生反应；可鉴别的颜色适合于视觉检查。,从加工操作的角度考虑，粘合剂还应该符合的要求有：,使用操作方法简单点滴、注射、丝网印刷等；容易固化固化温度低（不超过150180，一般150）、耗能少、时间短（5s）；耐高温在波峰焊的温度（2505）下不会融化；可修正在固化以后，用电烙铁加热能再次软化，容易取下元器件。,目前贴片胶有两大类：,(2)SMT工艺常用的粘合剂,环氧树脂类贴片胶:这类贴片胶在固化过程中产生的气体对人体有害，应该安装排气系统。,聚丙烯类贴片胶:这类贴片胶不能在室温下固化，必须采用适当的设备。固化设备应配有通风系统，固化温度约为150，时间约为数十秒到几分钟。,SMT工艺常用贴片胶,表1,3.4焊接工具,3.4.1电烙铁分类及结构3.4.2烙铁头的形状与修整3.4.3维修SMT电路板的焊接工具和半自动设备,3.4.1电烙铁分类及结构,按加热方式分类：有直热式、感应式等；从功能分：有单用式、两用式、调温式、恒温式等。按烙铁功率分类：有20W、30W、500W等；,（1）直热式电烙铁,内热式电烙铁,特点：发热快、体积小、重量轻和耗电低,发热元件电烙铁的能量转换部分是发热元件，俗称烙铁芯。它由镍铬发热电阻丝缠在云母、陶瓷等耐热、绝缘材料上构成。电子产品生产中最常用的内热式电烙铁的烙铁芯，是将镍铬电阻丝缠绕在两层陶瓷管之间，再经过烧结制成的。烙铁头存储、传递热能的烙铁头一般都是用紫铜材料制成的。根据表面电镀层的不同，烙铁头可以分为普通型和长寿型。,普通内热式烙铁头的表面通常镀锌，镀层的保护能力较差。在使用过程中，因为高温氧化和助焊剂的腐蚀，普通烙铁头的表面会产生不沾锡的氧化层，需要经常清理和修整。长寿命电烙铁，烙铁头的寿命比普通烙铁头延长数十倍。长寿命烙铁头通常是在紫铜外面渗透或电镀一层耐高温、抗氧化的铁镍合金，所以这种电烙铁的使用寿命长，维护少。,长寿命烙铁头与普通烙铁头的判断方法是把烙铁头靠近磁铁，如果两者之间有吸合磁力，说明烙铁头表面渗镀了铁镍，则是长寿命烙铁头；反之，则是普通烙铁头。手柄电烙铁的手柄一般用耐热塑胶或木料制成。如果设计不良，手柄的温升过高会影响操作。接线柱这是发热元件同电源线的连接处。必须注意：一般电烙铁都有三个接线柱，其中一个是接金属外壳的。如果要考虑防静电问题，接线时应该用三芯线将电烙铁外壳接保护零线。,外热式电烙铁,外热直立式电烙铁的规格按功率分有30W、45W、75W、100W、200W、300W等,（2）吸锡器和两用式电烙铁,吸锡器实际是一个小型手动空气泵，压下吸锡器的压杆，就排出了吸锡器腔内的空气；释放吸锡器压杆的锁钮，弹簧推动压杆迅速回到原位，在吸锡器腔内形成空气的负压力，就能够把熔融的焊料吸走。,两用式电烙铁,一种焊接、拆焊两用的电烙铁，又称吸锡电烙铁。,（4）调温式电烙铁,能自动温控或自动断电.,温控电烙铁,烙铁架,清洁海绵,烙铁架基座,电线,发热器指示灯,控温旋钮,校准旋钮,电源开关,烙铁头,烙铁手柄,主机,特点：恒温装置在烙铁本体内，核心是装在烙铁头上的强磁体传感器。,恒温式电烙铁：,温控元件1强磁体传感器特点是恒温装置在烙铁本体内，核心是装在烙铁头上的强磁体传感器。结构如图所示。强磁体传感器有一个特性，能够在温度达到某一点（称为居里点，因磁体成分而异）时磁性消失。这一特征正好用来作为磁控开关来控制加热元件的通断，从而控制烙铁的温度。,温控元件2PTC热敏电阻PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为“热敏开关”。电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用。利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用。,（5）电烙铁的合理使用,烙铁头温度的高低，可以用热电偶或表面温度计测量，也可以根据助焊剂的冒烟状态粗略地估计出来。温度越低，冒烟越小，持续时间越长；温度高则与此相反。当然，对比的前提是在烙铁头上滴了等量的助焊剂。,实际工作中，要根据情况灵活运用电烙铁。不要以为，烙铁功率小就不会烫坏元器件。假如用一个小功率烙铁焊接大功率元器件，因为烙铁的功率较小，烙铁头同元器件接触以后不能提供足够的热量，焊点达不到焊接温度，不得不延长烙铁头的停留时间。这样，热量将传到整个器件上，并使管芯温度可能达到损坏器件的程度。相反，用较大功率的烙铁，则能很快使焊点局部达到焊接温度，不会使整个元器件承受长时间的高温，因此不容易损坏元器件。,3.4.2烙铁头的形状与修整,（1）烙铁头的形状,过小,合适,过大,选择合适的烙铁头:,B型/LB型（圆锥形）,应用范围：,特点：B型烙铁头无方向性，整个烙铁头前端均可进行焊接。,B型适合一般焊接，无论大小焊点，都可使用B型烙铁头。LB型是B型的一种，形状修长，能在焊点周围有较高之元件或焊接空间狭窄的焊接环境中灵活操作。,D型/LD型,特点：用扁平部份进行焊接。,适用范围：适合需要多锡量的焊接，例如焊接面积大、端子粗、焊垫大的焊接环境。,I型,特点：烙铁头尖端幼细。,适用范围：适合精细之焊接，焊接空间狭小的情况，也可以修正焊接芯片时产生的锡桥。,C型/CF型（斜切直柱形）,特点：用烙铁头前端斜面部份进行焊接，适合需要多锡量的焊接。,适用范围：型烙铁头应用范围与D型烙铁头相似，例如焊接面积大，粗端子，焊垫大的情况适用。,特点：镀锡层在烙铁头的底部。,适用范围：适用于拉焊式；焊接Pin距较大的SOP,QFP。,H型,常用烙铁头的形状,选择烙铁头的依据是，应使它尖端的接触面积小于焊接处（焊盘）的面积。烙铁头接触面过大，会使过量的热量传导给焊接部位，损坏元器件。一般说来，烙铁头越长、越粗，则温度越低，需要焊接的时间越长；反之，烙铁头越短、越尖，则温度越高，焊接的时间越短。每个操作者可以根据自己的习惯选用烙铁头。有经验的电子装配工人手中都准备有几个不同形状的烙铁头，以便根据焊接对象的变化和工作的需要随时选用。对于一般科研技术人员来说，复合型烙铁头能够适应大多数情况。,（2）烙铁头的修整与镀锡,将烙铁头拿下来，夹到台钳上用粗锉刀修整成自己要求的形状，然后再用细锉刀修平，最后用细砂纸打磨光。修整过的烙铁头应该立即镀锡。方法是将烙铁头装好后，在松香水中浸一下；然后接通烙铁的电源，待烙铁热后，在木板上放些松香并放一段焊锡，烙铁头沾上锡，在松香中来回磨擦；直到整个烙铁头的修整面均匀镀上一层焊锡为止。注意:新的电烙铁通电以前，一定要先浸松香水，否则烙铁头表面会生成难以镀锡的氧化层。,（3）电烙铁的灵活使用在不太大的范围内，用一把烙铁可以对付不同要求的焊接点，关键在于烙铁头的灵活选择。烙铁头与温度的关系是：烙铁头越长、越粗，温度越低；反之则是温度高了。这里所说的温度，是指连续焊接时烙铁尖的温度。修整多次后变短的烙铁头，可在需要高温烙铁时用以代替功率较大的烙铁。为了热量集中，可以把它修得细一些。,如果手头只有一把大功率电烙铁，但需要焊接细小的或热容量小的焊点，可以用下图所示的办法，它相当于一把小功率烙铁。,用裸铜丝缠