电路组装技术概述模板

1、电路组装技术概述电子组件是构成电子装备的细胞随着电子元器件的发展和更新换代电子电路装联技术出向着更高一级技术阶段发展从而导致新一代电子装备的诞生。概括起来电子电路装联技术的发展分为五个阶段或称五代现在已进入第五代发展时期如表1-1 所示。表 1-1电子元器件和电子电路装联技术的发展项目第一代第二代第三代第四代第五代(1950- )(1960- )(1970-)(1980-)(1985-)代表产品真空管收音机品体管彩色电视机录象机整体型录象机有源组件真空管轴向引线组件集成电路大规模集成电路超大概模集电路无源组件带长管脚的大型半自动插装径向引线组件表面贴装元器件复合表面贴装组电压元器件异形组件件三

2、维结构装联技术手工焊接浸焊自动插装自动表面贴装机器人CAD/CAM 多层混合贴装单面酚醛纸板浸焊再流焊微电子焊接熔焊电路板金属底盘双面异通孔柔性两面组装陶瓷陶瓷多层金属初基板金属蕊基板高密度多层(通孔 )总之电子电路装联技术的发展受元器件所支配一种新型元器件的诞生总是要导致装联技术的一场革命。展望21 世纪随着硅微技术的发展电路装联技术将向”高密度集成 ”方向大踏步前进从而使电子装备大缩小体积减轻重量降低功耗。提高可靠性使 21 世纪的 ”灵巧电子装备 ”机器人 ”等智能电子系统成为现实。表面组装技术概述表面组装技术国外叫SurfaceMountTechnology, 简称SMT国内有多种译名

3、根据电子行业标准我们将 SMT 叫表面组装技术。1. 表面组装技术定义表面组装技术是一种无需在印制板上钻插装孔直接将表面组装元器件贴焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。具体的说表面组装技术就是一定的工具将表面组装元器件引脚对准预先涂覆了了粘剂接剂和焊膏的焊盘图形上把表面组装组件贴装元器件贴装到未钻安装孔的 PCB 表面上然后经过波峰焊或再流焊使表面组装元器件和电路之间建立可可靠的机械和电气连接元器件各焊点在电路路基板一侧如图 2.所示二表面组装技术的组成1.1 表面组装技术的组成如图2.2 所示。表面组装元器件表电路基板枝术制造技术包装编带式棒式托盘散装等单(多)层 PCB陶瓷基板瓷釉

4、金属基板等组装设计电设计热设计元器件布局和电路布线设计焊盘图形设计组装方式和工艺流程组装材料组装工艺技术组装技术组装设术1.2表面组装工艺概要三表面组装工艺技术的组成图 2-3 列出表面组装工艺技术的组成。涂敷材料粘接剂焊料焊膏组装材料工艺材料涂敷技术贴装技术焊剂清洗剂热转换介质点涂针转印印 (丝网印刷模板印 )顺序式在线式同时代焊接方法双波峰喷射波峰等流动焊接粘接剂涂敷点涂针转印粘接剂固化紫外红外激光等焊接技术表面组装技术焊接方法焊膏法预置焊料法再流焊接焊膏涂敷印刷加热方法气相红外激光等组清洗技术溶剂清洗水清洗装检测技术非接触式检测接触式测试工返修技术执空气对流传导加热艺涂敷设备点涂器印刷机

5、针式转印机技贴装机顺序式贴装机同时式贴装机以线式贴装系统术焊接设备双波峰焊接设备喷射式波峰焊接设备各种再流焊接设备组装设备清洗设备溶剂清洗机水清洗机测试设备各种外观检测设备在线测试仪功能测试仪返修设备热空气对流返修工具和设备传导加热返修设备和工具四表面组装和通孔插装的比较从 PCB元器件和组件形态等方面进行比较都可以发现SMT 和 THT 存在有许多差异但从组装工艺角度分析 SMT 和 THT 的根本区别是 ”插 ”和 ”贴 ”的区别这两种截然不同的电路组装技术用了外形结构完全不同的两种类型的电子元器件。电子电路装联技术的发展主要受元器件类型所支配一块PCB 或陶瓷基板电路组件的功能主要来源于

6、电子元器件和互连导体组成的电路组件。通孔插装技术是在 PCB 的背面从安装插入元器件而在电器面 (正面 )进行焊接元器件主体和焊接接头分别在电路板两侧面 SMT 是在基板的同一侧进行元器件贴装和焊接元器件主体和焊接接头同在电路板一侧。工艺上的这个特征反映了这两类元器件及其包装形式的差异并决定了工艺工艺装备的结构和性能都存在很大差别。五表面组装方式组装了 SMC/SMD 的电路基板叫做表面组装组件 (简称 SMA), 他集中体现了 SMT 的特征。在不同的应用场合对 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进行组装才能满足之些要求。根据电子设备对 SMA 的形态结构功能要求

7、组装特点和所用电路基板类型 (单面和双面板 )将表面组装分为三类六种组装方式如表 2-1 所示更全面的分类将在高级教材中介绍。六表面组装工艺流程表面组装方式确定后就可以根据需要和具体条件 (或可能 )选择合理的工艺流程不同的组装方式有不同的工艺流程。同一种组装方式出可以有不同的工艺流程这主要取决于所用元器件的类型和电子装备对电路组件的要求以及生产的实际条件。不同组装方式的典型流程有十几种在实际生产中具体应用的工艺流程则更多这里就不一一列举了图 2-4 仅列出单面表面组装工艺流程这是最简单的全表面组装典型工艺流程。來料檢測組裝涂敷貼裝開始焊膏SMC涂敷粘接劑(遷用 )最終檢測清洗再流焊焊膏烘干粘

8、接劑固化图 2-4单面板全表面组装典型工艺流程七什么是表面组装元器件表面组装元器件是60 年代开发 70 年代后期在国际市场上流行的新型电子元器件国际上简称为表面组装元器件Surface Mount Components(简称 SMC)或 Surface Mount Devices( 简称 SMD)。最初的表面组装元器件是用于厚膜混合集成电路的外贴元器件主要是无引线矩形片式电阻器和陶器独石电容器国外把这些组件叫做 ”Chip Components ”,国内曾叫做 ”片式组件 ”。后来 (80 年代初 )又出现了圆柱形立方体和异形结构的无引线元器件它们已超越了 ”片状 ” ”片式 ”和 ”无引线

9、 ”等说法都不能确切的反映表面组装元器件。其具体定义是表面组装元器件是外形为矩形片状圆柱形立方体或异形其焊端或引脚制作在同一平面内并适合于表面组装工艺的电子元器件。目前电子元器件的发展日新月异正向 0603 或更小化微型化发展日东公司推出的贴片机 (CP40L/LV CP45FV)均能适应其发展。 图 3-1 示出表面元器件的类型。类别无源表面组装封装形式矩形片式种类厚膜和薄膜电阻器独石陶瓷电容器单层陶瓷电容器热敏电阻等组件圆柱形碳膜电阻器金属膜电阻器 MELF 陶瓷电容器热敏电容器异形半固定电阻器电位器钽电解电容器微调电容器线绕电感器等有源表面组装陶瓷组件 (扁平封无引线陶瓷蕊片载体 (LC

10、CC)有引线陶瓷蕊片载体器件装)塑料组件 (扁平封小型模塑二极管 (SOD)小型模塑晶体管 (SOT)/ 小型模塑集成电路装)(SOIC)有引线塑封蕊片载体 (PLCC)小型 J 型组件 (SOJ)/ 四方扁平封装 (QFP)/BGA 和 CSP.机电表面组装异型连接器变压器延迟器振荡器薄型微电机等组件二表面组装元器件的引线结构按照元器件的端子结构表面组装元器件可分为有引线和无引线两种类型。无引线的以无源组件居多有引线的都是特殊短引线结构以有源器件和机电组件为主。表 3.2 列出了引线结构类型和特征。翼形和 ”J”形引线是已经使用的两种主要引线结构形式翼形引 于 SOIC,”J”形引脚用于 P

11、LCC. 对接引脚是工业界通过剪切 DIP(双列直插封装 )得到的。翼形引线的主要优点是能适应薄小间距组件的发展趋势并能使用各种焊接艺进行焊接。这种引线结构比 ”J”形引线有较低的封装外形。其主要缺点是对于没有角垫的细间距组件来说在货运和使用过程中易使引脚受到损坏。“J”形引线比翼形引线有较大的空间利用系数虽然对焊接工艺的适应性不及翼形引线但引线较硬在货运和使用过程中不易损坏。人们对对接引线存在异议日本的一些公司对这种引线组件感兴趣但是一般认为对接引线的剪切强度只有 ”J”形引线和翼形引线的 65%并且对贴装和焊接等因素更为敏感。 所以对接引线的推广应用尚需经历一段时间。球栅数组封装是适全表面

12、组装工艺的面数组封装它是装蕊片封装的引出端呈数组式分布在器件体底面上引出端呈球形是适合于高引线数器件的封装现在主要有BGA(球栅数组 )和 CSP(蕊片规模封装 )。三.表面组装元器件的封装技术上面介绍的无源表面组装组件一般呈片式贺柱形和异表片式和圆柱形阻容组件基本上是无引线封装异形组件采用特殊封装无源表面组装组件都采用了扁平短引线封装形式。基本上有两种类型的封装大多数采用模压塑料封装成本较低另一种是用陶瓷片作载体的封装叫陶瓷封装。除了这两种封装类型外还有金属外壳封装但成本较高。表 3.2表面组装元器件的引线结构类型和特征研制最早和较成熟的封装是小形模塑封装如小型晶体管 (SOT)和小形二极管

13、 (SOD)。随着集成电路在消费类电子设备中的应用就把 SOT 的封装设计概念扩大到 14 和 16引脚的封装出现了小形集成电路 (SOIC)大多数是双极逻辑电路这种结构在 70 年代初大量用于计算器电子表和袖珍收音机。当引脚数超过 28 根时。 SOIC封装失去了真实成本效益于是在 70 年代末期研制出陶瓷无引线蕊片载体(LCCC),成为广泛应用的表面组装器件的封装。 为了降低成本又发展了塑料有引线蕊片载体 (PLCC)其引线一般都是 ”J”形引线。 PLCC 封装已被定为工业标准封装它出适用于甚大规模集成电路蕊片和多引脚数器件的封装。目前 SOIC将逐步变成引脚数少于 20 的普通封装而引

14、脚数在 28 根以上的器件采用 PLCC 封装引脚数为 20.22 和 24 的器件这两种封装均可采用。 四方扁平封装 (QFP)是日本开发的一种 PLCC 它用于小间距件的封装。BGA 是 60 年代开始研制 80 年代后期实用化的适全于高引出端的面数组封装CSP 是与蕊片尺寸相同或略大的 IC 封装的总称将成为高I/O 端子数 IC 封装的主流主要用于高档电子产品领域的MCM(多蕊片组件 )和超高密度超小型化的消费类电子产品领域特别是I/O 端子数在 2000 以上的高性能电子产品中。另外表面组装薄膜电容器电感器和LC 滤波器等分别采用或金属外壳封装。表面组件元器件封装的关键是精密模具没有

15、先进的精密模具制造设备和高超的加工技术这种精密模具就很难制造出来。五.主要表面组装元器件的技术状况关于无源表面组装元器件和表面组装有源器件由于涉及元器件制造技术的诸多方面超出了中级教材的要求因此这部分内容将在高级教材中专门介绍。1.表面且装元器件采购准则关于无源表面组装元器件我国正处于发展阶段随着改革开放的深入发展表面组装元器件在我国将不断扩大其应用领域所以了解其采购准则对正确迁用元器件和确保电路组件的可靠性是非常重要的。下面概括介绍表面组装元器件的采购准则供读者参考。1.1 首先要广泛了解国内外表面组装元器件制造 厂家的情况优选有限的制造 厂家进行联系并签定有关供货合同以确保采购优质的元器件

16、1.2 在满足使用要求前题下应选用有限型号的封装类型这样有利于提高采购能力减少库存费用以及减少贴装供料器数目隆低组装成本1.3 应对选购的元器件就其性能可靠性可焊性元器件尺寸公差对PCB 焊盘图形的适应性和对组装工艺及设备的适应性等方面进行认以确保组装顺利进行和PCB 组件的可靠性。除以上三项采购准则外下列几项应予以特别重视1. 端焊头或引脚应有良好的可焊性2. 为使导热良好应优选引脚为铜的元器件3. 应严格规定元器件的尺寸公差4. 在端焊头或引脚的可焊性电镀层下或金或银之间要求有镍阻挡层以防止在焊接时金或银的浸(溶)析5. 选用的元器件必须能在组装工艺中承受两次焊接周期6. 元器件应在清洗温

17、度下具有耐溶剂性一般不推荐超声清洗有源器件以防内引线开裂7. 有源器件应要求有器件标记最好采用导电性模压凹腔塑封编带包装方式。综上所述表面组装元器件的出现引起了电路组装技术的变革。 现在国外段表面组装元器件仍在不完善和发展中了解和掌握有关的基础知识对于实施SMT 已处在高速发展阶SMT 是一项十分重要的工作。表面组装设计在进行表面组装设计前首先必须全面了解系统概况例如系统用途技术指针功能划分相互接口工作环境寿命要求和可靠性级别等在进行具体电路设计时要遵循系统的总体要求即按组装件要实现的功能功率要求频率范围和电源条件设计结构简单性能优良的电路原理图。然后进行元器件的选择基板选择工艺选择在此基础上

18、进行电路板的布线设计和焊盘图形设计。一表面组装件的设计规则为了圆完成表面组装件的设计设计规则涉及电路块划分电路板尺寸的确定元器件方位和中心距的选择布线能通孔和测试点的设定以及阻焊模的应用等。较复怵的电路需划分多块电路板或在单块电路板划分为不同的区域其划分原则如下。1.按照电路各部分功能划分和设置。2.模似和数字两部分电路分开。3.高频和中低频电路分开高频部分单独屏蔽防止外界电磁场的干扰。4.大功率电路和其它电路分开以便采用散热措施。4.减少电路中的噪声干拢和串拢现象易产生噪声的电路需与某些电路隔开。二印制电路板的尺寸和形状根据整机的总体结构确定所用电路板的尺寸。 因 SMT 电路和尺寸比较小为

19、更适合于自动化生产往往采用多块组合成一块大板俗称 ”邮票 ”板。其结构如图 4-1 所示。1.邮票板可由多块同样的电路板组成或由多块不同地电路板组成。2.根据表面组装设备情况决定邮票板的最大外形尺寸。3.邮票板的定位孔设计成一个圆形和一个槽形孔的宽度尺寸和圆形孔的直径相等而长度比宽度尺寸至少大 0.5mm.4.圆形定位孔直径由组装设备的定位销决定一般为3mm定位孔内壁不允许有电镀层。5.邮票板上各电路板之间由具有一定强度又不易折断的连接筋支撑。三元器件的方向和位置确定各种元器件在电路板上的方位除遵循通孔有关的设计原则外还需考虑与表面组装工艺有关的原则。1.相互垂直。元器件轴线要相互平行或垂直。

20、2.元器件的特征位置。电路板上所有电解电容二极管的正极SOT 封装的单引线端以及集成电路和开关的第一号引线应朝同一方向。元器件的分布。整个电路板上的元器件的分布密度应均匀不同的焊接方法对电路板上元器件排SDL-02-13-01-00列方位有不同要求在设计时要特别注意应严格按有关标准进行设计。四元器件间的间距在表面组装件上如何确定元器件间的间距呢哪些因素影响元器件间的间距呢1. 焊接工艺要求的间距(1) 相邻元器件间的中心距离元器件间中心距的计算涉及元器件外形尺寸公差贴装机贴装头的转动精度定位精度以及工艺要求。具体计算公式参见有关参考书。(2) 再流焊接要求元器件间的中心距离再流焊接工艺有可能造

21、成组件或引线的短路。 其原因是 (a)印刷的焊膏印像图形和焊盘图形未完全吻合 (b)焊膏的粘度偏低或触变性差印好的焊膏坍塌形成焊膏连条再流焊后焊盘间形成小锡珠或桥接 (c)泳动效应再流焊中焊膏熔化使焊盘上的组件受到浮力作用同时又受到焊锡润湿力重力和熔融焊膏表面张力的作用有可能使组件偏离焊盘严重时和邻近焊盘搭接。因此在组件间必须设计一定的间距以避免形成短路和桥接。大多数元器件相邻焊盘的间距是0.64mm.(3) 波峰焊接工艺要求元器件的最小间距在波峰焊接时由于熔融焊锡的表面张力金属表面的润湿情况等在间距小的焊盘或通孔间可能造成焊锡桥接为了减少这种焊接缺陷设计时应选取合理的间距。插装组件的打弯引线

22、和相邻组件间的间距比片式组件间的间距大以防止剪短和打弯引线时损坏邻近式组件。此间距建议为1.27mm.2. 为了目检和检修在元器件间要留有一定的间距此间距与视角有关。五通孔表面组装电路板上的通孔主要用于互连和探针测试它们的位置可能设置有和有关焊盘连接的适当部位。为节省面积通孔直径当然越小越好可是要缩小通孔直径又受到以下几方面的限制。1. 通孔尺寸(1)通孔尺寸和成本关系。通孔尺寸缩小工艺难度提高成品率下降导致成本增加。中等密度的电路板常用的通孔尺寸为0.46mm 。(2)通孔的形状比。电路板厚度不变时随通孔直径缩小通孔的形状比(电路板厚度除以通孔直径)提高这就可能导致通孔内壁电镀层开裂。(3)

23、通孔焊盘的尺寸。电路板在组装后一般要进行探针测试。测试焊盘的最小直径为 0.86mm, 实际钻孔直径为 0.46mm,而通孔镀层厚度为 0.05mm,那么电镀通孔直径变成为 0.36mm, 因为直径 0.86mm 的焊盘变成了 0.25mm 宽的环形图。如将测试焊盘的通孔用焊锡填满既可防止测试时还有助于真空的形成让探针测试设备的针床能吸住电路板。2. 通孔位置在设计通孔的位置时必须考虑与焊盘的相应关系在再流焊和波峰焊时对通孔位置的要求有所不同必须严格按照有关规定严格控制。测试焊盘的位置在有关标准中有明确的规定。六布线的线宽和线厚通孔插装电路板一般采用 0.3mm 的布线宽度和线距而表面组装器件

24、引线的中心距不大于 1.27mm, 引线焊盘间的间距只有 0.635mm, 要在两个焊盘间留一条 0.3mm 的线宽和线距的布线是不可能的必须缩小布线宽度和线距才能适合表面组装的需要。 为了进行细线条电路板的生产采用薄复铜层的层压板调整线宽和线距尺寸修整通孔焊盘以及将电路板的光绘底片放在恒温湿环境中以保证图形精度。1.五种不同密度的布线规则为了适应不同组装密度的要求现在采用一级至五级密度布线规则。常用的是二级密度布线通孔设在 2.54mm 的网格上金属化孔直径 1mm焊盘直径 1.65mm测试焊盘全设在 2.54mm 的网格上在插装通孔间和 SMD 焊盘间允许分别通过 0.25mm 和 0.2

25、mm 的布线最小布线宽度为 0.25mm 。高密度组装时采用四级密度布线在 1.27mm 中心距的 SMD 焊盘间允许通过二条 0.127mm 线宽和线距的布线在2.54mm 中心距的通乳间允许通过间距0.1mm 线宽和线距的布线。2.焊盘的联机SMD 焊盘和联机图形将影响再流焊中组件泳动的发生焊接势量的控制和焊锡沿布线的迁移。所以有关标准对焊盘联机有一定规定。七阻焊膜的应用在 SMT 电路板上涂复阻焊膜是为了防止再流焊时焊锡迁移至金属布在线造成焊接缺陷。另外用阻焊膜盖住通孔在波峰焊时焊剂不会由通孔冲到电路板的组件面上并且在印刷贴片胶和焊膏时或者针床测试时帮助形成 =吸电路板所需的真空。 常用

26、的阻焊膜有丝网漏印阻焊膜干膜和光图形形转移的湿膜等。应根据具体情况选择使用。在使用阻焊膜时要执行有关标准的阻焊膜使用原则。1. 表面组装焊盘图形设计把表面组装组件贴装到 PCB 上就需要在 PCB 上相应于元器件端子 (引线 )的部位设置焊盘。在元器件引线和焊盘之间形成焊接接头从而完成 PCB 的表面组装这样在 PCB 上相应于各种不同元器件端子或引线的焊盘就组成了焊盘图形。 为了满足电子设备的特定要求就必须对 PCB 上的焊盘形按照一定的标准进行设计这就叫做 ”表面组装焊盘图形设计。 ”焊盘图形设计是 SMT 设计的主要组成是进行表面组装的基础之一。它规定了元器件组装在 PCB 上的位置和取

27、向决定了焊缝强度和可靠性同时对组装缺陷强贴装性可洗净性可测试性可修复性起着重要影响。因此出可以说焊盘图形设计对表面组装的可制造性起着决定性的作用。目前由于元器件公差不统一元器件标准尚不健全尤其在我国更缺乏这方面的标准这使我们的焊盘图形设计工作困难标准化工作复杂。近年来国外的一些标准机构在健全表面组装元器件标准的同时加强了焊盘图形设的标准化工作。本章仅就焊盘图形设计的一般原理和主要酒精焊劑酒精松香水调压器220大规模生产中从元器件清洗到镀锡都由自动生产线完成中等规模的生产亦可使用搪锡机给元器件镀锡。还可以用化学方法去除焊接面上的氧化膜。研究成果表明国产元器件引线的可焊性已经取得了较大的进步元器件

28、在存储 15个月以后引线上的锡铈镀层仍然具有良好的可焊性。对于此类元器件在规定期限完全可免去镀锡的工序。现在市场上常见的元器件大多是采用这种方法处理过的为保证表面镀锡层的完好大焊接前不要用刀。砂纸等机械方法或化学方法磨表面也有一些元器件是早年生产的引脚表面大多氧化大使用前必须做好处理以保证焊接质量。3.3 多股导线镀锡大一般电子产品中用多股导线进行连接还是很多。连接导线的焊点发生故障是比较堂见的这同导线接头处理不录有很大关系。对导线镀锡要把握以下几个要点剥去绝层不要伤线使用剥线钳剥去导线缘层若刀口不合适或工具本身质量不好容易造成多股线头中有少数几根断掉或者虽未断离但有压痕这样的线头在使用容易断

29、开。多股导线的线头要很好绞合剥好的导线端头一定要先将其绞合大一起否则在镀锡时就会散乱。一两根散线也很容易造成电气故障。涂焊剂镀锡要留有余地通常在镀锡前要将导线头浸蘸松香水。有时也将导线搁在放有松香的木板上用烙铁给导线端头敷涂一层焊剂同时也镀上焊锡要注意不要让锡浸入到导线的绝缘皮中去最好在绝缘皮前留出 13mma 的间隔使这段没有镀锡。这样镀锡的导线对于穿管是很有利的同时也便于检查导线。4 手工烙铁焊接技术使用电烙铁进行手工焊接掌握起来并不因难但是又有一下的技朮要领。长期从事电子产品生产的人们总结出了焊接的四个要素(又称 4M):材料工具方式方法及操作者。其中最主要的当然还是人的技能。没有经过相

30、当时间的焊接实践和用心体验。领会就不能掌握焊接的技术要领即使是从事焊接工作较长时间的技术工人也不能保证每个焊点的质最。只有充分了解焊接原理再加上用心的实践才有楞能在较短的时间内学会焊接的基本技能。下面介绍的一些具体方法和注意要点都是实践经验的总结是初学者迅速掌握焊接技能的快捷方式。初学者应该勤于练习不断提高操作技艺不能把焊接质最问题留到整机电路调度的时候再去解决。4.1焊接操作的正确姿势掌握正确的操作姿势可以保证操作者的身心健康减轻劳动伤害。为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害减少有害气体的吸入量一般情况下烙铁到鼻子的距离应不少于20cm 通常以 30cm 为宜。电烙铁有碱种握法如图 5

31、-14 所示反握法的动作稳定长时间操作不易疲劳适于大功率烙铁的操作正握法适于中功率烙铁或带弯头电烙铁的操作一般在操作台上焊接印刷制板等焊件时多采用握笔法。焊锡丝一般有两种法如图5-15 所示。由于焊锡丝中含有一定比例的铅而铅是对人体有害的一种金属因此操作时应该戴手套或大操作后洗手避免食入铅尘。电烙铁使用以后一定要稳妥地放大烙铁架上并注意导线等物不要碰到烙铁头以免烫伤导线造成漏电等事故。4.2 焊接操作的基本步骤掌握好烙铁的温试和焊接时间选择恰当的烙铁头和焊点的接触位置才可能得到良好的焊点。正确的焊接操作过程可以分成五个步骤如图5-16 所示。(1) 准备施焊左手握烙铁进入备焊状态。要求烙铁头保

32、持干净无焊渣等氧化物并在表面镀有一层焊锡。(2) 加热焊件烙铁头靠在两焊件的连接处加热整个焊件全体时间大约为1-2 秒种。对于在印制板上焊接元器件来说要注意使烙铁头同时接触焊盘和元器件的引线。例如。图 5-16(b) 中的导线与接线柱要同时均匀受热 .(3) 送入焊丝焊件的焊接面被加热到一定温度时焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意不要把焊锡丝送到烙铁头上(4) 移开焊丝当焊丝熔化一定量后立即向左上 45方向移开焊丝。(5) 移开烙铁焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后向右上45方向移开烙铁结束焊接。从第三步开始到第五步结束时间大约也是12 分钟。对于热容量小的焊件例如印制板上较细导线的连接可以简化为三

33、步操作(1) 准备 :同上步骤一。(2) 加热与送丝烙铁头放大焊件上后即放入焊丝。(a)(b)(c)(d)(e)(3) 去丝移烙铁焊锡在焊接面上扩散达到预期范围后立即取开焊丝并移开烙铁并注意焊丝的时间不得滞后于移开烙铁的时间。对于有为收低热量的焊件而言上述整个过程不过24 秒钟各步骤时间的切奏控制顺序的准确掌握动作的熟练协调者都是要通过大量实践并用心体会才能解决的问题。 有人总结出了大五步骤操作法中用数秒的办法控制时间烙铁接触焊点后数一二 (约 2 秒钟 )送入焊丝后数三四移开烙铁焊丝熔化量要靠观察决定。此办法可以参考但由于烙铁功率焊点热窬一的差别等因素实际掌握焊接火候并无定郸可循必须具体条件

34、具体对待。 试想对于一个热量较大的焊点若使用功率较小的烙铁焊接时大上述时间内可能温度还不能使焊锡熔化那么还谈什么焊接呢4.3焊接温度与加热时间适池的温度对形成良好的焊点是不可少的。这个温度究竟如何掌握呢当根据有关数据可以很清楚地查出不同的焊件材料所需要的量佳温度得到有关曲线。 但是在一般的焊接过程中不可能使用温度计之类的仪表来随时检测而是希望用更直观明确的方法来了解焊件温度。经过度验得出烙铁头在焊件上停留的时间现焊件温度的升高是正比关系。同样的烙铁加热不同热窬一的焊件时想达到同样焊接温度可以通过控制加热时间来实现。 但在实践中又不能仅仅依此关系决定加热时间中用小功率烙铁加热较大的时件时无论烙铁

35、停留的时间多长焊件的温度也上不去原因是烙铁的供热容量小于焊件和烙铁在空气中散失的热量。 此外为防止内部过热损坏有些元器件也不允许长期加热。加热时间对焊和焊点的影响及其外部特征是什么呢如果加热时间不足会使焊料不能充分浸润焊件而形成松香夹渣而虚焊。 反之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(1) 焊点外观变差。如果焊锡已经浸润焊件以后还继续进行过量的加热将使助焊剂全部挥发完造成熔态焊锡过热当烙铁离开时容易拉出锡尖同时焊点表面发出现粗糙颗粒失去光泽。(2) 高温造成所加松香助焊剂的分解碳化。 松香一般在 210开始分解不仅失去助焊剂的作用而且造成焊点夹渣形成缺陷。如果在焊接中发

36、现松香发黑肯定是加热时间过长所致。(3) 过量的受热会破坏印制板上铜箔的粘合层导致铜箔焊般的剥落。因此在适当的加热时间里准确掌握加热火候是优质焊接的关键。4.4焊接操作的具体手法在保证得到优质的目标下具体的焊接操作手法可以因人而异但下面这些前人总结的方法对初学者的指导作用是不可忽略的。(1) 保持烙铁头的清洁焊接时烙铁头长期处于高温状态又接触焊剂等弱酸性物质其表面很容易氧化并沾上一层黑色杂质。这些杂质形成隔热层。 妨碍了烙铁头与焊件之间的热传导。因此要注意在烙铁架上蹭去杂质。用一块湿布或湿海棉随时擦拭烙铁头也是常用的方法之一。对于普通烙铁头在污染严重时可以使用锉刀锉去表面氧化层。对于长寿命烙铁

37、头就绝对不能使用这种方法了。(2) 靠增加接触面积来加快传热加热时应该让焊件上需要焊锡浸润的各部分均匀受热而不是仅仅加热焊件的一部分更不要采用烙铁对焊件增加压力的办法以免造成损坏或不易觉察的陷患。有些初学者企图加快焊接用烙铁头对焊接面施加压力这是不对的。正确的方法是要根据焊件的形状选用不同的烙铁头或者自己修整烙铁头让烙铁头与焊件形成面的接触而不是点或线的接触。这样就能大大提高效率。(3) 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进行热量传递的焊锡桥。所谓焊锡桥就是靠烙铁头上保留焊晚作为加热时烙铁头与焊之间传热的桥梁。由于金属熔液的导

38、热效率远远高于空气使焊很快就被加热到焊接温度。应该注意作为焊锡桥的锡量不可保留过多以免造成误连。(4) 烙铁撤离有讲究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。图5-17 所示为烙铁不同的撤离方向对焊料的影响。烙铁头烙铁头烙铁头上工件烙铁头上吸除焊锡不挂锡(a)沿烙铁轴向45 撤离(b)向上方撤离(c)水平方向撤离(d)垂直向下撤离(e)垂直向上撤离(5) 在焊锡凝固之前不能动切勿使焊件移动或受到振动特别是用镊子夹住焊件时一定要等焊锡凝固后再移走镊子否则极易造成虚焊。(6) 焊锡用量要适中手工焊接常用管状焊锡丝内部已装有松香和活化剂制成的助焊剂。焊锡丝的直径有0.5 0.8 1.

39、0 5.0mm 等多种规格要根据焊点的大小先用。 一般应使焊锡的直径略小于焊盘直径。见图 5-18 琮量的焊锡不但无必要地消耗了较贵的锡而且还增加焊接时间降低工作速度。过量的锡很容易造成不易觉察的短路故障。焊锡过少也不能形成牢固的结合同(a)焊锡过多(b)焊锡过少(c) 合适的锡量样是不利的特别是焊接印制板引出导线时合适的焊点焊锡用量不足极容易造成导线脱落。(7) 焊剂用量要适中适量的助焊剂对焊接非常有利。过量使用松香焊剂焊接以后势必需要擦除多余的焊剂并且延长了加热时间降低了工作效率。当加热沓间不足时又容易形成“夹渣”的缺陷。焊接开关接插件的时候过量的焊剂容易流到触点处会造成接触不良。合适的焊

40、剂量应该是松香水仅能浸湿将要形成的焊点不会透过印制板流到组件面或插孔里。对使用松香蕊焊丝的焊接来说基本上不需要再涂松香水。目前印制板生产厂的电路板在出厂前大多进行过松香浸润处理无需再加助焊剂。(8) 不要使用烙铁头作为运载焊料的工具有人习惯用烙铁头沾上焊锡再去焊接结果造成焊料的氧化。因为烙铁头的温度一般都在 300 左右焊锡丝中的焊剂在高温时容易分解失效。特别应该指出的是在一些陈旧的图书中还介绍过这种方法请读者注意监别.5 焊点质量及检查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。 保证焊点质量最关键的一点就必须避免虚焊。51 虚焊产生的原因及其危害虚焊主要是由待焊金属表面

41、的氧化物和污垢造成的它使焊点成为有接触电阻的连接状态 导致电路工作不正常出现时好时坏的不稳定现象噪声增加而没有规律性给电路的调试。使用和维护带来重大的隐患。此外也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内保持接触尚好因此不容易发现但在温度湿度的振动等环境条件作用下接触表面逐步被氧化接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化最终甚至使焊点脱落电路完全不能正常工作。这一过程有时可长达一二年。据统计数字表明在电子整机产品的故障中有将近一半是由于焊接不良引起的。然而要从一台有成千上万个焊点的电设备里找出引起故障的虚焊点来实大不是一件容易的

42、事所以虚焊是电路可靠性的一大隐患必须严格避免。进行手工焊接操作的时候尤其要加以注意。一般来说造成虚焊的主要原因为焊锡质量差助焊剂的还原性不良或用量不够接处表成未预先清洁好镀锡不牢烙铁头的温度过高或过低表面有氧化层焊接进间太长或太短掌握得不好焊接中焊尚未凝固时焊接组件松动。5.2 对焊点的要求(1) 可靠的电气连接焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段。焊锡连接不是靠压力而是靠焊接过程形成的牢固的连接的合金层达到电气连接的目的。如果焊锡仅仅是堆在焊件的表面或只有少部分形成合金层也许在最初的测试和工作中不会发现焊点存在问题但随着条件的改变和时间的推移接触层氧化脱季出现了电路产生时通时断或者干

43、脆不工作而这时观察焊点外表依然连接如初这是电仪器使用中最头疼的问题也是产品制造中必须十分重视的问题。(2) 足够的机械强度焊接有仅起到电气连接的作用同时也是固定元器件保证机械连接的手段。这就有个机械强度的问题。作为锡焊材料的铅锡合金本身强度是比较低的常用铅锡焊料抗拉强度约为 34 7Kg/cm, 只有普通钢材的 10%。要想增加强度就要有足够的连接面积。如果是虚焊点焊料仅仅堆在焊盘上自然就谈不到强度了。常见的缺陷是焊锡未流满点或焊锡量少而造成强度较低还可能因焊接时焊料尚未凝固就使焊件振动而引起的焊点结晶粗大 (象豆腐渣状 )或有裂纹从而影响机械强度。(3)光洁整齐的外观薄而均匀可良好的焊点求焊

44、料用量恰到好处见导线轮廓组件引线外表有金属光泽没有拉尖桥接等半弓形凹下现象并且不伤及导线的绝缘层及相邻了铜箔组件。良好的外表是焊接质量的反映平滑过渡b注意表面有金属光泽是焊接温度合适生成合金层的标志这个仅仅是外靖美观的要求。接线端子导线a基板典型焊点的外观要求是 (参见图 5-19) a=(1-1.2)b1 形状为近似圆锥而表面微凹呈现漫坡状(以焊接导线为中心对称成裙形拉开)。虚焊点表面往往呈凸形可以别出来2.焊料的连接面呈弓形凹面焊料与焊件交界处平滑接触角尽可能小3.表面有光泽且平滑4无裂纹针孔夹渣焊点的外砚检查除用目测 (或借助放大镜显微镜观测 )焊点是否合乎上述标准以外对整块制电板进行以

45、下几个方面焊接质量的检查漏焊焊料拉尖焊料引起导线间短路(即所谓“桥接 ”)导线及元器件绝缘的损伤焊料飞溅。检查时除目测外还要用指触。镊子拨动拉线等办法检查有无导线断线焊盘剥离等缺陷。5.3 通电检查在外观检查结束以后认为联机无误才可进行通电检查这是检验电路性能的关键。如果不经过严格的外观检查通电检查不仅困难较多而且有可能损坏设备仪器造成安全事故。例如电源联机虚焊那么通电时就会发现设备加不上电当然无法检查。通电检查可以发现许多微小的缺陷例如用目测观察不到的电路桥接但对于内部虚焊隐患就不容易觉察。所以根本的问题还是要提高焊接操作的技艺水平。不能把问题留给检验工作去完成。通电检查的结果用原因分析如图5-20 所示。通电检查结果原因分析失效过热损坏烙铁漏电。元器件損壞性能不良烙铁漏电通電檢查短路桥接焊接飞溅導通不良焊锡开裂松香夹渣虚焊插座接触不良等导线断丝焊盘剥落等图 5-20通电检查及原因分析5.4 常见焊点缺陷及分析造成焊接缺陷的原因很多在材料 (焊料与焊剂 )与工具 (烙铁夹具 )一定的情况下采用什么样的方法以及操作者是否有责任心就是决定性的因素了。在接线端上焊接导线时常见的缺陷如图 5-21 所示供检查焊点时参考。表 5-1 列出了各种焊点缺陷的外观。特点及危害并分析了产生的原因。表 5-1