电子焊接工艺技术ppt

1、CEPREI中国赛宝实验室1电子焊接工艺技术n信息产业部电子第五研究所n电子元器件可靠性物理及其应用技术国家重点实验室n主讲：罗道军nLEPREI中国赛宝实验室2电子焊接工艺技术n主要内容n焊接基本原理n焊接材料n手工焊n波峰焊n再流焊n电子焊接工艺新进展CEPREI中国赛宝实验室3一 焊接基本原理n焊接的三个理化过程：n1. 润湿n2. 扩散n3. 合金化CEPREI中国赛宝实验室4lglsgscosYoung方程：0o90o,意味着液体能够润湿固体；90o180o,则液体不能润湿固体。lglsgs1.1 润湿润湿角解析Liquid 液体液体Gas 气相气相Sol

2、id固体固体CEPREI中国赛宝实验室5yVStyyyeSVCG 1G 单位面积内母材的溶解量；y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；母材的原子在液态钎料中的溶解 系数；t接触时间。1.2 焊接过程扩散溶解母材向液态钎料的扩散溶解溶解量计算公式：CEPREI中国赛宝实验室61.3 焊接过程 合金化界面处金属间化合物的形成)kT/Qexp(Dtdn0d金属间化合物层厚度;t时间;D0材料常数, = 1.6810-4 m2/s;Q金属间化合物长大激活能, = 1.09eV;n时间指数, = 0.5CEPREI中国赛宝实验室71.4 不良焊接图

3、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。CEPREI中国赛宝实验室81.5 良好焊接图例良好焊点的图示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。CEPREI中国赛宝实验室92 焊接材料铅锡焊料n铅锡焊料的特性n1.锡铅比例锡铅比例n2.熔点熔点n3.机械性能机械性能（抗拉强度与剪切强度）n4.表面张力与粘度表面张力与

4、粘度（5.36/mm2和3.47/ mm2 ,SnBB,PbNB）CEPREI中国赛宝实验室102.1.1 焊料的物理性能焊料的物理性能 序号熔化温度（）密度（g/3）电导率（设铜为100）抗拉强度（MPa）延伸率（）剪切强度（MPa）锡铅1234567810095605042353000540505865701002322221882142432472523277.297.408.458.869.159.459.7311.3413.913.611.610.710.29.79.37.914.630.952.646.443.244.846.4139554730403825223919.330.9

5、34.030.930.932.934.013.6CEPREI中国赛宝实验室112.1.2 SnPb组成与表面张力和粘度的关系组成（重量）组成（重量）表面张力表面张力（dyh/dyh/）粘度粘度（mPa.smPa.s）SnSnPbPb20203030505063638080808070705050373720204674674704704764764904905145142.722.722.452.452.192.191.971.971.921.92 *测试温度为280CEPREI中国赛宝实验室122.1.3 铅锡焊料杂质影响n焊料的杂质含量及其影响CEPREI中国赛宝实验室132.2 焊接材料

6、助焊剂n1. 助焊剂的作用CEPREI中国赛宝实验室14固体金属的表面结构2.2.1 助焊剂作用助焊剂作用 助焊剂要去除的对象母材金属表面的氧化膜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34nm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110m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12m厚 的微晶组织。CEPREI中国赛宝实验室152.2.2 助焊剂性能n助焊剂应具备的性能（1）助焊剂要有适当的活性温度范围、助焊效果。）助焊剂要有适当的活性温度范围、助焊效果。（2）

7、助焊剂要有良好的热稳定性、化学性能稳定。）助焊剂要有良好的热稳定性、化学性能稳定。（3）助焊剂的残留物不应有腐蚀性且容易清洗；）助焊剂的残留物不应有腐蚀性且容易清洗；（4）不应析出有毒、有害气体，符合环保的基本要）不应析出有毒、有害气体，符合环保的基本要求；求； (5) (5) 要有符合电子工业规定的水溶性电阻和绝缘电要有符合电子工业规定的水溶性电阻和绝缘电阻；阻；CEPREI中国赛宝实验室162.2.3 助焊剂分类CEPREI中国赛宝实验室173.1 手工烙铁焊工具CEPREI中国赛宝实验室183.2 手工烙铁焊工具选择CEPREI中国赛宝实验室193.3 手工烙铁焊工具特性n烙铁头的特性n

8、1.温度n2.形状n3.耐腐蚀性CEPREI中国赛宝实验室203.4 焊锡丝选择焊锡丝线径的选择 被焊对象被焊对象锡丝直径锡丝直径/1印制板焊接点印制板焊接点0.81.22小型端子与导线焊接小型端子与导线焊接1.01.23大型端子与导线焊接大型端子与导线焊接1.22.0 CEPREI中国赛宝实验室213.5 手工烙铁焊方法n1.焊前准备 2.焊接步骤 3.焊接要领CEPREI中国赛宝实验室224. 波峰焊CEPREI中国赛宝实验室234.1.1 波峰焊工艺流程CEPREI中国赛宝实验室244.1.2 波峰焊工艺流程比较CEPREI中国赛宝实验室254.1.3 波峰的形状Extended Wav

9、eCEPREI中国赛宝实验室264.1.3 波峰的形状Double WaveCEPREI中国赛宝实验室274.1.3 波峰的形状湍流层流波CEPREI中国赛宝实验室28工艺主要步骤-1 涂覆焊剂涂覆焊剂作用：作用：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。4.2.1 波峰焊工艺步骤CEPREI中国赛宝实验室29工艺主要步骤-1 涂覆焊剂涂覆焊剂方法：方法：Form fluxingSpray fluxingElectrostatic sprayWave fluxing4.2.1 波峰焊工艺步骤CEPREI中国赛宝实验室304.2.1 波

10、峰焊工艺步骤n2.预热预热90120n3.焊接n2455n35Sn挥发助焊剂中的溶剂n活化助焊剂，增加助焊能力n减少高温对被焊母材的热冲击n减少锡槽的温度损失CEPREI中国赛宝实验室314.2.2 波峰焊工艺参数的设定n1.助焊剂比重（保持恒定）n2.预热温度（90110，调温或调速）n3.焊接温度（2455）n4.焊接时间（35S）n5.波峰高度（2/3 Board）n6.传送角度 (57)CEPREI中国赛宝实验室324.2 波峰焊参数的影响高度与角度高度与角度CEPREI中国赛宝实验室334.2 波峰焊焊后补焊n补焊内容n1.插件高度与斜度n2.漏焊、假焊、连焊n3.漏插n4.引脚长度

11、CEPREI中国赛宝实验室344.2.1插件高度与斜度的规定CEPREI中国赛宝实验室354.3 波峰焊设备波峰焊机 波峰焊机功能示意图CEPREI中国赛宝实验室364.3 波峰焊设备助焊剂涂覆装置CEPREI中国赛宝实验室374.3.1 波峰焊设备部件n预 热 器n强迫对流式（热风）n石英灯加热（短红外）n热棒（板）加热（长红外）CEPREI中国赛宝实验室384.3.1 波峰焊设备部件波峰发生器CEPREI中国赛宝实验室394.3.1 波峰焊设备部件n切引线机n纸基砂轮式n镶嵌式硬质合金刀n全硬质合金无齿刀CEPREI中国赛宝实验室404.3.1 波峰焊设备部件n传输机构1.夹持印刷电路板的

12、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0.253m/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49范围内可调整CEPREI中国赛宝实验室414.3.1 波峰焊设备部件n空气刀CEPREI中国赛宝实验室42再流焊是SMT的主要焊接方法，它是先再PCB焊盘上涂布适量的焊膏在其上安放元器件，利用焊膏的粘接性对元器件临时固定，然后靠外部热源使焊膏中的焊料熔化再流动，从而达到焊接目的 5 再流焊定义Solder Paste PrintingPlace SMD

13、sSolder Paste ReflowCEPREI中国赛宝实验室431.节省焊料，不需采用大的焊料槽，只需在焊接部位涂布锡膏 2.在元器件安放位置偏离焊盘时，由于熔融后焊料表面张力的作用，只要涂布焊膏位置正确，就能自动校正偏离，使元器件固定在所需位置。 3.不像波峰焊和浸焊那样，要把元器件直接浸渍在熔融的焊料中。元器件所受热冲击较小。但由于加热方法不同，有时会施加给元器件较大的热应力。4.由于能控制焊膏的涂布量，极大限度地避免了桥接等缺陷的产生。 5.可采用局部加热热源，从而可在同一基板上采用不同的焊接工艺进行焊接。 6.焊膏中一般不会混入不纯物，使用焊膏时能保持焊料的组成不变。 5.1 再

14、流焊的特点CEPREI中国赛宝实验室445.1 再流焊的类型及特点n再流焊类型：n1.对流红外再流焊n2.热板红外再流焊n3.气相再流焊（VPS）n4.激光再流焊CEPREI中国赛宝实验室45加热能 量优 点缺 点 红 外吸收红外线热辐射加热l 连续，同时组成焊接l 加热效果很好，温度可调范围宽l 减少了焊料飞溅、虚焊及桥焊材料不同，热吸收不同，温度控制困难 气 相利用惰性溶剂的蒸汽凝聚时放出的气体潜热加热l 加热均匀，热冲击小l 升温快l 温度控制准确l 同时组成焊接l 可在无氧环境下焊接设备和介质费用高容易出现吊桥和芯吸现象 热 风高温加热的空气在炉内循环加热l 加热均匀l 温度控制容易容

15、易产生氧化强风使元器件有位移的危险 激 光利用激光的热能加热l 集光性很好，适于高精度焊接l 非接触加热l 用光纤传送CO2激光在焊接面上反射率大设备昂贵 热 板利用热板的热传导加热l 由于基板的热传导可缓解急剧的热冲击l 设备结构简单、价格便宜受基板的热传导性影响；不适合于大型基板、大元器件温度分布不均匀5.1.2 各加热方式的特点CEPREI中国赛宝实验室465.1.3 典型对流红外再流焊CEPREI中国赛宝实验室475.1.4 典型气相再流焊CEPREI中国赛宝实验室485.2 再流焊工艺参数n1.温度曲线的确定原则；n2.实际温度曲线的确定；n3.温度曲线的测定方法CEPREI中国赛宝

16、实验室495.2.1 再流焊典型温度剖面CEPREI中国赛宝实验室505.2.2 再流过程温度曲线的确定原则焊锡膏的再流过程(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(2-3oC/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%, 150-180oC)。使PCB均温。同时助焊剂开始活跃，化学清洗行动开始(60120s)。(3)和(4) 再流区(183-235oC)。钎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(3060s)。(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(应于515

17、oC/秒)。再流温度曲线CEPREI中国赛宝实验室515.2.3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。图：将热电偶附着在PCB焊盘及元器件引线/金属化层之间热电偶附着方法：(1) 采用Sn-Ag合金的高温软钎焊；(2) 用少量热导膏覆盖住热电偶，再用高温胶带粘住；(3) 高温胶，如氰基丙烯酸盐粘合剂。CEPREI中国赛宝实验室525.3.1 再流温度曲线参数及其影响再流温度曲线参数及其影响图 预热不足或过多的再流温度曲线

18、CEPREI中国赛宝实验室53 5.3.2 再流温度曲线参数及其影响再流温度曲线参数及其影响图 再流太多或不足CEPREI中国赛宝实验室545.3.3 焊锡膏的再流过程及工艺参数的影响 再流温度曲线参数及其影响图 冷却过快或不足CEPREI中国赛宝实验室555.4.1 再流焊缺陷分析钎料球钎料球直径不能超过焊盘与印制导线之间的距离；600mm2的范围内不能出现超过5个钎料球。工艺认可标准产生原因(1) 印刷不精确，使焊料膏弄脏PCB；(2) 焊料膏在氧化环境中暴露过多，吸入水分过多；(3) 加热不精确，太慢且不均匀；(4) 加热速率太快且预热时间过长；(5) 钎料膏干得太快；(6) 助焊剂活性

19、不足；(7) 太多颗粒很小的钎料合金粉末；CEPREI中国赛宝实验室565.4.2 焊锡膏再流焊缺陷分析桥连产生原因(1) 焊料膏粘度过低；(2) 焊盘上钎料膏过量；(3) 再流峰值温度过高。开路产生原因(1) 焊料膏量不足；(2) 元件引线的共面性不好；(3) 钎料熔化及润湿不好；(4) 引线吸锡或附近有连线孔。CEPREI中国赛宝实验室575.4.3 其它再流焊缺陷分析（1）序号缺陷原因对策1元器件移位 （1） 安放的位置不对（2） 焊膏量不够或定位安放的压力不够（3） 焊膏中焊剂含量太高，在再流焊过程中焊剂的流动导致元器件移位（1） 校准定位坐标 （2） 加大焊膏量，增加安放元器件的压力

20、（3） 减小焊膏中焊剂含量 2焊粉不能再流，以粉状形式残留在焊盘上 （1） 加热温度不合适（2） 焊膏变质（3）预热过度，时间过长或温度过高 （1） 改进加热设备和调整再流焊温度曲线（2） 注意焊膏冷藏，并将焊膏表面变硬或干燥部分弃去，改进预热条件 3焊点锡不足（1） 焊膏不够（2）焊盘和元器件焊接性能差（3）再流焊时间短 （1）扩大丝网和漏板孔径（2）改进焊膏或重新浸渍元器件（3）加长再流焊时间 4焊点锡过多 （1） 丝网或漏板孔径过大（2）焊膏粘度小 （1） 减小丝网和漏板孔径（2）增加焊膏粘度 CEPREI中国赛宝实验室585.4.3 其它再流焊缺陷分析（2）序号缺陷原因对策5 元 件

21、竖立 ， 出现 吊 桥现象（ 墓 碑现象） （1）安放位置的位移；（2） 焊膏中的焊剂使元器件浮起；（3） 印刷焊膏的厚度不够；（4） 加热速度过快且不均匀；（5） 焊盘设计不合理；（6） 采用Sn63/Pb37焊膏；（7）元件可焊性差 （1） 调整印刷参数（2）采用焊剂含量少的焊膏（3）增加印刷厚度（4）调整再流焊温度曲线（5）严格按规范进行焊盘设计 （6）改用含Ag或Bi的焊膏（7）选用可焊性好的焊膏 6焊料球 （1） 加热速度过快（2） 焊膏吸收了水份（3） 焊膏被氧化（4） PCB焊盘污染（5）元器件安放压力过大焊膏过多 （1） 调整再流焊温度曲线（2） 降低环境湿度（3） 采用新的焊

22、膏，缩短预热时间（4） 换PCB或增加焊膏活性（5） 减小压力减小孔径，降低刮刀压力 7虚焊 （1） 焊盘和元器件可焊性差（2）印刷参数不正确（3）再流焊温度和升温速度不当 （1）加强对PCB焊盘与元器件筛选（2）减小焊膏粘度，检查刮刀压力及速度；（3）调整工艺曲线CEPREI中国赛宝实验室595.4.3 其它再流焊缺陷分析（3）8桥接 （1） 焊膏塌落 （2） 焊膏太多 （3） 再焊盘上多次印刷 （4） 加热速度过快 （1） 增加焊膏金属含量或粘度，换焊膏 （2） 减小丝网或漏板孔径，降低刮刀压力 （3） 用其它印刷方法 （4） 调整再流焊温度曲线9塌落 （1） 焊膏粘度低触变性差 （2） 环境温度高 （1） 选择合适焊膏 （2） 控制环境温度10可洗性差，在清洗后留下白色残留物 （1） 焊膏中焊剂的可洗性差 （2） 清洗剂不匹配，清洗溶剂不能渗入细空隙 （3） 不正确的清洗方法 （1） 采用由可洗性良好的焊剂配制的焊膏 （2） 改进清洗溶剂 （3） 改进清洗方法CEPREI中国赛宝实验室606 焊接技术新进展n主要内容n1.惰性气体保护焊接n2.穿孔再流焊n3.焊料无铅化n4