PCBA(组装)基础知识简介.ppt

1、1,PCBA(組裝)基礎知識簡介,2,PCBA(組裝)的主要工序,主 要 內 容,軟釺焊焊接基礎知識,輔助材料基礎知識及應用,常見缺陷可能形成的原因及對策,3,1.0 PCB組裝的主要工序,1.1. PCBA是Printed Circuit Board Assemble的簡稱，一般翻譯成電路板元件，簡單的說就是安裝了元器件的電路板。 它是由PCB、元器件和電子輔料等通過一定的組合而形成的元件。,4,1.2. PCBA(組裝)的主要組裝形式,目前,1,2 型多用於電源板或通信背板等3,4,型已較為常見於電腦板，DVD主板，MP4 等較為複雜的產品,5,1.3. 元件表面貼裝（SMT）工序,表面貼

2、裝工序，是指通過回流焊爐熔化預先分配到印製板焊盤上的膏狀軟釺焊料,從而實現與表面組裝元器件的焊端或引腳與印製板焊盤之間機械和電氣的連接，屬於一種軟釺焊工藝。它適合於所有種類表面組裝元器件的焊接。 SMT主要的工序有錫膏印刷、元器件貼片和回流焊接三部分。,印刷機,貼片機,再流焊焊接爐,6,1.3.1. 錫漿印刷工位,1.3.1.1. 此工位元主要是由錫漿,範本和錫漿印刷機構成； 1.3.1.2. 錫漿(焊接物料)是通過錫漿印刷機經過專用的印漿範本印刷 到電路印製板上指定位置，再通過元件的貼片及再流焊來實 現對電子元器件的焊接；,錫漿印刷機,錫漿,7,1.3.2.1. 此工位元主要是由電子錶面貼裝

3、元器件(SMD),供料器和貼裝機 構成； 1.3.2.2. 電子錶面貼裝元器件(SMD)是通過元件供料器,編制的專用 貼裝軟體程式由貼裝機貼裝到電路印製板上指定位置，再通 過再流焊來實現對電子元器件的焊接； 1.3.2.3. 元件貼裝機分為高速貼裝機和泛用貼裝機； 高(中)速貼裝機：主要用於貼裝晶片元件和一些小的元器件 泛用貼裝機：主要用於貼裝IC,異型的和一些較大的元器件,1.3.2. 元器件貼裝工位,元件貼裝機,8,1.3.3. 再流焊焊接工位,1.3.3.1. 此工位主要是由再流焊焊接設備構成； 1.3.3.2. 電子錶面貼裝元器件(SMD)的焊接是將貼裝好元件的PCB經 過已設定好焊接

4、參數的再流焊設備來實現對電子元器件的焊 接； 1.3.3.3.再流焊設備主要有紅外線式加熱和熱風式加熱方式.,再流焊焊接爐,9,SMT生產線,典型手機SMT生產線,10,1.4. 波峰焊焊接工序,波峰焊是指將熔化的軟釺焊料，經過機械泵或電磁泵噴流成設計要求的焊料波峰，使預先裝有電子元器件的印製板通過焊料波峰，實現元器件焊端或引腳與印製板焊盤之間機械和電氣連接的焊接,是一種軟釺焊焊接工藝。 波峰焊的主要步驟有：元器件進行成型、元器件插件或貼裝、通過焊料波峰進行焊接和冷卻。(即先將成型後的元件按要求插裝在PCB上，再將裝載了元器件的 PCB在傳送裝置的帶動下進入波峰焊接系統中，首先進行助焊劑的噴霧

5、，之後PCB進入預熱區進行預熱，再進行波峰焊接，冷卻後就完成了波峰焊接的基本流程),11,1.4.1. 元器件的預成型和插件,1.4.1.1. 此工位的主要工作是: 對某些必要的元器件必要的進行預成型、 使加工後的元器件滿足貼裝,插件和波峰焊接.,元器件原型,加工後元器件和插件後,12,1.4.2. 波峰焊焊接,1.4.2.1. 此工位的主要工作是: 即先將成型後的元器件按要求插裝在PCB 相應的位置上,再將裝載了元器件的 PCB在傳送裝置的帶動下進 入波峰焊接 系統中，首先進行助焊劑的噴霧,之後PCB進入預熱 區進行預熱,再進行波峰焊接,冷卻後就完成了波峰焊接的基本流 程.,波峰焊焊接爐,1

6、3,1.5. 手工焊焊接工序,此工序是指由操作者利用相應的焊接工具,輔助材料和操作方法,將元器件焊接到電路板上指定位置. 此工序(位)主要是由焊接工具,輔助材料,電路板(PCB)和元器件而構成的.,14,1.5.1. 手工焊焊接技術(1),長期以來，從事電子產品生產的人們總結了焊接的四要素：即材料、工具，方式方法和操作者，而最主要的是操作者的技能，對於初學者來講，即要瞭解基本焊接理論知識，又要掌握熟練的操作技能，才能確保焊點的焊接品質。 1.5.1.1. 電烙鐵的握法 a）反握法: 用整只手握緊烙鐵,虎口靠近導線,拳眼靠近烙鐵頭.一般用於 焊接較大部件的焊接時採用這種握法. b）正握法: 是指

7、採用四指握住烙鐵,大拇指壓在烙鐵柄上,指向烙鐵頭方向,拳 眼靠近導線.這種握法適於中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作. c）握筆法: 是指採用手形類似握筆.這種方法動作穩定,長時間操作不易疲勞, 適於小功率烙鐵的操作,一般適合用於電路板上元器件的焊接.,15,1.5.1.2. 焊錫絲的兩種握持方法 方法1: 運用左手的拇指、食指和小指夾住焊錫絲,另外兩個手指配 合,就能把焊錫絲連續向前送進,適合用於連續焊接的場合. 方法2: 只使用拇指和食指拿住焊絲送錫,不能連續送進焊錫絲. 經常使用電烙鐵進行焊接的操作者,一般是把成卷的焊錫絲截成一尺長（30cm）左右的一段後進行操作.,16,1.5.2. 手工

8、焊焊接技術(2),1.5.2.1.手工焊接操作基本步驟 五步法,1準備: 烙鐵頭和焊錫絲靠近,處於隨時可以焊接的狀態,同時認准位置. 2加熱焊件: 烙鐵頭放在焊件上進行加熱. 3熔化焊錫: 焊錫絲放在焊件上，熔化適量的焊錫. 4移開焊錫: 熔化適量的焊錫後迅速移開焊錫絲. 5移開烙鐵: 焊錫浸潤焊盤或焊件的施焊部位後,移開烙鐵.注意移開烙鐵的速 度和方向. 上述的五步可以用數數的方法控制時間，即烙鐵接觸焊點後數一二（約兩秒），送入焊錫絲後數三四，即移開烙鐵。,17,1.5.2.2.手工焊接操作基本步驟 三步法,1.準備: 烙鐵頭和焊錫絲靠近，處於隨時可以焊接的狀態,同時認准位置. 2.加熱焊件

9、,熔化焊錫: 烙鐵頭同時加熱焊件和焊錫,熔化適量焊錫. 3.移開焊錫絲,移開烙鐵. 上述三個步驟整個過程24 秒內完成，各步驟時間的控制，時序的準備掌 握，動作協調熟練，這些都是通過實踐解決的。,18,1.5.3.手工焊焊接技術(3),1.5.3.1. 手工焊焊接時的注意事項 a）在手工焊焊接前,應核對總和紀錄電烙鐵的溫度狀態並檢查烙鐵頭是否 氧化,變形和損壞,以保證焊接時的溫度和時間. b) 在手工焊焊接間歇和下班時,應注意對烙鐵頭及時進行清潔(帶水的海綿)和塗 附適量的焊料,以避免其氧化. c）電烙鐵用後一定要穩妥的放於烙鐵架上,並注意導線等物不要接觸到電烙鐵 加熱部位. e) 每個電烙鐵

10、都應建立自己的維護,保養和使用檔案,以保障其正常狀態. f) 儘量使用夾具固定焊接件,以利於方便焊接的操作. g）由於焊錫絲成分中,含有鉛類等重金屬,因此操作時戴手套或操作後洗手,避免 食入. h) 焊劑加熱揮發出的化學物質是對人體有害的,一般烙鐵離開鼻子的距離至少不 要少於20cm,通常以30cm為宜. i) 焊接操作臺應加有足夠排量的抽風系統.,19,2.0軟釺焊焊接基礎知識焊接的分類,2.1.1. 熔焊 2.1.2. 壓焊 2.1.3. 釺焊,釺焊,熔焊,2.1. 焊接的分類,壓焊,20,2.1. 焊接的分類,2.1.4. 超聲壓焊,金絲球焊,鐳射焊等,2.1.5. 通俗來講: a. 高

11、溫,大型的焊接為硬釺焊, 例如: 電焊,壓焊(碰焊,點焊)等; b. 較低溫,小型的焊接為軟釺焊, 例如: 電子元器件的焊接等.,21,2.2. 軟釺焊焊接基本原理-焊接特點,電子裝配關鍵的連接技術：軟釺焊焊接技術 焊接技術的關鍵要點: 焊接點是電子元器件與PCB相應電路的電氣連接點.焊接點的晶格結構決定了焊接點的強度也就決定了電子產品的性能和可靠性。,釺焊焊接學中,把焊接溫度低於450的焊接稱為軟釺焊,所用焊料為軟釺焊料.,2.2.1.軟釺焊焊接特點: 釺焊焊料的熔點低於焊接件的熔點. 通過加熱釺焊焊料使之熔化,潤濕並焊接焊接件. 在焊接過程中焊接件不熔化. 焊接過程需要添加助焊劑.（清除氧

12、化層） 焊接過程是可逆的.（可維修且不損壞原焊接焊器件） 釺焊焊料可基本去除. (必要時),22,2.3. 軟焊釺焊接方法（通常應用於電子產品的裝聯）,c). 再流焊焊接,b). 波峰焊焊接,a). 手工烙鐵焊接,23,在金屬進行焊接時,當焊接金屬被加熱到一定的溫度範圍則焊接金屬表面在助焊劑的活化作用下,對金屬表面的氧化層和污染物起到清洗作用,同時使金屬表面獲得足夠的啟動能. 熔融的焊料在經過助焊劑淨化的金屬表面上進行溶解,浸潤, 擴散和冶金結合,在焊料和被焊接金屬表面之間生成金屬間結合層(焊縫),冷卻後使焊料凝固,形成焊點. 焊點的抗拉強度與金屬間結合層的晶格結構和厚度有關。,2.4. 軟釺

13、焊焊接基本原理 - 錫焊機理,24,2.4.1. 軟釺焊焊接基本原理 物化反應,軟釺焊焊接就是: 被焊接金屬表面(例: 印製電路板), 助焊劑與熔融 焊料之間的相互作用(物化反應).,2.4.1.1. 助焊劑與PCB的反應 a). 松香(助焊劑)去除氧化膜 - 松香的主要成分是松香酸,熔融點為 74.170呈活性反應, 300以上失去活性. 松香和 Cu2O反應生 成松香酸銅. 松香酸在常溫下和300以上不能和Cu2O起反應. b). 溶融鹽去除氧化膜 - 一般採用氯離子Cl-或氟離子F-, 使氧化膜生成氯化物或氟化物. c). PCB被溶蝕 - 活性強的助焊劑容易溶蝕母材. d). 助焊劑中

14、的金屬鹽與母材進行置換反應.,25,2.4.1.2. 助焊劑與焊料的反應 a). 助焊劑中活性劑在加熱時能釋放出的HCl與SnO起還原反應. b). 活性劑的活化反應產生啟動能, 減小介面張力, 提高浸潤性. c). 焊料氧化, 產生錫渣.,2.4.1. 軟釺焊焊接基本原理 物化反應,2.4.1.3. 焊料與母材的反應 a). 潤濕, 擴散, 溶解,冶金結合, 形成結合層.,26,（a）潤濕 （b）擴散 （c）溶解 （d）冶金結合，形成結合層（IMC）,2.4.2. 軟釺焊焊接基本原理 - 焊接過程,27,潤濕角:,焊點的最佳潤濕角 : Cu-Pb/Sn 1545 ,當=0時，完全潤濕； 當=

15、180時，完全不潤濕；,=焊料和母材之間的介面 與焊料表面切線之間的夾角,（1）潤濕,潤濕是液體在固體表面漫流的物理現 象, 潤濕是物質固有的性質,潤濕是焊 接的首要條件.,潤 濕,28,分子運動,(2) 潤濕條件,(a) 液態焊料與PCB之間有良好的親和力,能互相溶解; 互溶程度取決於: 原子半徑和晶體類型. 因此潤濕是物質固有的性質. (b) 液態焊料與PCB表面無氧化層和其他污染物; 清潔的表面使焊料與銅萡原子緊密接近, 產生引力, 稱為潤濕力. 當焊料與被焊金屬之間有氧化層和其他污染物時, 妨礙金屬原子自由接 近, 不能產生潤濕作用. 這也是形成虛焊的原因之一.,潤 濕,29,擴 散,

16、(2). 潤濕力與表面張力,熔融焊料在金屬表面潤濕的程度除了與液態焊料與母材表面清潔程 度有關,還與液態焊料的表面張力有關. 表面張力與潤濕力的方向相反, 不利於潤濕. 表面張力是物質的本性, 不能消除, 但可以改變.,表面張力 - 在不同相共同存在的體系中, 由於相介面分子與體相內 分子之間作用力不同, 導致相介面總是趨於最小的現象. 由於液體內部分子受到四周分子的作用力是對稱的，作用彼此抵消 合力=0. 但是液體表面分子受到液體內分子的引力大於大氣分子對 它的引力, 因此液體表面都有自動縮成最小的趨勢. 熔融焊料在金屬表面也有表面張力現象.,(1). 表面張力,30,分子運動,當焊膏達到熔

17、融溫度時，在平衡的表面張力的作用下，會產生自定位效應（self alignment）。表面張力使再流焊工藝對貼裝精度要求比較寬鬆，比較容易實現高度自動化與高速度。同時也正因為“再流動”及“自定位效應”的特點，再流焊工藝對焊盤設計、元器件標準化有更嚴格的要求。如果表面張力不平衡，焊接後會出現元件位置偏移、吊橋、橋接、等焊接缺陷。,(3). 表面張力在焊接中的作用,31, 熔融合金的粘度與表面張力是焊料的重要性能。 優良的焊料熔融時應具有低的粘度和表面張力，以增加焊料的流動性 及被焊金屬之間的潤濕性。 錫鉛合金的粘度和表面張力與合金的成分密切相關。,(4). 粘度與表面張力,(5). 焊接中降低表

18、面張力和黏度的措施,提高溫度升溫可以降低黏度和表面張力的作用。升高溫度可以 增加熔融焊料內的分子距離，減小焊料內分子對表面分子的引力。 適當的金屬合金比例Sn的表面張力很大，增加Pb可以降低表面張力。63Sn/37Pb表面張力明顯減小。 增加活性劑能有效地降低焊料的表面張力，還可以去掉焊料的表面氧化層。 改善焊接環境採用氮氣保護焊接可以減少高溫氧化。提高潤濕性,32,融 解,融解是焊料到達共晶點溫度時, 由固態轉變為液態的物化過程. 不同的合金有著不同的共晶點溫度,例如電子行業常用的Sn/Pb(63/37)合金它們的共晶點溫度是: 183oC, Sn/Ag/Cu (SAC 305)合金它們的共

19、晶點溫度是: 217oC,33,冶金結合, 形成結合層,(a).金屬間擴散,溶解結果的好壞是決定焊接點的焊接是否良好的根本原因,以63Sn/37Pb焊料為例: 共晶點溫度: 為183 焊接擴散,溶解溫度: 210-230 冷卻後, 生成金屬間結合層: Cu6Sn5和Cu3Sn,焊接點冷卻凝固形成的微觀結構,紅色的箭指示的是 Cu3Sn 層,34,3.0. 輔助材料基礎知識及應用,目前, 在電子產品焊接中,通常使用的焊料主要有有鉛和無鉛兩種. (a). 有鉛焊料使用的是Sn-Pb共晶合金, 其中Sn占63, Pb占37, 因此它也被稱為6337合金,其熔點是183. (b). 無鉛焊料使用的是S

20、n-Ag-Cu合金, 其中Sn占96.5, Ag占3, Cu占0.5, 因此它也被稱為SAC305合金, 其熔點是217-220.,(a). 焊劑也稱為助焊劑, 其分類方法很多, 通常焊劑分為無機助焊劑(如:ZnCl2, NH4Cl, HCl等), 有機助焊劑(有機酸, 有機鹵素等)和樹脂型助焊劑(如松香等).,3.1. 焊料,3.2. 焊劑,熔融焊料在被焊金屬表面所以能產生“潤濕”和“擴散”, 只有在被焊金屬和 焊料之間的距離達到互相作用的原子間距時才能發生, 而妨礙原子間互相 接近的是金屬表面的氧化層和雜質. 為了去除氧化層和防止焊接時金屬表 面氧化, 就必須使用焊劑. 焊劑除了通過化學作

21、用去除焊料和被焊金屬表 面的氧化膜外還可以改善焊接時的熱傳導, 加快達到熱平衡, 保證焊接質 量.,35,錫膏(Solder paste),錫膏是一種焊球和焊劑的混合物，通過加熱可以連接兩個金屬表面 就重量而言，90%是金屬 就體積而言，50%金屬 / 50%焊劑,溶劑,有機酸,穩定劑,鹽酸鹽,助焊劑,金屬粉,松香,36,錫膏 (Solder paste),焊球 (Solder ball) 球形合金粉末 主要功能: 在兩個或多個金屬表面形成永久的金屬連接 助焊劑 (Flux) 基材、活性劑、觸變劑、溶劑 提供兩個主要功能： 1.使焊球混合能夠保持均勻. 2.它的化學作用可以將元件,PCB焊盤以及焊球表面的氧化物清除.,37,錫 線 (Solder wire),錫線主要用於手工焊接，根據應用場合的不同有一系列的粗細規格。為了焊接的需要，錫絲中也需要有焊劑成分，其焊劑是包裹在金屬焊料裏面的（如圖5所示）。按品質計算，錫絲中至少含有 2%到3的焊劑。,38,4.1. SMT 生產中常見缺陷和可能原因,a). 吹孔, 焊點中所出現的孔洞, 大者稱為吹孔, 小者叫做針孔, 皆由膏 體中的溶劑或水分快速氧化所致