电子组装工艺(焊接)解读

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1、电子组装工艺,研发中心经理 马军,焊接技术,第一部分,课程内容：,电子产品的焊接技术,了解焊接金属工件的常用方法；了解锡焊技术与其他几种焊接方法的共同点和不同点；掌握锡焊的基本理论；掌握锡焊操作的基本方法；在动手焊接之前打好理论基础。,目的：,第一节 绪论：各种焊接技术介绍 第二节 锡焊的理想焊点形状，焊接机理 第三节 润湿和接触角 第四节 锡焊的4个工艺要素 第五节 焊点的质量要求，焊点缺陷及产生原因 第六节 各种手工焊接方式，元器件安装要求 第七节 实习中焊接技能训练的内容 第八节 拆焊技术 第九节 浸焊与波峰焊 第十节 表面安装技术,1 绪论：各种焊接技术介绍 1.1 普通电弧焊：利用电

2、弧产生的高达3000至6000的高温来焊接。在药皮焊条和母材之间产生电弧，利用电弧热融化焊条和母材的焊接方法。焊条外层覆盖焊药，遇热融化，具有使电弧稳定、形成溶渣、脱氧、精炼等作用。主要用于厚度3mm以上的黑色金属。 1.2 氩弧焊：电弧焊的一种，可焊接各种黑色和有色金属，可焊接1mm 厚的较薄工件。 1.3 气焊：不用电，火焰温度2500左右，可焊薄工件。 1.4 电阻点焊：无需焊料，焊接处平整，只能焊较薄件。 1.5 钎焊：只熔化焊料不熔化母材的焊接叫钎焊。焊接温度在500 以上叫硬钎焊，500 以下叫软钎焊。锡焊属于软钎焊。,普通电弧焊,电焊条,焊接处温度：1300 以上,氩弧焊示意图

3、(也可用其它的保护气体) （氩弧焊是电弧焊的一种，可焊较薄、较活泼的工件）,熔极氩弧焊 (焊丝作电极且在焊接中熔化),非熔极氩弧焊 （钨材料做电极）,气焊示意图 (所用气体：乙炔气 + 氧气),氧气阀,乙炔阀,焊接处温度：1300 以上,电阻点焊(每次只能焊一个点，故简称点焊),上部铜电极,加压通电,被焊物,熔核,下部铜电极,加压通电,焊接处温度： 1300 以上,点焊无需焊料,手工锡焊示意图,印刷电路板,焊点,元件,普通内热电烙铁,带助焊剂的1.2mm焊锡丝。 熔点183,焊盘,焊接处温度： 210230 ,各种焊接的共同点：焊接时产生新的合金，靠新的合金将工件连接起来。 各种焊接的不同点：

4、普通电弧焊、氩弧焊、气焊和电阻点焊，它们的焊接温度都很高，在焊接时焊料与母材(即工件)一同熔化产生新的较厚的合金；但锡焊由于其焊接温度低(210230 )，焊接是在不熔化工件的情况下产生很薄的合金层。,锡焊由于焊接温度低、导电性好、机械 特性优良、易于操作等特性被广泛用于电子 产品的装联中。但由于是在低温下产生合 金，因此对工件材料非常挑剔，常用材料只 有镀金件、镀银件、铜，其次是镀锡铁质件。 镀金件:键盘金手指；要求很高的贴片PCB焊盘。 化学沉金：要求较高的贴片PCB焊盘。 紫铜(即纯铜)：电路板上的铜箔。 铜合金(黄铜、锡青铜等)：IC引脚、簧片。 镀锡铁质件：分离元件引脚(阻容、二极管

5、等)。,锡焊方式分为如下几种：,锡焊,手工焊 浸焊 波峰焊 回流焊或称再流焊,2 锡焊的理想焊点形状、锡焊机理 2.1 插件元件焊点要求：焊点呈等腰三角形，两腰略呈凹月形；接触角为2545(焊点高度h约为焊点直径D的0.6倍, h0.6D)；焊点表面要光滑；引脚露头约11.5mm；焊点要基本布满焊盘。,D,h,11.5mm,电路板,焊点,元件,实际焊点的形状,2.2 贴装元件理想焊点,h,T,1、焊点表面呈凹月形，表面光滑。 2、焊点高度h = 1/2T 1T。,贴装元件理想焊点(续),翼形引线IC 的焊点,片式元件的焊点,对于贴片元器件，其安装位置和焊点要求大都遵循1/2允 差原则。另外，翼

6、形引脚的共面性允许一个引脚厚。,锡焊是金属之间连接的一种方法。通过焊接 材料和工件之间原子或分子的相互扩散作用，形 成合金层(0.52.2m)，使两种金属间形成一种永 久的牢固结合。 下图的“焊接处”在下一个图片中将其放大，可 以清楚地看到合金层情况。,2.3 锡焊的焊接原理,电路板,元件引脚,焊接处,SOP封装IC,焊点内部微观的铜锡合金层示意图,铜锡合金层,铜质元件腿,PCB上的焊盘,焊锡,放大,焊接时的原子扩散过程,(1) 183,(2) 183左右,(3) 210230,(3) 280350,焊接时的原子扩散过程说明 1.焊接前室内温度25-30-这时，引脚、焊锡和 焊盘均为固态，彼此

7、之间没有连接； 2.温度达到焊锡熔点温度180183-这时，引脚、焊锡和焊盘之间由于熔化焊锡的表面张力粘结在一起； 3.达到化学扩散反应的温度210230-化学反应使引脚、焊锡和焊盘之间形成介质化合物，实现持久焊接； 4.温度达到280350或更高-形成的介质化合物太多，会使机械强度下降。,3.1 润湿的概念,木板,水,毛刷,左图：水刷到木板上后浸润到木板表层内，这个现象称水润湿了木板。,右图：若熔化的焊锡能溜平在铜箔上，就称焊锡润湿焊盘，润湿焊盘就标志着焊锡渗透到了焊盘表层内。,电路板基板,铜箔焊盘,焊锡,焊锡丝,3.2 润湿和接触角(锡焊的两个专业名词),焊盘,焊锡,PCB板,润湿良好，接

8、触角小 不需另加助焊剂,(b) 润湿不良，接触角大 需另加助焊剂,(a),(b),4 形成良好焊点的4个工艺要素 1、工件金属材料应具有良好的可焊性。 2、正确地选择焊料和助焊剂。 3、正确地使用工具。 4、采用正确的操作方法和焊接步骤。,4.1 工件金属材料应具有良好的可焊性 工件的可焊性包括两个方面：一方面是材料本身，可被锡焊接的材料有镀金件、镀银件、紫铜(用于电路板的铜箔，集成电路引脚等)、镀锡的铁质材料(大多分离元器件的引脚)。 另一方面是工件表面要清洁，表面无氧化(镀银件和紫铜件容易氧化)。有氧化时要清除氧化层，涂上适量助焊剂后再焊接。,4.2 正确选择焊料和助焊剂 4.2.1 焊料

9、 焊料单指焊锡。理论上焊料和助焊剂是分开的，但实际使用时它们往往是混在一起的。通常焊料包含两者。不过单纯的助焊剂不叫焊料，只能叫助焊剂。 助焊剂是在焊接时除去工件表面氧化层帮助形成合金的一种含有松香和氯化物的溶剂或膏剂。,焊锡条 焊锡膏 焊锡丝,水清洗焊锡丝 免清洗焊锡丝 松香型焊锡丝,焊料,当前我国内地大量使用的是铅锡焊料（即铅37%与锡63%共熔形成的合金），它具有一系列铅和锡不具备的优点： (1) 熔点低(183)。铅锡合金熔点均低于铅和锡的熔点（更是低于其他无铅焊料的熔点），利于焊接。 (2) 机械强度高，抗氧化。 (3) 表面张力小，增大了液态流动性，有利于焊接时形成可靠焊点。,铅锡

10、焊料含有铅，众所周知铅是对人体有害的重金属，因此我们操作时应戴手套或操作后洗手，避免食入。另外，使用中要注意自我保护，比如：不吸入烟气；不用力拉扯焊锡丝；焊接完工后要及时洗手等。 焊剂加热挥发出的化学物质对人体是有害的，如果操作时鼻子距离烙铁头太近，则很容易将有害气体吸入。一般来说烙铁离开鼻子的距离应该不小于30cm，通常以40cm左右为宜。,各种焊料,焊锡丝,焊锡条,焊锡膏,锡条的应用场合之一： -波峰焊 锡条放入锡炉熔化，通过高温泵打出锡峰。,助焊剂发泡管,预热 90120,锡炉,高温泵,传送链,锡峰,冷却,波峰焊接机外观,锡条的应用场合之二： -浸焊 锡条放入锡炉熔化，人工将电路板放入炉

11、中焊接。,锡 炉,熔化的锡,焊锡膏使用场合： 回流焊焊接使用，用网板将锡膏刮涂到电路板的焊盘上。,台式丝网印刷机,刮板,网板,网板,锡膏,SMT印刷焊膏用的网板如下图,手动插装、贴片线,XWA-1225八温区回流焊炉,T,t,230,20S,焊锡丝的应用场合：手工焊接。,焊锡丝,使用焊锡丝的注意事项 水清洗助焊剂焊锡丝：助焊剂的酸性较大，焊接后必须 尽快用5060的去离子水清洗。 免清洗助焊剂焊锡丝：焊接后可不清洗，但电稳定性不 如清洗的板子；产品使用几年后电路板还会有氧化的迹 象。 松香型焊锡丝：焊接后电稳定性较好，电路板不会氧化， 但焊接操作不当(焊接时间过长)时板面较脏(有黑点)。 在电

12、子产品的维修中常用松香型焊锡丝。 焊锡丝直径有0.5、 0.8、 1.2等多种规格。,4.2.2 溶液型助焊剂 助焊剂通常是以松香 为主要成分的混合物，是保 证焊接过程顺利进行的辅助 材料。焊接是电子装配中的 主要工艺过程， 助焊剂的主 要作用是清除焊料和被焊母 材表面的氧化物,使金属表面达到必要的清洁度。 它防止焊接时表面的再次氧化,降低焊料表面张力, 提高焊接性能。助焊剂性能的优劣直接影响到电 子产品的质量。,助焊剂分为水清洗、免清洗和松香型三种。 在手动焊接中多采用松香助焊剂(松香助焊剂可自 制，按松香:无水酒精=1:31:4浸泡溶解即可)。 水清洗助焊剂中除去工件表面氧化层的主要物 质

13、是氯化物(比如氯化锌)，松香成分较少，它较另 外两种含有较多的酸性，因此焊接后必须尽快清 洗(最多不要超过20小时)。 免清洗和松香型助焊剂焊接后可以不清洗，但 免清洗焊剂焊接的板子时间长后还是会有所腐蚀。 印制电路板在制作过程中表层涂有助焊剂， 所以在组装过程中可以不单独使用助焊剂。,4.3 正确地使用工具,4.3.1 、普通电烙铁的结构：烙铁头、烙铁芯、卡箍、手柄、接线柱、接地线、电源线、紧固螺丝等。,典型电烙铁的结构,4.3.2 电烙铁的分类,按加热能源分类：市电加热、电池供电加热、 气体燃烧加热。 按发热元件位置又可分为：内热式、外热式。 按控温方式分为：普通、恒温烙铁和可调恒温焊台。

14、 按功率分：20W、30W、35W300W等。,4.3.3 各种烙铁介绍 （1）长寿命外热式烙铁头电烙铁 功率一般为30W，圆锥头， 主 要用于片式元件(片阻片容)的焊接。,功率有：20W、30W和35W 特点：轻、小、价低，但易氧化。 主要用于插件元件焊接。,(2)普通内热式电烙铁,（3）外热式电烙铁 主要用于焊接热容量较大的工件。,(4)温控式恒 温焊台,50100W 23椭圆截面头,主要用于焊接贴装IC,(5)热风拔焊台,功率：250w300W,主要用于拆卸贴装器件用,4.3.4 烙铁头的形状及选用,圆斜面(马蹄形),小马蹄形,圆锥形(尖头),主要用于插件元件焊接 (配合1.2mm焊锡丝

15、),主要用于焊接贴片IC(比如QFP) (配合0.50.8mm焊锡丝),主要用于焊接片式元件以及对贴 片IC 的焊脚做个别焊接或修整 (配合0.5或0.8mm焊锡丝),4mm,2mm,4.3.5 烙铁头的材料,一、对烙铁头材料的要求 （1）焊接面能够容易吃锡(或称容易上锡)； （2）抗氧化要好。 二、烙铁头的材料 （1）紫铜。普通内热烙铁头是这种材料。优点是容易吃锡，缺点是容易氧化和被锡腐蚀，要经常修整。 （2）抗氧化烙铁头。这种烙铁头抗氧化性能好，使用寿命长。但由于各制造商工艺水平的差异致使烙铁头质量相差很大，有1元或2元就可买一只的很难用。好的抗氧化烙铁头要几十甚至上百元才能买一只。 这种烙铁头的材料是：无氧铜+铁电镀层。 无氧铜OFC，是英语“Oxygen Free Copper”的缩写， 无氧铜是纯度为99.995% 的金属铜。,4.3.6 烙铁的选用 (1) 由于内热式电烙铁具有升温较快、热效率高、体积小、重量轻、价格便宜等特点，在一般电子产品的焊接中经常用到。但是它不能恒温，因此功率宜限制在2035W。 (2) 对温度比