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1、自动焊接技术1 1l 焊接的物理基础是“润湿”，润湿也叫做“浸润”。润湿是指液体在与固体的接触面上摊开，充分铺展接触，这种现象就叫做润湿。锡焊的过 程，就是通过加热，让铅锡焊料在焊接面上熔化、流动、润湿，使铅 锡原子渗透到铜母材(导线、焊盘)的表面内，并在两者的接触面上形成Cu6Sn5的脆性合金层。l 在焊接过程中，焊料和母材接触所形成的夹角叫做润湿角，当900 时，焊料与母材没有润湿，不能形成良好的焊点；当900时，焊料与母材润湿，能够形成良好的焊点。观察焊点的润湿角，就能判断焊 点的质量。l 如果焊接面上有阻隔润湿的污垢或氧化层，不能生成两种金属材料的 合金层，或者温度不够高使焊料没有充分
2、熔化，都不能使焊料润湿。润湿润湿的的概念概念2 2润湿与润湿角不润湿的实例润湿润湿的的概念概念3 3自动焊接技术l 在工业化生产过程中，THT工艺常用的自动焊接设备是浸焊机和波峰焊机，从焊接技术上说，这类焊接属于流动焊接，是熔融流动的液态 焊料和焊件对象做相对运动，实现湿润而完成焊接。l 再流焊接是SMT时代的焊接方法。它使用膏状焊料，通过模板漏印或点滴的方法涂敷在电路板的焊盘上，贴上元器件后经过加热，焊料熔 化再次流动，润湿焊接对象，冷却后形成焊点。焊接SMT电路板，也可以使用波峰焊。采用波峰焊所用的贴片胶和采用再流焊所用的焊锡 膏是SMT特有的工艺材料。SMT焊接工艺的典型设备是再流焊炉以
3、及焊膏印刷机、贴片机等组成的焊接流水线。l 自动焊接还要用到助焊剂自动涂敷设备、清洗设备等其他辅助装置， SMT自动焊接的一般工艺流程包括：PCB、SMC/SMD准备元器件 安装涂敷助焊剂预热焊接冷却清洗。4 4波峰焊与波峰焊机1.波峰焊机结构及其工作原理波峰焊机是在浸焊机的基础上发展起来的自动焊接设 备，两者最主要的区别在于设备的焊锡槽。波峰焊是利用 焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵，将熔融焊料压向喷 嘴，形成一股向上平稳喷 涌的焊料波峰并源源不断 地从喷嘴中溢出。装有元 器件的印制电路板以平面 直线匀速运动的方式通过 焊料波峰，在焊接面上形 成润湿焊点而完成焊接。 波峰焊机的焊锡槽示意图5
4、5波峰焊原理PCB移动方向6 6波峰焊机 1装板涂助焊剂预热焊接热风刀冷却卸板7 7波峰焊机 28 8在波峰焊机内部，焊锡槽被加热使焊锡熔融，机械泵根据焊接要求工作，使液态焊锡从喷口涌出，形成特定形 态的、连续不断的锡波；已经完成插件工序的电路板放在 导轨上，以匀速直线运动的形式向前移动，顺序经过涂敷 助焊剂和预热工序，进入焊锡槽上部，电路板的焊接面在 通过焊锡波峰时进行焊接。然后，焊接面经冷却后完成焊 接过程，被送出焊接区。冷却方式大都为强迫风冷，正确 的冷却温度与时间，有利于改进焊点的外观与可靠性。波峰焊原理9 9助焊剂喷嘴既可以实现连续喷涂，也可以被设置成检 测到有电路板通过时才进行喷涂
5、的经济模式；预热装置由 热管组成，电路板在焊接前被预热，可以减小温差、避免 热冲击。预热温度在90120之间，预热时间必须控 制得当、预热使助焊剂干燥(蒸发掉其中的水分)并处于活 化状态。焊料熔液在锡槽内始终处于流动状态，使喷涌的 焊料波峰表面无氧化层，由于印制板和波峰之间处于相对 运动状态，所以助焊剂容易挥发，焊点内不会出现气泡。波峰焊原理1010几种波峰焊机的特点a a斜坡式波峰焊斜坡式波峰焊 b b高波峰焊高波峰焊 c c电磁泵喷射波峰焊电磁泵喷射波峰焊1111再流焊l 再流焊，也称为回流焊，是英文Re-flow Soldering的 直译，再流焊工艺是通过重新熔化预先分配到印制板焊 盘
6、上的膏装软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。l 再流焊是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的锡焊技术，主要应用于各类表面组装元器件的焊接。1212再流焊l 再流焊接技术的焊料是焊锡膏。预先在电路板的焊盘上涂敷适量和适当形式的焊锡膏，再把SMT元器件贴放到相应的位置；焊锡膏具有一定粘性，使元器件固定；然后让贴装好元器件的电路板进入再流焊设备。传送系统带动电路板通过设备里各个设定的温度区域，焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制板上。再流焊的核心环节是利用外部热源加热，使焊料熔化而再次流动润湿，完成电路板的焊接过程1313再流焊l 再流
7、焊操作方法简单，效率高、质量好、一致性好，节省焊料(仅在元器件的引脚下有很薄的一层焊料)，是一种适合自动化生产的电子产品装配技术。l 再流焊工艺目前已经成为SMT电路板组装技术的主流。1414与波峰焊技术相比，再流焊工艺具有以下技术特点： 元件不直接浸渍在熔融的焊料中，所以元件受到的热冲击小。 能在前导工序里控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥接等焊接缺陷 ，所以焊接质量好，焊点的一致性好，可靠性高。 假如前导工序在PCB上施放焊料的位置正确而贴放元器件的位置有 一定偏离，在再流焊过程中，当元器件的全部焊端、引脚及其相应的 焊盘同时润湿时，由于熔融焊料表面张力的作用，产生自定位效应， 能够自动校正
8、偏差，把元器件拉回到近似准确的位置。 再流焊的焊料是商品化的焊锡膏，能够保证正确的组分，一般不会 混入杂质。可以采用局部加热的热源，因此能在同一基板上采用不同的焊接方 法进行焊接。工艺简单，返修的工作量很小。再流焊工艺的特点1515l 再流焊方式l 可贴装各种SMD焊盘焊膏再流焊典型工艺1616再流焊机a 主要技术参数 加热方式 管式/板式 红外 /热风/气相 温区 3-9 温度控制 5 21717再流焊机b 1818焊接质量及其检测p焊接是SMT的核心；pSMT组装中绝大多数的工艺，是为了获得良好的焊接质 量而要求的；pPCBA组装质量有缺陷，必须从焊接的角度着手解决。pSMT组装焊接工艺主
9、要是波峰焊与回流焊，回流焊工艺 占主导地位。回流焊主要作用是对PCB板 加热，让锡膏把贴片元件美 观地固定在PCB板上。1919焊接质量检测_焊接通用技术要求p表面组装焊点的质量要求u 表面润湿程度良好：熔融的焊料在被焊金属表面上应 平坦铺展，并形成完整、连续、均匀的焊料覆盖层。u 焊料量适中：焊料量应避免过多或过少；u 焊接表面平整，焊接表面应完整、连续和平滑（不要 求光亮的外观）；u 焊点位置准确：元器件的焊端或引脚在PCB焊盘上的 位置偏差，应在规定的范围内。2020焊接质量检测_焊接质量检测方法p焊点检测原则 全检原则：采用目视或仪器检验，检验率应达到100%； 非破坏性原则：抽检。u
10、目视检测优点：检测方便、成本低；不足：速度慢主观性强一致性不高，不确定因素大对操作员个人技能、经验要求较高仅能检测焊点外在缺陷2121焊接质量检测_焊接质量检测方法p自动检测常见自动光学检测（AOI）与自动X光检测（AXI）。优点：速度快 一致性高AXI不仅可以检测外部缺陷，还可检测内部缺陷。不足：一次设备投资大。AOIAXI2222焊接质量检测_再流焊工艺质量分析回流焊温度曲线2323焊接质量检测_再流焊工艺质量分析1.预热阶段u 完成完成PCBPCB的温度从室温提升到助焊剂所需的活化温度；的温度从室温提升到助焊剂所需的活化温度；uu 使焊膏中的助焊剂溶剂挥发掉；使焊膏中的助焊剂溶剂挥发掉；
11、 在此阶段需注意升温速度不能太快，一般应控制在在此阶段需注意升温速度不能太快，一般应控制在3 30 0C/sC/s以内，以避免焊膏以内，以避免焊膏“ “爆炸爆炸” ”飞溅和元件热应力损伤。飞溅和元件热应力损伤。2.保温阶段uu 激活焊膏中的助焊剂；激活焊膏中的助焊剂；uu使使PCBPCB、元器件和焊料升温到一个均匀的温度；、元器件和焊料升温到一个均匀的温度； 保温阶段一般温度控制在保温阶段一般温度控制在90170901700 0C C，时间控制在，时间控制在90120s90120s。 时间过长，会使焊膏再度氧化，提前使助焊剂失效。时间过长，会使焊膏再度氧化，提前使助焊剂失效。2424焊接质量检
12、测_再流焊工艺质量分析3.再流阶段uu 其作用是将其作用是将PCBPCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的装配的温度从活性温度提高到所推荐的 峰值温度。峰值温度。uu 焊膏熔化、润湿、扩散，形成焊点。焊膏熔化、润湿、扩散，形成焊点。 允许的峰值最高温度由焊膏、元器件、允许的峰值最高温度由焊膏、元器件、PCBPCB的特性决的特性决 定，定， 通常通常 使用的最高峰值温度的范围是使用的最高峰值温度的范围是2302502302500 0C C， 太高的峰值太高的峰值 温度会引起温度会引起PCBPCB材料变色、劣化、印制电路板和元器件的电材料变色、劣化、印制电路板和元器件的电 气性能变坏等。气性能变坏
13、等。4. 4.冷却阶段冷却阶段uu 组件从焊料熔点开始固化冷却至到温的过程。组件从焊料熔点开始固化冷却至到温的过程。 2525焊接质量检测_再流焊工艺质量分析p温度曲线的设定u 合适的温度曲线是根据所焊接PCBA的特点（PCB的厚度、元件密度、元件种类）确定的，要通过试验设定。u 一般把升温速率、预热结束温度、预热时间、再流焊峰 值温度、再流时间、板上温度的均匀性作为温度曲线的关键因素。2626焊接质量检测_再流焊工艺质量分析p传统锡铅焊膏的再流焊温度曲线2727焊接质量检测_再流焊工艺质量分析p有铅焊接，一般温度曲线的设置应注意： 升温速率：升温速率： 3 30 0C/sC/s，一般设置为，
14、一般设置为1.52.51.52.50 0C/s,C/s,判断的依据是焊接后判断的依据是焊接后 有没有锡球。有没有锡球。 预热结束温度：预热结束温度： 1501701501700 0C C，温度高利于减少焊接时产温度冲，温度高利于减少焊接时产温度冲击，降低峰值温度。击，降低峰值温度。 预热时间：预热时间：90120s90120s，以整个，以整个PCBAPCBA上各类元件焊点处的温度趋向上各类元件焊点处的温度趋向一致为宜。一致为宜。 再流焊峰值温度：再流焊峰值温度：2102100 0C5C50 0C C。 再流时间：再流时间： 3050s3050s，以形成良好的润湿和金属间化合物为宜。，以形成良好
15、的润湿和金属间化合物为宜。 板上温度的均匀性：板上温度的均匀性： 10100 0C C。2828焊接质量检测_再流焊工艺质量分析p某无铅焊膏的再流焊温度曲线2929焊接质量检测_再流焊工艺质量分析p无铅焊接，一般温度曲线的设置应注意： 升温速率：升温速率： 3 30 0C/sC/s，一般设置为，一般设置为1.52.50C/s,1.52.50C/s,判断的依据是焊接后有判断的依据是焊接后有没有锡球。没有锡球。 预热结束温度：预热结束温度： 1801800 0C C。 预热时间：预热时间：90120s90120s，以整个，以整个PCBAPCBA上各类元件焊点处的温度趋向一致上各类元件焊点处的温度趋向一致为宜。为宜。 再流焊峰值温度：再流焊峰值温度：2302300 0C235C2350 0C C。 再流时间：再流时间： 2202200 0C C以上，以上，3050s 3050s ；2302300 0C C以上，以上，2535s2535s，。，。 板上温度的均匀性：板上温度的均匀性： 5 50 0C C。3030焊接质量检测_再流焊工艺质量分析p预热不足或过多的回流曲线3131焊接质量检测_再流焊工艺质量分析p活性区温度太高或太低3232焊接质量检测_再
