《SMT——表面组装技术第2版教学课件作者何丽梅SMT第6章节课件幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SMT——表面组装技术第2版教学课件作者何丽梅SMT第6章节课件幻灯片（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SMT表面组装技术（第2版）,第6章 表面组装焊接及清洗工艺,在电子产品制造过程中，应用最普遍、最有代表性的焊接技术是锡焊。锡焊能够完成机械的连接，对两个金属部件起到结合、固定的作用；锡焊同时实现电气的连接，让两个金属部件电气导通。 锡焊是将焊件和焊料共同加热到锡焊温度，在焊件不熔化的情况下，焊料熔化并润湿焊接面，形成焊件的连接。其主要特征： a.焊料熔点低于焊件。 b.焊接时将焊料与焊件共同加热到锡焊温度，焊料熔化而焊件不熔化。 c.焊接的形成依靠熔化状态的焊料润湿焊接面，由毛细作用使焊料进入焊件的间隙，依靠二者原子的扩散，形成一个合金层，从而实现焊件的结合。,1.润湿 焊接的物理基础是“润
2、湿” 。润湿是指液体在与固体的接触面上摊开，充分铺展接触。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。 在焊接过程中，焊料和母材接触所形成的夹角叫做润湿角，如图7-1中的。图a中，当90时，焊料与母材没有润湿，不能形成良好的焊点；图b中，当90时，焊料与母材润湿，能够形成良好的焊点。仔细观察焊点的润湿角，就能判断焊点的质量。,2.锡焊的条件 (1)焊件必须具有良好的可焊性。所谓可焊性是指在适当温度下，被焊金属材料与焊锡能形成良好结合的合金的性能。并不是所有的金属都具有好的可焊性，有
3、些金属如铬、钼、钨等的可焊性就非常差；有些金属的可焊性比较好，如紫铜、黄铜等。 (2)焊件表面必须保持清洁与干燥。为了使焊锡和焊件达到良好的结合，焊接表面一定要保持清洁与干燥。 (3)要使用合适的焊剂。焊剂也叫助焊剂，焊剂的作用是清除焊件表面的氧化膜。不同的焊接工艺，应该选择不同的助焊剂，如镍铬合金、不锈钢、铝等材料，没有专用的特殊焊剂是很难实施锡焊的。,助焊剂是SMT焊接过程中不可缺少的辅料。在波峰焊中，助焊剂和合金焊料分开使用，而在再流焊中，助焊剂则作为焊锡膏的重要组成部分。助焊剂对保证焊接质量起着关键的作用。焊接效果的好坏，除了与焊接工艺、元器件和印制板的质量有关外，助焊剂的选择是十分重
4、要的。性能良好的助焊剂应具有以下作用： 除去焊接表面的氧化物； 防止焊接时焊料和焊接表面的再氧化； 降低焊料的表面张力； 有利于热量传递到焊接区。,(4)焊件要加热到适当的温度。焊接时，热能的作用是熔化焊锡和加热焊接对象，使锡、铅原子获得足够的能量渗透到被焊金属表面的晶格中而形成合金。焊接温度过低，对焊料原子渗透不利，无法形成合金；焊接温度过高，会使焊料处于非共晶状态，加速焊剂分解和挥发，使焊料品质下降。 (5)合适的焊接时间。焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。它包括被焊金属达到焊接温度的时间、焊锡的熔化时间、助焊剂发挥作用及生成金属合金的时间几个部分。当焊接温度确定
5、后，就应根据被焊件的形状、性质、特点等采确定合适的焊接时间。对于电子元器件的焊接，除了特殊焊点以外，一般每个焊点加热焊接一次的时间不超过2 s。,6.2.2 波峰焊,波峰焊也称为群焊或流动焊接，是20世纪电子产品装联工艺中最成熟、影响最广、效率最明显的一项成就，至80年代仍是装联工艺的主流；尽管近40年来出现了焊锡膏再流焊工艺，但在今后的一段时间内，SMT的混装工艺中仍缺不了波峰焊技术。 波峰焊是指将熔化的软钎焊料（铅锡合金），经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰，亦可通过向焊料池注入氮气来形成，使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰，实现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
6、焊。根据机器所使用不同几何形状的波峰，波峰焊系统可分许多种。,波峰焊的主要设备是波峰焊机，常见的波峰焊机有如下的工位组成：装板涂助焊剂预热焊接热风刀冷却卸板。其中热风刀工序的目的是去除桥联并减轻组件的热应力，强制冷却的作用是减轻热滞留带来的不利影响。波峰焊机操作的主要工位是焊料波峰与PCB接触工位，其余都是辅助工位，但波峰焊机是一个整体，辅助工位不可缺少。,1.助焊剂涂敷 线路板通过传送带进入波峰焊机以后，会经过某种形式的助焊剂涂敷装置，在这里助焊剂利用波峰、发泡或喷射的方法涂敷到线路板上。 2.预热 由于助焊剂在焊接时必须要达到并保持一个活化温度来保证焊点的完全润湿，因此线路板在进入波峰槽前
7、要先经过一个预热区。预热可以逐渐提升PCB的温度并使助焊剂活化，这个过程还能减小组装件进入波峰时产生的热冲击。它还可以用来蒸发掉所有可能吸收的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂，如果这些东西不被去除的话，它们会在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射，或者产生蒸汽留在焊锡里面形成中空的焊点或砂眼。目前波峰焊机基本上采用热辐射方式进行预热。,3.波峰焊接 在预热之后，线路板用单波或双波方式进行焊接。线路板进入波峰时，焊锡流动的方向和板子的行进方向相反，可在元件引脚周围产生涡流，将上面所有助焊剂和氧化膜的残余物去除，在焊点到达润湿温度时形成润湿。 典型工艺流程：元器件引线成型（通孔件）印制板贴阻焊胶带(视需要)插装（
8、或贴装）元器件印制板装入焊机夹具涂覆助焊剂预热波峰焊冷却剪腿（通孔件）取下印制板撕掉阻焊胶带检验补焊清洗检验放入专用运输箱。,锡波,翻转,贴片胶,贴片元器件波峰焊工艺流程,波峰焊工作原理,1.波峰焊的特点 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。,与浸焊机相比，波峰焊设备具有如下优点； 熔融焊料的表面漂浮一层抗氧化剂隔离空气，只有焊料波峰暴露在空气中，减少了氧化的机会，可以减少氧化渣带来的焊料浪费。 电路板接触高温焊料时间
9、短，可以减轻电路板的翘曲变形。 浸焊机内的焊料相对静止，焊料中不同比重的金属会产生分层现象(下层富铅而上层富锡)。波峰焊机在焊料泵的作用下，整槽熔融焊料循环流动，使焊料成分均匀一致。 波峰焊机的焊料充分流动，有利于提高焊点质量。,波峰焊机的内部结构示意图,波峰焊适宜成批、大量地焊接一面装有分立元件和集成电路的印制线路板。凡与焊接质量有关的重要因素，如焊料与焊剂的化学成分、焊接温度、速度、时间等，在波峰焊机上均能得到比较完善的控制。,2.波峰焊的工艺因素调整 在波峰焊机工作的过程中，焊料和助焊剂被不断消耗，需要经常对这些焊接材料进行监测，并根据监测结果进行必要的调整。 (1)焊料。波峰焊一般采用
10、Sn63-Pb37的共晶焊料，熔点为183,Sn的含量应该保持在61.5%以上，并且Sn-Pb两者的含量比例误差不得超过1%。,应该根据设备的使用频率，一周到一个月定期检测焊料的Sn-Pb比例和主要金属杂质含量，如果不符合要求，应该更换焊料或采取其他措施。例如当Sn的含量低于标准时，可以添加纯Sn以保证含量比例。 焊料的温度与焊接时间、波峰的形状与强度决定焊接质量。焊接时，Sn-Pb焊料的温度一般没定为245左右，焊接时间3s左右。,(2)助焊剂。波峰焊使用的助焊剂，要求表面张力小，扩展率大于85%；粘度小于熔融焊料，容易被置换；焊接后容易清洗。一般助焊剂的比重为0.820.84gml，可以用
11、相应的溶剂来稀释调整。 假如采用免清洗助焊剂，要求比重小于0.8gml，固体含量小于2.0wt，不含卤化物，焊接后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性好，绝缘电阻大于11011。 应该根据设备的使用频率，每天或每周定期检测助焊剂的比重，如果不符合要求，应更换助焊剂或添加新助焊剂保证比重符合要求。,(3)焊料添加剂。在波峰焊的焊料中，还要根据需要添加或补充一些辅料：防氧化剂可以减少高温焊接时焊料的氧化，不仅可以节约焊料，还能提高焊接质量。防氧化剂由油类与还原剂组成。要求还原能力强，在焊接温度下不会碳化。锡渣减除剂能让熔融的铅锡焊料与锡渣分离，起到防止锡渣混入焊点、节省焊料的作用。 另外，波峰焊设备的
12、传送系统，即传送链、传送带的速度也要依据助焊剂、焊料等因素与生产规模综合选定与调整。传送链、传送带的倾斜角度在设备制造时是根据焊料波形设计的，但有时也要随产品的改变而进行微量调整。,4.波峰焊的温度曲线 理想的双波峰焊的焊接温度曲线如图7-7所示。从图中可以看出，整个焊接过程被分为三个温度区域：预热、焊接、冷却。实际的焊接温度曲线可以通过对设备的控制系统编程进行调整。 在预热区内，电路板上喷涂的助焊剂中的水分和溶剂被挥发，同时，松香和活化剂开始分解活化，去除焊接面上的氧化层和其他污染物，并且防止金属表面在高温下再次氧化。印制电路板和元器件被充分预热，可以有效地避免焊接时急剧升温产生的热应力损坏
13、。电路板的预热温度及时间，要根据印制板的大小、厚度、元器件的尺寸和数量，以及贴装元器件的多少而确定。,PCB表面测量的预热温度应该在90130之间，多层板或贴片元器件较多时，预热温度取上限。预热时间由传送带的速度来控制。如果预热温度偏低或预热时间过短，助焊剂中的溶剂挥发不充分，焊接时就会产生气体引起气孔、锡珠等焊接缺陷；如预热温度偏高或预热时间过长，焊剂被提前分解，使焊剂失去活性，同样会引起毛刺、桥接等焊接缺陷。,理想的双波峰焊的焊接温度曲线,波峰焊质量缺陷及解决办法,1.润湿不良、漏焊、虚焊 (1)产生原因: 元件焊端、引脚、印制板基板的焊盘氧化或污染，PCB受潮； Chip元件端头金属电极
14、附着力差或采用单层电极，在焊接温度下产生脱帽现象； PCB设计不合理，波峰焊时阴影效应造成漏焊； PCB翘曲，使PCB翘起位置与波峰焊接触不良；, 传送带两侧不平行（尤其使用PCB传输架时），使PCB与波峰接触不平行； 波峰不平滑，波峰两侧高度不平行，尤其电磁泵波峰焊机的锡波喷口，如果被氧化物堵塞时，会使波峰出现锯齿形，容易造成漏焊、虚焊； 助焊剂活性差，造成润湿不良； PCB预热温度过高，使助焊剂碳化，失去活性，造成润湿不良；,(2)解决办法： 元器件先到先用，不要存放在潮湿的环境中，不要超过规定的使用日期。对受潮的PCB进行清洗和去潮处理； 波峰焊应选择三层端头结构的表面贴装元器件，元件本
15、体和焊端能经受两次以上的260波峰焊的温度冲击； SMD/SMC采用波峰焊时元器件布局和排布方向应遵循较小元件在前和尽量避免互相遮挡原则。另外，还可以适当加长元件搭接后剩余焊盘长度； PCB板翘曲度小于0.81.0； 调整波峰焊机及传输带或PCB传输架的横向水平； 清理波峰喷嘴； 更换助焊剂； 设置恰当的预热温度。,2.拉尖 (1)产生原因: PCB预热温度过低，使PCB与元器件温度偏低，焊接时元件与PCB吸热； 焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度过大； 电磁泵波峰焊机的波峰高度太高或引脚过长，使引脚底部不能与波峰接触。 助焊剂活性差； 焊接元件引线直径与插装孔比例不正确，插装孔过
16、大，大焊盘吸热量大。,(2)解决办法： 根据PCB、板层、元件多少、有无贴装元件等设置预热温度，预热温度在90130； 锡波温度为2505，焊接时间35S。温度略低时，传送带速度应调慢一些； 波峰高度一般控制在PCB厚度的2/3处。插装元件引脚成型要求引脚露出PCB焊接面 0.83mm ； 更换助焊剂； 插装孔的孔径比引线直径大0.150.4mm（细引线取下限，粗引线取上线）。,3.焊接后印制板阻焊膜起泡 SMA在焊接后会在个别焊点周围出现浅绿色的小泡，严重时还会出现指甲盖大小的泡状物，不仅影响外观质量，严重时还会影响性能，这种缺陷也是再流焊工艺中经常出现的问题，但以波峰焊时常见。,(1)产生原因:阻焊膜起泡的根本原因在于阻焊膜与PCB基材之间存在气体或水蒸气，这些微量的气体或水蒸气会在不同工艺过程中夹带到其中，
