电子焊接工艺技术

CEPREI信息产业部电子第五研究所1电子焊接工艺技术•信息产业部电子第五研究所•电子元器件可靠性物理及其应用技术国家重点实验室•主讲：罗道军•[e-mail]•020-87237161CEPREI信息产业部电子第五研究所2电子焊接工艺技术•主要内容•焊接基本原理•焊接材料•手工焊•波峰焊•再流焊•电子焊接工艺新进展CEPREI信息产业部电子第五研究所3一、焊接基本原理•焊接的三个理化过程：•1.润湿•2.扩散•3.合金化•Cu6Sn5，Cu3SnCEPREI信息产业部电子第五研究所4lglsgscosYoung方程：0o90o,意味着液体能够润湿固体；90o180o,则液体不能润湿固体。lglsgs1.1润湿角解析CEPREI信息产业部电子第五研究所5yVStyyyeSVCG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信息产业部电子第五研究所61.3焊接过程－－合金化界面处金属间化合物的形成)kT/Qexp(Dtdn0d金属间化合物层厚度;t时间;D0材料常数,=1.6810-4m2/s;Q金属间化合物长大激活能,=1.09eV;n时间指数,=0.5CEPREI信息产业部电子第五研究所71.4不良焊接－图例软钎焊性不良即润湿角大于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信息产业部电子第五研究所81.5良好焊接－图例良好软钎焊性的图示元器件引线软钎焊性良好即意味着钎料在其表面润湿良好，润湿角小于90o。CEPREI信息产业部电子第五研究所92.1焊接材料－铅锡焊料•铅锡焊料的特性•1.锡铅比例•2.熔点•3.机械性能•4.表面张力与粘度CEPREI信息产业部电子第五研究所102.2焊接材料－铅锡焊料•焊料的杂质含量及其影响CEPREI信息产业部电子第五研究所112-3焊接材料－助焊剂•1.助焊剂的作用CEPREI信息产业部电子第五研究所12固体金属的表面结构2.3.1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3~4nm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1~10μm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1~2μm厚的微晶组织。CEPREI信息产业部电子第五研究所132-4焊接材料－助焊剂•助焊剂应具备的性能CEPREI信息产业部电子第五研究所142-5焊接材料－助焊剂•助焊剂的种类CEPREI信息产业部电子第五研究所153.1手工烙铁焊－工具CEPREI信息产业部电子第五研究所163-2手工烙铁焊－工具选择CEPREI信息产业部电子第五研究所173.2手工烙铁焊－工具特性•烙铁头的特性•1.温度•2.形状•3.耐腐蚀性CEPREI信息产业部电子第五研究所183.2手工烙铁焊－焊锡丝选择CEPREI信息产业部电子第五研究所193-2手工烙铁焊－方法•1.焊前准备•2.焊接步骤•3.焊接要领CEPREI信息产业部电子第五研究所204.1波峰焊－工艺流程CEPREI信息产业部电子第五研究所214.1波峰焊－工艺流程比较CEPREI信息产业部电子第五研究所224.2波峰焊－步骤与参数•工艺主要步骤•1.涂覆焊剂•2.预热•3.焊接•工艺参数的设定•1.助焊剂比重•2.预热温度•3.焊接温度•4.焊接时间•5.波峰高度•6.传送角度CEPREI信息产业部电子第五研究所234.2波峰焊－参数的影响高度与角度CEPREI信息产业部电子第五研究所244.2波峰焊－焊后补焊•补焊内容•1.插件高度与斜度•2.漏焊、假焊、连焊•3.漏插•4.引脚长度CEPREI信息产业部电子第五研究所254.2.1插件高度与斜度的规定CEPREI信息产业部电子第五研究所264.3波峰焊设备－波峰焊机•波峰焊机CEPREI信息产业部电子第五研究所274.3波峰焊设备－助焊剂涂覆装置CEPREI信息产业部电子第五研究所284.3.1波峰焊设备－部件•1.预热器•2.波峰发生器•3.切引线机•4.传输机构•5.空气刀CEPREI信息产业部电子第五研究所295再流焊•再流焊类型：•1.对流红外再流焊•2.热板红外再流焊•3.气相再流焊（VPS）•4.激光再流焊CEPREI信息产业部电子第五研究所305.1再流焊－工艺参数•1.温度曲线的确定原则；•2.实际温度曲线的确定；•3.温度曲线的测定方法CEPREI信息产业部电子第五研究所315.1.1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(2-5oC/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%,120-150oC)。使PCB均温。同时助焊剂开始活跃，化学清洗行动开始。(3)和(4)再流区(205-230oC)。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。(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(应小于5oC/秒)。再流温度曲线CEPREI信息产业部电子第五研究所325.1.2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信息产业部电子第五研究所335.2焊锡膏的再流过程及工艺参数的影响5.2.1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CEPREI信息产业部电子第五研究所345.2.2钎料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再流太多或不足CEPREI信息产业部电子第五研究所355.2.3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信息产业部电子第五研究所365.3.1焊锡膏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)丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使钎料膏弄脏PCB；(2)钎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)助焊剂活性不足；(7)太多颗粒很小的钎料合金粉末；(8)再流过程中助焊剂的挥发不适当。CEPREI信息产业部电子第五研究所375.3.2焊锡膏再流焊缺陷分析桥连产生原因(1)钎料膏粘度过低；(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)钎料膏量不足；(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信息产业部电子第五研究所386焊接技术新进展•1.惰性气体保护焊接•2.穿孔再流焊•3.焊料无铅化•4.免清洗焊接工艺