电子组装工艺(焊接)

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(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：210~230℃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：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(210~230℃)，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25°~45°(焊点高度h约为焊点直径D的0.6倍,h≈0.6D)；焊点表面要光滑；引脚露头约1~1.5mm；焊点要基本布满焊盘。Dh1~1.5mm电路板焊点元件实际焊点的形状§2.2贴装元件理想焊点hT1、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)H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(0.5~2.2m)，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)210~230℃(3)280~350℃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，彼此之间没有连接；2.温度达到焊锡熔点温度180–183℃---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210–230℃---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280–350℃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(a)润湿良好，接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90~120℃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Tt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50~60℃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=1:3~1:4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。按功率分：20W、30W、35W……300W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50~100W2~3椭圆截面头主要用于焊接贴装IC(5)热风拔焊台功率：250w~300W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)主要用于焊接贴片IC(比如QFP)(配合0.5~0.8mm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)4mm2mm§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“OxygenFreeCopper”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20~35W。(2)对温度比较敏感的电子元件要用恒温烙铁焊接。对焊接温度和静电防护要求特别严的地方应采用温控式恒温焊台焊接。(3)选用合适的烙铁头。烙铁头的形状要适应被焊工件表面的要求和产品的装配密度，烙铁头的直径约为焊盘直径的1.2~2倍为宜。烙铁头焊接面应事先上锡。§4.3.7电烙铁的使用与保养（1）电烙铁在使用之前应用万用表的欧姆档测量其电阻值。正常20W内热式电烙体芯的阻值为2.4千欧姆。若测得电阻值为零，则说明电烙铁内部短路；若电阻为无穷大则说明电烙铁内部断路。另外，还要测一下电源插头与烙铁金属外壳的绝缘电阻，应为无穷大。（2）新烙铁刃口表面已镀有一层锡，通电加热后涂上少量松香助焊剂(或松香)，待烙铁头上的焊剂冒烟时，即上焊锡，使烙铁头的刃口镀上一层较厚的锡(也不能太多，看上去不能有锡滴的感觉)，这时烙铁头就可以使用了。（3）使用电烙铁要配置烙铁架，一般放置在工作台右前方。在使用烙铁过程中注意轻拿轻放，用后一定要稳妥放于烙铁架上，并注意导线等物不要碰烙铁头，这样既安全，又可适当散热，防止烙铁头过快腐蚀。对已腐蚀和氧化的烙铁头,应按新烙铁的要求重新上锡。（4）每次使用后等电烙铁冷却后才能放回抽屉，防止烫坏电源线，引起触电危险。（5）普通烙铁头使用一段时间后会出现凹槽或豁口，此时应及时用锉刀修整，否则会影响焊点质量。经过多