电子工艺焊接工艺

第四讲电子元器件的插装与焊接4.1印制电路板组装的工艺流程4.2电子装配的静电防护4.5电子工业生产中的焊接方法4.3电子元器件的插装4.6焊接质量的分析及拆焊4.7实践项目印制电路板的手工装配工艺是作为一名电子产品制造工应掌握基本技能。了解生产企业自动化焊接种类及工艺流程，熟悉焊点的基本要求和质量验收标准，是保证电子产品质量好坏的关键。本章将介绍印制电路板组装的工艺流程、静电防护知识、电子元器件的插装、手工焊接工艺要求，在此基础上进一步了解自动化焊接的工艺流程及生产设备，焊点的质量检验和分析4.4手工焊接工艺4.1印刷电路板组装的工艺流程4.1.1印刷电路板组装工艺流程介绍印制电路板组装通常可分为自动装配和人工装配两类，自动装配主要指自动贴片装配（SMT）、自动插件装配（AI）和自动焊接，人工装配指手工插件、手工补焊、修理和检验等。1．印制电路板手工组装的工艺流程按工艺文件归类元器件整形插件焊接剪脚检查修整元器件整形机手工插件生产线电路板剪脚机手工浸锡炉2．印制电路板自动装配工艺流程（1）单面印制电路板装配整形插件波峰焊修板ICT后配掰板点检PCT（2）单面混装印制电路装配点胶贴片固化翻版跳线卧插竖插波峰焊修板跳线机、轴向插件机（插竖装元件）径向插装机（插卧装元件）自动化装配生产线常用的设备4.1.2印刷电路板装配的工艺要求1．元器件加工处理的工艺要求元器件在插装之前，必须对元器件的可焊接性进行处理，若可焊性差的要先对元器件引脚镀锡。元器件引脚整形后，其引脚间距要求与印制电路板对应的焊盘孔间距一致元器件引脚加工的形状应有利于元器件焊接时的散热和焊接后的机械强度。2．元器件在印制电路板插装的工艺要求⑴元器件在印制电路板插装的顺序是先低后高，先小后大，先轻后重，先易后难，先一般元器件后特殊元器件，且上道工序安装后不能影响下道工序的安装。⑵元器件插装后，其标志应向着易于认读的方向，并尽可能从左到右的顺序读出。⑶有极性的元器件极性应严格按照图纸上的要求安装，不能错装。⑷元器件的安装高度应符合规定的要求，同一规格的元器件应尽量安装在同一高度上。⑸机器插装的元器件引脚穿过焊盘应保留2~3mm长度，以利于焊脚的打弯固定和焊接。⑹元器件在印制电路板上的插装应分布均匀，排列整齐美观，不允许斜排、立体交叉和重叠排列；不允许一边高，一边低；也不允许引脚一边长，一边短。3．印刷电路板焊接的工艺要求焊点的机械强度要足够焊接可靠，保证导电性能焊点表面要光滑、清洁4.2电子装配的静电防护静电是一种物理现象,当高输入内阻的元器件带有静电时就可能产生很高的电压,使元器件损坏，电子装配时,防静电是一项很重要的工作。4.2.1静电产生的因素1．静电产生的因素不同的物体相互接触时，一个物体失去一些电子而带正电，电子转移到另外一个物体上并使其带负电。若在物体分离的过程中电荷难以中和，积累在物体上的电荷就形成了静电。2．电子产品制造中的静电源（1）人体的活动产生的静电电压约0.5~2kV,人体带电后触摸到地线，会产生放电现象.（2）化纤或棉制工作服与工作台面、座椅摩擦时，可在服装表面产生6000V以上的静电电压，并使人体带电。（3）橡胶或塑料鞋底的绝缘电阻高达1013Ω，当与地面摩擦时产生静电，并使人体带电。（4）树脂、漆膜、塑料膜封装的器件放入包装中运输时，器件表面与包装材料摩擦能产生几百伏的静电电压，对敏感器件放电。（5）用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚内乙烯)、PVR(聚胺脂)、PVC和聚脂、树脂等高分子材料制作的各种包装、料盒、周转箱、PCB架等都可能因摩擦、冲击产生1~3.5kV静电电压，对敏感器件放电。（6）普通工作台面，受到摩擦产生静电。（7）混凝土、打腊抛光地板、橡胶板等绝缘地面的绝缘电阻高，人体上的静电荷不易泄漏。（8）电子生产设备和工具方面，例如电烙铁、波峰焊机、回流焊炉、贴装机、调试和检测等设备内的高压变压器、交／直流电路都会在设备上感应出静电。烘箱内热空气循环流动与箱体摩擦、CO2低温箱冷却箱内的CO2蒸汽均会可产生大量的静电荷。3．静电敏感器件(SSD)对静电反应敏感的器件称为静电敏感元器件(SSD)。静电敏感器件主要是指超大规模集成电路，特别是金属化膜半导体(MOS电路)。SSD元件会因不正确的操作或处理而失效或发生元器件性能的改变。这种失效可分为即时和延时两种。即时失效可以重新测试、修理或报废；而延时失效的结果却严重得多，即使产品已经通过了所有的检验与测试，仍有可能在送到客户手中后失效。4.2.2静电的危害1．静电释放（ESD）静电释放（ESD）是一种由静电源产生的电能进入电子组件后迅速放电的现象。当电能与静电敏感元件接触或接近时会对元器件造成损伤。静电敏感元件就是容易受此类高能放电影响的元器件。2．电气过载（EOS）电气过载（EOS）是某些额外出现的电能导致元器件损害的结果。这种损害的来源很多，如：电力生产设备或操作与处理过程中产生的电气过载。例如在第一个阿波罗载人宇宙飞船中，由于静电放电导致爆炸，使三名宇航员丧生；在火药制造过程中由于静电放电(ESD)，造成爆炸伤亡的事故时有发生。在电子产品制造中以及运输、存储等过程中所产生的静电电压远远超过MOS器件的击穿电压，往往会使器件产生硬击穿或软击穿(器件局部损伤)现象，使其失效或严重影响产品的可靠性。4.2.3电子装配的静电防护1．静电防护原理（1）对可能产生静电的地方要防止静电积累，采取措施使之控制在安全范围内（2）对已经存在的静电积累应迅速消除掉，即时释放。2．静电防护方法(1)使用防静电材料。采用表面电阻l×105Ω·cm以下的所谓静电导体，以及表面电阻1×105Ω·cm～1×108Ω·cm的静电亚导体作为防静电材料。例如常用的静电防护材料是在橡胶中混入导电炭黑来实现的，将表面电阻控制在1×106Ω·cm以下。(2)泄漏与接地。对可能产生或已经产生静电的部位进行接地，提供静电释放通道。采用埋地线的方法建立“独立”地线，要求地线与大地之间的电阻＜10Ω。（3）非导体带静电的消除：用离子风机产生正、负离子，可以中和静电源的静电。用静电消除剂擦洗仪器和物体表面，消除物体表面的静电。控制环境湿度提高非导体材料的表面电导率，使物体表面不易积聚静电。采用静电屏蔽罩，并将屏蔽罩有效接地。电子装配生产线上常使用的防静电器材(a)防静电工作服、帽(b)防静电手套(C)防静电鞋(d)防静电指套(e)防静电手套环(f)防静电周转箱、盒4.3电子元器件的插装电子元器件插装要求做到整齐、美观、稳固。同时应方便焊接和有利于元器件焊接时的散热。4.3.1元器件分类与筛选1．元器件的分类在手工装配时，按电路图或工艺文件将电阻器、电容器、电感器、三极管，二极管，变压器，插排线、座，导线，紧固件等归类。机器自动化电装配应严格按工艺文件和生产数量有序地将元器件放在插件机上。自动化装配一般使用盘式或带式包装元器件。2．元器件的筛选用通用和专用的筛选检测装备和仪器来对元器件进行外观质量筛选和电气性能的筛选，以确定其优劣，剔除那些已经失效的元器件。4.3.2元器件引脚成形1．元器件整形的基本要求（1）所有元器件引脚均不得从根部弯曲，一般应留1.5mm以上。因为制造工艺上的原因，根部容易折断。（2）手工组装的元器件可以弯成直角，但机器组装的元器件弯曲一般不要成死角，圆弧半径应大于引脚直径的1～2倍。（3）要尽量将有字符的元器件面置于容易观察的位置。2．元器件的引脚成形（1）手工加工的元器件整形弯引脚可以借助镊子或小螺丝刀对引脚整形（2）机器加工的元器件整形元器件的机器整形是用专用的整形机械来完成，其工作原理是，送料器用震动送料方式送三极管，用分割器定位三极管，第一步先把左右两边的引脚折弯成型；第二步将中间引脚向后或向前折弯成型机器加工的元器件引脚三极管专用整形机器整形后的元器件4.3.3插件技术1．元器件插装的原则⑴手工插装、焊接，应该先插装那些需要机械固定的元器件，如功率器件的散热器、支架、卡子等，然后再插装需焊接固定的元器件。插装时不要用手直接碰元器件引脚和印制板上铜箔。⑵自动机械设备插装、焊接，就应该先插装那些高度较低的元器件，后安装那些高度较高的元器件，贵重的关键元器件应该放到最后插装，散热器、支架、卡子等的插装，要靠近焊接工序5432176印制电路板的元器件装配顺序2．元器件插装的方式（1）直立式电阻器、电容器、二极管等都是竖直安装在印刷电路板上的（2）俯卧式二极管、电容器、电阻器等元器件均是俯卧式安装在印刷电路板上的（3）混合式。为了适应各种不同条件的要求或某些位置受面积所限，在一块印刷电路板上，有的元器件采用直立式安装，也有的元器件则采用俯卧式安装。3．长短脚的插焊方式（1）长脚插装（手工插装）插装时可以用食指和中指夹住元器件，再准确插入印制电路板(a)长脚元器件的插装(b)长脚元器件的焊接(c)长脚元器件的剪脚（2）短脚插装短脚插装的元器件整形后，引脚很短，所以，都用自动化插件机器插装，且靠板插装，当元器件插装到位后，机器自动将穿过孔的引脚向内折弯，以免元器件掉出。4.4手工焊接工艺手工焊接是每一个电子装配工必须掌握的技术，也是业余维修人员的一项技艺，正确选用焊料和焊剂，根据实际情况选择焊接工具，是保证焊接质量的必备条件。4.4.1焊料与焊剂1．焊料能熔合两种或两种以上的金属，使之成为一个整体的易熔金属或合金都叫焊料。常用的锡铅焊料中，锡占62.7%，铅占37.3%。这种配比的焊锡熔点和凝固点都是183℃，可以由液态直接冷却为固态，不经过半液态，焊点可迅速凝固，缩短焊接时间，减少虚焊，该点温度称为共晶点，该成分配比的焊锡称为共晶焊锡。共晶焊锡具有低熔点，熔点与凝固点一致，流动性好，表面张力小，润湿性好，机械强度高，焊点能承受较大的拉力和剪力，导电性能好的特点。2．助焊剂助焊剂是一种焊接辅助材料，其作用如下：(1)去除氧化膜。其实质是助焊剂中的氯化物、酸类同焊接面上的氧化物发生还原反应，从而除去氧化膜。反应后的生成物变成悬浮的渣，漂浮在焊料表面。(2)防止氧化。液态的焊锡及加热的焊件金属都容易与空气中的氧接触而氧化。助焊剂融化以后，形成漂浮在焊料表面的隔离层，防止了焊接面的氧化。(3)减小表面张力。增加熔融焊料的流动性，有助于焊锡润湿和扩散。(4)使焊点美观。合适的助焊剂能够整理焊点形状，保持焊点表面的光泽。常用的助焊剂有松香、松香酒精助焊剂、焊膏、氯化锌助焊剂、氯化铵助焊剂等。在电子电气制品焊接中常采用中心夹有松香助焊剂、含锡量为61％的39锡铅焊锡丝，也称为松香焊锡丝4.4.2焊接工具的选用电烙铁是进行手工焊接最常用的工具，它是根据电流通过加热器件产生热量的原理而制成的。1.普通电烙铁普通电烙铁有内热式和外热式，普通电烙铁只适合焊接要求不高的场合使用。功率一般为20~50W。内热式电烙铁的发热元器件装在烙铁头的内部，从烙铁头内部向外传热，所以被称为内热式电烙铁。它具有发热快，热效率达到85～90%以上，体积小、重量轻和耗电低等特点。内热式普通电烙铁外形内热式普通电烙铁内部结构2．恒温电烙铁恒温电烙铁的重要特点是有一个恒温控制装置，使得焊接温度稳定，变化极小恒温电烙铁可以用来焊接较精细的印制电路板，如手机电路板等。(1)数字显示恒温烙铁数字显示的恒温烙铁能将烙铁的温度实时地显示出来，方便、直观、便于控制。(2)无显示恒温烙铁无显示的恒温烙铁的主要特点是价格低廉数字显示恒温烙铁无显示恒温烙铁.3.吸锡器和吸锡电烙铁吸锡器是实际是一个小型手动空气泵，压下吸锡器的压杆，就排出了吸锡器腔内的空气；释放吸锡器压杆的锁钮，弹簧推动压杆迅速回到原位，在吸锡器腔内形成空气的负压力，就能够把熔融的焊料吸走。吸锡烙铁是一种既可以吸锡，又可以焊接的特殊电烙铁，它是集拆、焊元器件为一体的新型电烙铁。它的使用方法是：电源接通3～5s后，把活塞按下并卡住，将锡头对准欲拆元器件引脚，待锡熔化后按下按钮，活塞上升，焊锡被吸入管。吸锡器吸锡电烙铁4.热风枪热风枪又称贴片电子元器件拆焊台。它专门用于表面贴片安