手工培训训练课程及资格认证.ppt

手工焊接培訓課程 及資格認證 內容 p預備工作 p材料 p焊接程序 p清洗 p手工作業標準 1.預備工作 p本錄像教材中,我們將討論通孔元件中焊接所用 的工具、材料以及焊接手法，手工焊接過程中 最重要的角色是焊接操作者 首先你得先做出承 諾 努力作好這件事情 但你還需要良好的培訓 然後要憑著你的經驗和技能把他們結合在一起 ，你的工作質量決定了其他許多人的工作質量 即使是只有一個不良焊點 也會導致整個電子系 統全面癱瘓或偶爾發生故障或焊點偶爾開路成 為間歇故障有些產品中存在這些故障是非常令 人腦火的，而再另一些產品中，間歇故障可能 是危險的甚至是致命的。 1.手工焊接工作台(一) p工作台及其周圍應該始終保持乾淨與整潔 、照明良好，任何灰塵油脂銲錫潑濺物、 絕緣物碎屑以及其他碎片，應該要經常清 理，一個好的建議是用抹布或刷子來做清 理以免弄髒或弄傷你的手，以上所有物品 都可能會污染你所操作的組件。為了防止 健康問題不允許在工作台吃東西或喝飲料 ，你用的錫線可能含鉛，吸入或吞入鉛毒 會對你的健康造成危害。 1.手工焊接工作台(二) p來自於焊料的鉛，可能 會透過你的手和食物傳 入體內，所以焊接之後 甚至僅僅是拿取焊料之 後，必須再吃喝東西之 前洗手手上的食物殘留 ，某些手霜或潔膚用品 也可能會污染引腳焊盤 和焊點； p另外一個焊接引患 是焊接產生的煙霧 ，有些人對焊料溶 化時產生的焊劑煙 霧過敏，排煙系統 有助於排出這些廢 氣，不過可以放心 的是手工焊接溫度 下鉛不會霧化。 1.手工焊接工作台(三) p工作台周圍還有一個看不見的問題，那就 是靜電釋放，簡稱為ESD。當兩個不相同的 物體 相互發生摩擦就會產生靜電，例如抬 腳時，你的鞋子與地板分離會產生靜電荷 並且停留在你的身上，當你接觸導體時身 體上會累積的靜電荷會通過導體釋放。 2.工作台之靜電釋放(一) p某些電子元件極其敏感，可能會被微小的 ESD損壞，所以工作台上不應該存放任何 會產生靜電的物料。 2.工作台之靜電釋放(二) 2.工作台之靜電釋放(三) p腕帶、地板接地和工作台上鋪設抗靜電 桌墊都有助於靜電荷的消除，腕帶是主 要的也是最重要的接地器具，無論是否 採用了其他的預防靜電措施都應該隨時 佩帶。 p腳接地、帶接地鞋或抗靜電工作服，也可 以幫助消除靜電積累，這些用具需要定期 檢查以確保功能正常保證操作者良好接地 。 2.工作台之靜電釋放(四) 3.電烙鐵(一) 電烙鐵基本上分為兩種受控輸出以及無控輸出 p無控輸出電烙鐵的 功率輸出瓦數或熱 輸出範圍從20到 250瓦，這類電烙 鐵已經很少用於先 進電子組件的生產 ，因為不同類型的 工作需要不同的溫 度。 3.電烙鐵(二) p受控輸出型電烙鐵 在焊接操作期間， 無論負載多大始終 保持選擇的焊頭溫 度，有些受控輸出 型電烙鐵 工作於廠 家所設定的特定溫 度下，其他的則可 以通過模擬或數字 控制電路調節溫度 3.電烙鐵(三) p對於烙鐵頭不存在 任何理想溫度，要 根據被焊的零件以 及板子的厚度來決 定，通常攝氏315 度對於表面安裝元 件是一個比較合適 的起始溫度。 4.烙鐵頭的選擇(一) p選擇合適的烙鐵頭 尺寸和形狀非常重 要，傳遞到被焊零 件的熱量，不僅取 決於焊頭溫度，而 且於接觸面積有關 4.烙鐵頭的選擇(二) p圓椎型適用於小面積的熱傳遞，這種焊頭 應該用於小焊盤及需要很少焊料的元件； 螺絲刀型或鑿型焊頭傳遞熱量較大，因為 他可以接觸零件更多的面積。 4.烙鐵頭的選擇(三) p一個通用原則是焊頭寬度應該要等於焊盤 直徑。 5.焊接基本原則 p近可能短的時間完成 以防止過多的熱量傳 遞到板子的鄰近區域 引起熱損傷，焊接一 個點的平均時間 應 該是三秒鐘左右 如 果多於三秒 可能會 對板子和元件造成熱 損傷 。 6.熱損傷(一).白斑 p有時熱損傷在板面上 可以看到，也可能存 在於內層，表面看起 來是一個孤立的白色 斑點，稱之為白斑； 白斑多數不會成為組 件拒收的原因，但肯 定是不理想的情況。 6.熱損傷(二).基板分層 p熱損傷也可能會形成 基版分層，內部分層 有點像基板內的小洞 或空穴，如果再分層 區存在內層導體， 那麼導體間的電絕緣 就會減小或消失，在 高濕環境下會導致電 器問題。 基版分層 6.熱損傷(三).焊盤翹起、基板分離 p過熱也會始於焊盤翹起或 基板分離熱損傷最嚴重的 情況有時甚至在板面根本 看不到，這是一個鍍通孔 的顯微剖面圖，已經被過 熱損傷，當這裡過熱時， 金屬與基板材料不同的膨 脹率導致鍍層的開裂，孔 壁上的這個裂縫會阻止電 信號通過產生信號故障， 這類特別問題在檢查時可 能會看不到，但會造成最 終產品的可靠性問題 。 鍍層的開裂 結論 p在手工焊接中，熱傳遞造成的問題可能 是最嚴重的，同時也是最複雜的，因為 有許多因素與之相關 包括電烙鐵的功率 或瓦數，焊接過程中電烙鐵的溫度補償 時間、烙鐵頭的尺寸或形狀以及烙鐵頭 與零件的接觸時間等等所有這些變量 是根據被焊點的尺寸和類型決定，你將 學習如何根據本教材中所提供的資料和 你的經驗做出正確決定，提高你的焊接 技能。 2.材料 p手工焊接所使用的錫線有很多種，我們使 用的焊料是錫鉛化合物，用錫鉛合金做焊 料是因為他們的熔點低於要連接的金屬， 也就是通常所說的母才錫鉛焊料的熔化溫 度，取決於錫鉛的比例百分之六十的錫和 百分之四十鉛的合金熔點是188度，這種焊 料在攝氏183度時開始便軟但不會溶化，有 時稱之為合金的軟像或塑性狀態在焊料的 塑性狀態下形成的焊點幾乎沒有機械強度 。 60/40錫鉛化合物 63/37錫鉛化合物 p百分之六十三的錫和百分之三十七的鉛 的合金焊料在攝氏183度時熔化，必且不 經過軟像幾乎市從固態直接變成液態， 由於63/37焊料的這些特點：一、熔點比 60/40低五度，被焊零件無須承受更高的 溫度 ；二、 從液態回到固態也是在瞬間 完成，所以63/37被廣泛應用，像63/37 這種沒有塑性狀態的焊料，稱為共金焊 料。 p焊料從液態到固態所需的時間同樣會影 響焊點強度，當焊點在冷卻期間還沒有 完全固化時，任何撞擊或震動都會使得 焊點的電器和物理連接開裂、鬆散甚至 破壞，這種情況常被稱做受擾焊點，如 果焊點呈現折皺或疲勞狀通常表明機械 強度變低，有時甚至引起電器故障。 1.焊點不良的原因 2.錫鉛共金焊料的變量(一) p63/37錫鉛共金焊料的固化時間比其他任 何錫鉛組份焊料都短，這就是說，如果 焊點在冷卻時，不可避免的要經受運動 或擾動，對於共金焊料來說，焊點強度 受影響的時間會比其他非共金焊料短， 不過仍然要堅持等待所有焊料冷卻後， 在移動元件或組件，這是一個很重要的 原則。 2.錫鉛共金焊料的變量(二) p63/37錫鉛共金焊料的固化時間比其他任何 錫鉛組份焊料都短，這就是說，如果焊點 在冷卻時，不可避免的要經受運動或擾動 ，對於共金焊料來說，焊點強度受影響的 時間會比其他非共金焊料短，不過仍然要 堅持等待所有焊料冷卻後，在移動元件或 組件，這是一個很重要的原則；另一個變 量是錫線裡面所含的助焊劑，手工焊接所 用的錫線，大多數中間都有液態的焊劑心 ，焊劑心錫線如同一個能釋放焊劑的管線 ，有點像花園裡澆花用的水管。 3.助焊劑的作用(一) p助焊劑有三個重要作用；第一個也是最重 要的作用除去被焊金屬表面的氧化物或污 染物，被焊接的金屬能看起很乾淨，但是 大多數金屬只要一暴露在空氣中，很快就 會被空氣中的氧氣氧化，你可以把助焊劑 看成一種特殊的肥皂能夠去除金屬的氧化 物或者說把金屬洗乾淨，從而能使他們能 夠很好的結。 3.助焊劑的作用(二) p助焊劑的第二個作用是防止清潔過的金屬 在暴露於氧氣使金屬表面不會再次氧化， 液態的助焊劑會一直覆蓋或保護剛清潔過 的金屬直到被焊料取代。 p助焊劑的第三個作用是輔助烙鐵頭的熱量 傳遞到被焊金屬，例如當你用手去觸摸一 個燒熱的鍋底，假設你快速的收回能感覺 不到鍋的溫度，但是往鍋裡加點油或者其 他液體傳到你手上的熱量會大的多。 3.模擬手工焊接操作畫面 4. p金屬表面都須要達到一定的溫度否則不利於與焊料結合 ，現在將錫線移到焊盤的對面，這時助焊劑與焊料繼續 溶化，液態焊料總是流向熱的地方，這就是為什麼我們 要把錫線移到熱源對面的原因，否則與烙鐵頭相對的焊 盤那邊 可能得不到足夠的焊料，助焊劑被焊料推著在金 屬表面流開完成他的清潔工作，同時將漂浮的污染物帶 走 焊接過程完成後，助焊劑連同氧化物匯聚到焊盤的邊 緣，你看焊料已從化學上結合於，或著說 潤濕在焊盤與 引腳金屬表層 錫鉛和銅在結合區已經形成一種金屬稱為 金屬化合物。 金屬化合層 5.潤濕 p潤濕是用於一個用來描述焊 料與母材用來附著的術語， 焊料潤濕良好的典型特徵是 在表面薄而均勻的擴散形成 平滑流暢的邊緣。 6.不潤濕 p不潤濕的焊料就好像是從金 屬上面長出來的球。 7.利用銅表面了解潤濕 p通過觀察水流過銅片 表面的現象來進一步 了解潤濕，如果銅表 面被氧化或被污染水 會成珠狀，而清潔過 的銅片氧化物被除去 了看看會有什麼不同 ，水沒有成珠。這種 情 我們可以說水潤濕 了銅表面。 氧化 清潔 8.助焊劑的分類(一) 助焊劑歸為三類 1.L型:低活性 2.M型:中活性 3.H型:高活性 8.助焊劑的分類(二) p先來看H型助焊劑 H型助焊劑清潔能力很 強，但是殘留物的活性或者說腐蝕性也很 高，必須徹底清洗板子去除殘留物，當金 屬表母材表面的氧化物難於去除時一般會 使用H型助焊劑。 pM型助焊劑的化學活性和腐蝕性比H型要低 ，但同樣必須徹底洗境以免產生金屬腐蝕 以及電器故障。 8.助焊劑的分類(三) pL型助焊劑一般來說活性相對較弱，實際上 留在板上也沒有什麼腐蝕性。 p多數情況下使用哪種助焊劑是由公司決定 的這是因為所用的助焊劑與清洗系統必須 兼容，但是對你來說重要的是；只能採用 指定的助焊劑，自覺遵守公司制定的關於 使用助焊劑操作標準程序和清洗程序。 9.錫線助焊劑含量(一) p錫線裡面助焊劑的含量的百分比ANSI/J- STD-006標準中有一個表列出了不同厚度 和直徑的錫線可能包含的助焊劑含量，一 般來說這一點在前面以前強調過 錫線的助 焊劑含量越高化學作用越大，但同時板上 的殘留物也越多。 9.錫線助焊劑含量(二) p選擇助焊劑需要考慮的問題很多，應決定 助焊劑確切的類型以及每種應用所需要的 助焊劑含量，焊劑殘留物有時會帶黏性， 這類助焊劑如果在焊接後不立即除掉，灰 塵何其他污染物會沾在上面，有些污染物 有導電能力，這樣會造成漏電甚至短路。 10.錫線的尺寸 p錫線的直徑有許多種，標明直徑的標籤通常粘貼於線捲的 一端，選擇合適的直徑對於手工焊接是非常重要的。例如 當你用很細的錫線去焊接一個很大的連接點將花很長的時 間來熔化是量的焊料，不要忘記焊接時間超過三秒後，即 有可能損壞元件或電路板；同樣如果用很粗的錫線去焊接 一個很小的接點，你可能控制不了加錫量，恰當的選擇錫 線直徑是學習過程的經驗積累，我們的建議是錫線的直徑 略小於焊盤的二分之一 。 3.焊接程序 p這章節裡，我們將學習通孔元件的焊接技巧；我們還 將討論烙鐵頭的上錫和維護以及說明如何去除板上的 殘留物和識別各種缺陷焊點。在手工焊接課程的第一 章節裡我們討論了電烙鐵焊料的種類和助焊劑，在這 章節裡我們將學習如何將通孔元件用手工焊接至硬製 電路板上，我們還將討論助焊劑，助焊劑殘留物和清 洗要求，然後我們將觀察一些合格的和有缺陷的手工 焊點。 p讓我們先來說明組裝過程中哪些地方適合 手工焊接，生產中的焊接大多由自動化設 備完成，這些設備可以一次焊接成百上千 個焊點，但是有些熱敏感元件不能承受像 波峰焊這樣的高溫 ，還有波峰焊後檢查出 來的有缺陷元件需要從板上拆下來，這時 也要用手工焊換上新元件，無論是什麼原 因需要手工焊接都要求焊點在物理上和電 器上具有一定的強度。 1.使用手工焊接的時機 p手工焊接過程應該始終從烙鐵頭上錫開始 或者說這是在做準備，在前一章節裡我們 解釋了被焊金屬表面如何形成氧化，烙鐵 頭也化發生這樣的氧化，氧化物對熱起了 屏障或隔離的作用，意思是他會減低熱傳 遞的效率，一個氧化的烙鐵頭能阻止熱能 快速傳遞到被焊金屬，注意觀察一下用上 過錫的烙鐵頭和氧化的烙鐵頭焊接同一個 焊點所用的時間是不同的。 2.手工焊接的過程 p上錫過程首先是將熱的烙鐵頭在濕海綿上擦兩到三下， 這樣可以擦掉雜質和氧化物，但不至於使頭的溫度降低 過多，如果擦的次數過多或插入海綿裡又或者海綿太濕 ，都會使頭的溫度太低以致於不能上錫，把焊劑型錫線 放在烙鐵頭上，焊料裡的焊劑先流動以化學的方式除去 頭上的氧化物，然後焊料流過頭的表面形成閃亮的外層 上錫完成了，對於新使用的烙鐵頭上錫尤其重要，每換 上一個新的烙鐵頭很重要的一件事是立即上錫，否則這 個頭可能變成不可上錫或者說沒法用了，焊接操作中應 該根據需要經常上錫，只要看到烙鐵頭不乾淨或不亮了 就說明你已經很長時間沒有上錫了，加熱會使烙鐵頭氧 化如使利害以致於不能用，無論你要將電烙鐵放置多長 時間熔一些錫在上面是一個好習慣，這個焊料保護層可 以阻止氧氣接近金屬頭使其不至於嚴重氧化，當較長時 間內不用時最好關掉電源。 2.電烙鐵的使用原則(一) 2.電烙鐵的使用原則(二) p有些電烙鐵的加熱段及頭與手柄之間也會發 生氧化，如果不除去這些氧化物，他會降低 熱的傳遞速度，使烙鐵頭不能迅速達到焊接 溫度，這時可以使用精細研磨劑或鋼刷除去 氧化，使用鋼刷應遠離工作台以免弄髒工作 區，準備好烙鐵頭後可以開始焊接了，我們 將使用溫控烙鐵和鑿型烙鐵頭，頭的溫度設 在攝氏370度、選用0.5毫米線徑的63/37共 金焊料，焊劑是低活性L型，為了釋放焊接 的基本技法先以通孔零件圓形引腳焊接為例 ，通常這類焊接僅須幾秒完成。 3.電烙鐵的使用過程(一) .文字說明 p但是為了說明裡面的每一個細節，中間會有 停頓，輕輕的將上過錫的乾淨烙鐵頭 在引 腳焊盤處，熱開始傳遞現在應該用錫線迅速 的接觸烙鐵頭 溶化適當的焊料和助焊劑於 金屬之間剛好夠形成熱橋，接著將錫線移到 焊點對面，烙鐵頭仍然保持引腳和焊盤，當 焊點處溶化了足夠的焊料，拿走錫線接著拿 開電烙鐵，然後我們來檢查焊點的外觀，一 個理想或目標焊點的外觀應該具備以下特徵 ；所有的金屬都應該被焊料覆蓋，而引腳的 輪廓在焊點中仍然清晰可辨。 3.電烙鐵的使用過程(二) .圖示 p所有的動作很快完成，讓我再次回顧這一過程，著重 指出手工焊接操作中，應避免的問題。 4.電烙鐵應避免的問題(一) p烙鐵頭應該輕輕的接觸要焊的物件，用力向下壓不會 讓熱傳遞的更快，而只可能損傷焊盤或基板，第一次 往烙鐵頭處加錫的量應該控制，如果將焊點所需的錫 量一次全部加在頭上，流到對面的錫肯定不夠，記住 焊料總是流向熱而焊劑則背熱而流。 4.電烙鐵應避免的問題(二) p另一個問題是多錫或少 錫，如果移開錫線的時 機不對結果就會是這樣 。 p另一個問題是如果我們先 移開烙鐵頭我們必須再次 加熱焊點才能拿走錫線， 仔細觀察再次加熱的焊點 有什麼變化沒有，焊點不 像原來那樣光滑或閃亮。 4.電烙鐵應避免的問題(三) p這回我們再次加熱焊點時， 用點助焊劑又會是什麼情況 呢？你看焊點如同開始時一 樣光滑，所以無論什麼時候 熔化焊料永遠都需要加助焊 劑或者是用帶焊劑心的錫線 或者是另外加。 4.電烙鐵應避免的問題(四) p如果某個元件對熱特別敏感應該加裝散熱器幫 助吸收熱量，散熱器裝在引腳上靠近焊盤處防 止元件過熱而損壞，在非常厚的多層板上，一 般會有高熱鎔的內地線層或電源層，手焊之前 可能需要對整板進行預熱，預熱可以使機板和 被焊零件 先升到焊接的溫度 有助於加快焊接 以及降低對機板的熱衝擊，另一個加速焊接的 方法是在孔的兩面同時加熱，有助於熱量更快 的從頭到尾傳遍通孔，焊接時只能從一面加錫 。 4.清洗 助焊劑殘留物可能帶黏性或腐蝕性,在討論焊劑 清洗技術之前,還有必要指出有些特殊焊劑是專門設 計可留在板上的,這種設計思想,來自於從根本上消除 焊劑清洗過程,節省時間和財力物力，並減少各種化 學劑的使用對環境的危害，IPC有一個完整的視像 教材專門論述採用免洗或低活性焊劑的手工焊接技 術 1.助焊劑的使用原則 p如果你用的是這種焊劑可以放心的省去清洗過程，對於 需要清洗的焊劑，一般是在手工焊接後立即清洗焊劑殘 留物，大多採用適當的清洗劑進行局部刷洗，一般是由 公司選購合適的清洗劑，可能是水機的或著是溶劑型的 ，取決於所用的焊劑類型，應該始終堅持在焊接後立即 進行清洗操作，否則焊劑殘留物會變硬甚至難於清洗， 我們常用吸濕性好 無纖維 不產生靜電釋放的軟布來擦 除殘留物 以免其擴散 即使如此 有些焊劑仍會藏在元件 底部 甚至會形成一層看不見的薄膜 如果要求高標準的 清潔度 還必須用機器清洗 清洗整個組件的設備有水清 洗以及溶劑清洗兩種 所選擇的清洗機適用的清洗工藝 必須與焊劑兼容 有些組件和特殊元件 會被清洗液損壞 再把組件放置於任何清洗劑之前 千萬要搞清楚 兩者的 兼容性。 5.手工作業標準 p最後這一節，我們將檢查典型的手工焊接通孔元件焊點 的特徵，然後我們將觀察一些各種各樣的可接受或不可 接受的焊點。 p前面我們討論過潤濕概 念，還記得焊料是如何 薄勻平滑的向焊盤周圍 和引腳擴散。 理想焊點 焊點內灣或呈凹面焊料覆蓋所有焊盤和引腳 焊點光滑閃亮引腳輪廓在焊料內清晰可見 理想焊點範例 非理想但可接受焊點(一) p焊料有點少、潤濕還不錯，焊料覆蓋平滑、焊縫呈凹 面即，使焊料偏少，但來足以接受 非理想但可接受焊點(二) p另一個焊點，焊料偏多，這時重要的是看焊 料與母材間的接觸角。 良好潤濕的定義 p良好的潤濕，表現 為接觸角不大於 90度即直角或銳 角，接觸角越小、 潤濕越好。 可接受焊點的定義 p良好的潤濕，表現 為接觸角不大於 90度即直角或銳 角，接觸角越小、 潤濕越好。 不理想 焊點 1.冷焊點 p焊點的表面比較黯 淡 還有顆粒 這通 常是由加熱不足引 起的 2.受擾焊點 p可以