无铅焊培训教材

1、无铅焊培训教材焊接的分类1.0软焊：操作温度不超过4002.0硬焊：操作温度400800 3.0熔接：操作温度800 以上 波峰焊的发展1.0手焊 2.0浸焊 此为最早出现的简单做法，系针对焊点较简单的大批量焊接法，系将安插完毕的板子，水平安装在框架中直接接触熔融锡面，而达到全面同时焊妥的做法。3.0波峰焊 系利用已融之液锡在马达帮浦驱动下，向上扬起的单波或双波，对斜向上升输送而来的板子，从下向上压迫使液锡进孔，或对点胶定位SMT组件的空脚处，进行填锡形成焊点，称为波峰。 波峰焊接机理 基本上，波峰焊接由三个子过程组成： 1 过助焊剂、 2 预热 3 焊接。优化波峰焊接过程意味着优化这三个子过

2、程。 助焊剂的作用 1.除去焊接表面的氧化物2.防止焊接时焊料和焊接表面再氧化化3.降低焊料表面张力4.有助于热量传递到焊接区 助焊剂 分类1.1泡沫型Flux 系将“低压空气压缩机”所吹出的空气，经过一种多孔的天然石块或塑料制品与特殊滤蕊等，使形成众多细碎的气泡，再吹入助焊剂储池中，即可向上扬涌出许多助焊剂泡沫。当组装板通过上方裂口时，于是板子底面即能得到均匀的薄层涂布。并在其离开前还须将多余的液滴，再以冷空气约50-60度之斜向强力吹掉，以防后续的预热与焊接带来烦恼。并可迫使助焊剂向上涌出各PTH的孔顶与孔环，完成清洁动作。 助焊剂本身则应经常检测其比重，并以自动添加方式补充溶剂中挥发成份

3、的变化。 助焊剂分类2.0喷洒型常用于免洗低固体形物之助焊剂，对早先松香型固形较高的助焊剂则并不适宜。由于较常出现堵塞情况，其协助喷出之气体宜采氮气，既可防火又能减低助焊剂受氧化的烦恼。其喷射的原理也有数种不同的做法，如采用不锈钢之网状滚筒自液中带起液膜，再自筒内向上吹出成雾状，续以涂布。 助焊剂分类直接用帮浦及喷口向上扬起液体，于狭缝控制下，可得一种长条形的波峰，当组装板底部通过时即可进行涂布。此方法能呈现液量过多的情形，其后续气刀的吹刮动作则应更为彻底才行。 焊接基本条件2.0预热（preheating) 2.1可赶走助焊剂中的挥发性成份。2.2提升板体与零件的温度，减少瞬间进入高温所造成

4、的热应力的各种危害。2.3增加助焊剂的活性与能力，更易清除待焊表面的氧化物与污物，增加可焊性。 焊锡丝系将各种锡铅重量比率所成的合金，再另外加入夹心在内的固体助焊剂焊芯，而抽拉制成的金属条丝状焊料，可用以焊连与填充而成为具有机械强度的焊点者称之。其中的助焊剂要注意是否有腐蚀性，焊后残渣的绝缘电阻是否够高，以免造成后续组装板电性能绝缘不良的问题。有时发现焊丝中助焊剂的效力不足时，也可另外加液态助焊剂以助其作用，但要小心注意此等液态助焊剂的后续离子污染性。 空板烘烤除湿为了避免电路板吸水而造成高温焊接时的爆板，溅锡，吹孔，焊点空洞等困扰起见，已长期储存的板子(最好20，RH30%)应先行烘烤，以除

5、去可能吸入的水份。其作业温度与时间如下： 温度 时间(hrs) 120 3.5-7小时 100 8-16小时 80 18-48小时 提高波峰质量的方法1为波峰焊接设计PCB。 没有适当的PCB设计，只通过控制过程变量是不可能减少缺陷率的。适当的为波峰焊接设计PCB，应该包括正确的元件分布、波峰焊接焊盘设计。 手插板孔径与引线线径的差值，应在0.20.3机插板与引线线径的差值，应在0.40.55如差值过小，则影响插件，如差值过大，就有一定几率的“虚焊”几险。如焊盘偏小，则锡量不足，偏大，则焊点扁平，都会造成焊接面小，导电性能差，只有适当，才会得质量好的焊点。 2.0 PCB平整度控制波峰焊接对印

6、制的平整度要求很高,一般要求翘曲度小于0.5mm.尤其是某些印制板只有1.5mm左右,其翘曲度要求更高,否则无法保证焊接质量. 2.0妥善保存印制板及元件,尽量缩短储存周期 在焊接中,无法埃,油脂,氧化物的铜墙铁壁箔及元件引线有利于形成合格的焊点,因此印制板及元件应保存在干燥,清洁的环境下,并且尽量缩短储存周期.对于放置时间较长的印制板,其表面一般要做清洁处理,这样可提高可焊性,减少虚焊和桥接,对表面有一定程度氧化的元件引脚,应先除去其表面氧化层. 3.0 助焊剂质量控制提高波峰质量的方法目前,波峰焊接所采用的助焊剂多为免清洗助焊剂.选择助焊剂时有以下要求:1.0 熔点比焊料低2.0 浸润扩散

7、速度比熔化焊料快;3.0 粘度和比重比焊料低;4.0 在常温下贮存稳定; 4.0 焊料质量控制 锡铅焊料在高温下不断氧化,使锡锅中锡-铅焊料含量不断下降,偏离共晶点,导致流动性差,出现连焊,虚焊,焊点强度不够等质量问题.可采用以下几个方法来解决这个问题;1. 添加氧化还原剂,使已氧化的SnO还原为Sn2. 不断除去浮渣3. 每次焊接前添加一定量的锡4. 采用氮气保护,让氮气把焊料与空气隔绝开,取代普通气体,这样就避免浮渣的产生. 5.0预热温度的控制预热的作用1 使用权助焊剂中的溶剂充分发挥,以免印制板通过焊锡时,影响印制板的润湿和焊点的形成;2 使印制板在焊接前达到一定温度,以免受到热冲击产

8、生翘曲变形. 6.0焊接轨道角度的控制焊接轨道对焊接效果较为明显当倾角太小时,较易出现桥接,特别是焊接中,SMT器件的“遮蔽区”更易出现桥接;而倾角过大,虽有利于桥接的消除,但焊点吃锡量太小,容易产生虚焊. 7.0波峰高度波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化,应在焊接过程中进行适当的修正,以保证理想高度进行焊接波峰高度,以压锡深度为PCB1/2-1/3为准. 8.0 焊接温度的控制焊接温度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数焊接温度过低,焊料的扩展率,润湿性变差,使焊盘或元器件焊端由于不能充分润湿,从而产生虚焊,拉尖,桥接等缺陷;焊温度过高时,则加速了焊盘,元器件引脚及焊料的氧化,易产生

9、虚焊. 4.0波峰焊工艺条件控制对于不同的波峰焊机，由于其波峰南的宽窄不同，必须调节印制板的传送速度，使焊接时间大于2.5秒。预热温度与焊剂比重的控制控制一定的焊剂比重和预热温度，使印制板进入锡锅时，焊剂中的溶剂挥发得差不多，但又不太干燥，便能最大限度地起到助焊剂性作用，即使零交时间最短，润湿力最大。如未烘干，则温度较低，焊接时间延长，通过锡峰的时间不足；如烘得过干，则助焊剂性能降低，起不到去除氧化层的作用； 波峰焊工艺条件控制1，助銲劑比重。2預熱溫度。3輸送機速度。4噴流嘴與基板之距離。5銲錫浸潤度。6銲錫溫度。 1助銲劑比重:為了防止冷銲，故最適的比重範田為 0.8300.850。它含左

10、右固體含有量之流動性。當助銲劑的比重高時，則基板上之助銲用殘量增加，因銲錫波尾部助銲劑不足，導致產生鍚橋現象。當助銲劑本身的固體含有量多時，則妨礙銲鍚之流動而引起冷銲現象。為了銲鍚要有良好的濡潤性起見，必須要有一定量以上的助銲劑固體含有量，為了防止冷銲，故使用濡潤性良好程度的助銲劑量。相反的若固體含有且過多的話，則產生反效果，故必須在最適的比重範圍內使用。 2預熱:在助銲用不受壞之範圍內，溫度高，可減少銲接之不良。預熱溫度，設定在零件耐熱可靠度之最高點且溫度能夠加以限制。助銲劑有惡化溫度，當溫度達到160C以上時，即使將氧化膜除去，也會再氧化，故在不惡化之範圍內，採用最高溫度較好。(助銲劑之特

11、性，當預熱溫度低時，則容易流動，相反的當預熱溫度高時，則基板之翹曲變大) 3輸送機速度:為了防止冷銲，輸送機速度最好慢一些。為了防止鍚橋，在零件形狀和銲錫之流速關係裡，採用最合適之範圍。錫橋之防止方面輸送機速度與銲錫流速有相對之關係，在一定的速度條件下，存在著產生鍚橋最少的範圍。為了防止冷銲，浸潤時間最好長些。(當輸送機速度慢時，助銲劑便流動有時會引起銲接不良，故必須試整浸潤時間。 4銲錫噴嘴和基板之距離:基板位可能接近噴嘴。當往基板之表面壓力離開時，則呈橫方向的力。當波高變窄時，垂直方向的力便受大，則能保持銲錫的均勻流動(基板與噴嘴接近)。 5銲鍚浸潤深度:在防止冷銲方面，一次噴流時採用深浸

12、潤，而在防止錫橋方面，二次側採用淺浸潤。在防止未銲方面，浸潤深度最好深些，在防止錫橋方面浸潤深度最好淺些。雙重波的情形;在防止冷銲方面，採用一次噴流。在防止錫橋方面，採用二次噴流。故一次側設定較深，二次側設定較淺。 6銲錫溫度:在助銲劑不受壞的範圍內，銲錫溫度最好高些。就自動銲接設備的防止不良發生對策而言，在選擇機器參數的基本條件而進行分散分析之同時，助銲劑也有最適的要素條件，故同時必須檢討機器參數。當不良發生被限定時，例如，在同一個地方，連續的發生不良時，必須對包括基板之設計變更，全部重新下對策。 波峰焊錫作業中問題點與改善方法1.沾錫不良 POOR WETTING:這種情況是不可接受的缺點

13、,在焊點上只有部分沾錫.分析其原因及改善方式如下:1-1.外界的污染物如油,脂,臘等,此類污染物通常可用溶劑清洗,此類油污有時是在印刷防焊劑時沾上的. 波峰焊錫作業中問題點與改善方法1-2.SILICON OIL 通常用於脫模及潤滑之用,通常會在基板及零件腳上發現,而 SILICON OIL 不易清理,因之使用它要非常小心尤其是當它做抗氧化油常會發生問題,因它會蒸發沾在基板上而造成沾錫不良. 波峰焊錫作業中問題點與改善方法1-3.常因貯存狀況不良或基板製程上的問題發生氧化,而助焊劑無法去除時會造成沾錫不良,過二次錫或可解決此問題.1-4.沾助焊劑方式不正確,造成原因為發泡氣壓不穩定或不足,致使

14、泡沫高度不穩或不均勻而使基板部分沒有沾到助焊劑.1-5.吃錫時間不足或錫溫不足會造成沾錫不良,因為熔錫需要足夠的溫度及時間WETTING,通常焊錫溫度應高於熔點溫度50至80之間,沾錫總時間約3秒. 2.局部沾錫不良 DE WETTING:此一情形與沾錫不良相似,不同的是局部沾錫不良不會露出銅箔面,只有薄薄的一層錫無法形成飽滿的焊點. 3.冷焊或焊點不亮 COLD SOLDER OR DISTURRED SOLDER JOINTS:焊點看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊錫正要冷卻形成焊點時振動而造成,注意錫爐輸送是否有異常振動. 4.焊點破裂 CRACKS IN SOLDER FILLET:

15、此一情形通常是焊錫,基板,導通孔,及零件腳之間膨脹係數,未配合而造成,應在基板材質,零件材料及設計上去改善. 5.焊點錫量太大 EXCES SOLDER:5.焊點錫量太大 EXCES SOLDER:通常在評定一個焊點,希望能又大又圓又胖的焊點,但事實上過大的焊點對導電性及抗拉強度未必有所幫助.5-1.錫爐輸送角度不正確會造成焊點過大,傾斜角度由1到7度依基板設計方式?#123;整,一般角度約3.5度角,角度越大沾錫越薄角度越小沾錫越厚.5-2.提高錫槽溫度,加長焊錫時間,使多餘的錫再回流到錫槽. 波峰焊錫作業中問題點與改善方法5-3.提高預熱溫度,可減少基板沾錫所需熱量,曾加助焊效果.5-4.

16、改變助焊劑比重,略為降低助焊劑比重,通常比重越高吃錫越厚也越易短路,比重越低吃錫越薄但越易造成錫橋,錫尖. 焊接前对印制板质量及元件的控制焊盘设计设计插件元件焊盘时，焊盘大小尺寸设计应合适。焊盘太大，焊料铺展面积较大，形成的焊点不饱满，而较小的焊盘铜箔表面张力太小，形成的焊点为不浸润焊点。孔径与元件线的配合间隙太大，容易虚焊，当孔径比引线宽0.050.2mm,焊盘直径的22.5倍时，是焊接比较理想的条件。 在设计贴片元件焊盘时，应考虑以下几点为了尽量去除“阴影效应”，SMD的焊端或引脚应正着锡流的方向，以利于与锡流的接触，减少虚焊和漏焊。波峰焊时推荐采的元件布置方向如图1所示。波峰焊接不适于细

17、间距QFP、PLCC、BGA和小间距SOP器件焊接，也就是说在要波峰焊接的这一面尽量不要布置这类元件。较小的元件不应排在较大元件后，以免较大元件妨碍锡流与较小元件的焊盘接触，造成漏焊 PCB平整度控制波峰焊接对印制板的平整度要求很高，一般要求翘曲度要小于0.5mm要做平整处理。尤其是某些印制板厚度只有1.5mm左右，其翘曲度要求就更高，否则无法保证焊接质量。 1.3 妥善保存印制板及元件，尽量缩短储存周期在焊接中，无尘埃、油脂、氧化物的铜箔及元件引线有利于形成合格的焊点，因此印制板及元件应保存在干燥、清洁的环境下，并且尽量缩短储存周期。对于放置时间较长的印制板，其表面一般要做清洁处理，这样可提

18、高可焊性，减少虚焊和桥接，对表面有一定程度氧化的元件引脚，应先除去其表面氧化层。 2.1 助焊剂质量控制助焊剂在焊接质量的控制上举足轻重，其作用是：（1）除去焊接表面的氧化物；（2）防止焊接时焊料和焊接表面再氧化；（3）降低焊料的表面张力；（4）有助于热量传递到焊接区。目前，波峰焊接所采用的多为免清洗助焊剂。选择助焊剂时有以下要求：（1）熔点比焊料低；（2）浸润扩散速度比熔化焊料块；（3）粘度和比重比焊料小；（4）在常温下贮存稳定。 2.2 焊料的质量控制锡铅焊料在高温下（2500C）不断氧化，使锡锅中锡-铅焊料含锡量不断下降，偏离共晶点，导致流动性差，出现连焊、虚焊、焊点强度不够等质量问题。

19、可采用以下几个方法来解决这个问题：添加氧化还原剂，使已氧化的SnO还原为Sn，减小锡渣的产生。不断除去浮渣。每次焊接前添加一定量的锡。采用含抗氧化磷的焊料。采用氮气保护，让氮气把焊料与空气隔绝开来，取代普通气体，这样就避免了浮渣的产生。这种方法要求对设备改型，并提供氮气。 波峰焊錫作業中問題點與改善方法目前最好的方法是在氮气保护的氛围下使用含磷的焊料，可将浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少、工艺控制最佳。 焊接过程中的工艺参数控制3.1 预热温度的控制预热的作用：使助焊剂中的溶剂充分发挥，以免印制板通过焊锡时，影响印制板的润湿和焊点的形成；便印制板在焊接前达到一定温度，以免受到热冲击产生翘曲变

20、形。根据我们的经验，一般预热温度控制在180-2100C，预热时间1-3分钟。 3.2 焊接轨道倾角轨道倾角对焊接效果影响较为明显，特别是在焊接高密度SMT器件时更是如此。当倾角太小时，较易出现桥接，特别是焊接中，SMT器件的“遮蔽区”更易出现桥接；而倾角过大，虽然有利于桥接的消除，但焊点吃锡量太小，容易产生虚焊。轨道角应控制在50-70之间 3.3 波峰高度波峰的高度会因焊接工作时间的推移而有一些变化，应在焊接过程中进行适当的修正，以保证理想高度进行焊接波峰高度，以压锡深度为PCB厚度1/2-1/3为准。 3.4 焊接温度焊接温度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数，焊接温度过低，焊料的扩展率

21、、润湿性变差，使焊盘或元器件焊端由于不能充分的润湿，从而产生虚焊、拉尖、桥接等缺陷；焊接温度过高时，则加速了焊盘、元器件引脚及焊料的氧化，易产生虚焊。焊接温度应控制在250+50C。 焊点不全原因解决方法助焊剂喷涂量不足 加大助焊剂喷涂量预热不好 提高好预热温度、延长预热时间传送速度过快 降低传送速度波峰不平 稳定波峰元件氧化 除去元件氧化层或更换元件焊盘氧化 更换PCB 焊锡有较多浮渣 除去浮渣 桥接原因解决方法焊接温度过高降低焊接温度焊接时间过长减少焊接时间轨道倾角太小提高轨道倾角 焊锡冲上印制板产生原因解决方法印制板压锡深度太深降低压锡深度波峰高度太高降低波峰高度印制板翘曲整平或采用框架

22、固定 预热温度与焊剂比重的控制 控制一定的焊剂比重和预热温度，使印制板进入锡锅时，焊剂中的溶剂挥发得差不多，但又不太干燥，便能最大限度地起到助焊作用，即使零交时间最短，润湿力最大，如未烘干，则温度较低、焊接时间延长，通过锡峰的时间不足；如烘得过于，则助焊剂性能降低，甚至附着在引线、焊盘上，起不到去除氧化层的作用；这两种倾向都极易产生“虚焊 1锡锅温度与焊接时间的控制 对于不同的波峰焊机，由于其波峰面的宽窄不同，必须调节印制板的传送速度，使焊接时间大于2.5秒 对工艺残留物的认识及板面清对工艺残留物的认识及板面清洁的重要性洁的重要性 每一个印制板者都知道在加工过程中必须要使用各类化工药品，但是并

23、不是每一个人都了解化学残留物对电子组装生产的影响。印制电路板的制造者对板面清洁性重要作用的重视程度，对于后续的电子产品组装者能够生产出安全可靠，稳定实用的产品来说是至关重要的 氯离子氯离子一般人们只知道氯可以杀菌，在自来水和游泳池里通常都要用到。含氯的漂白粉还可以让我们的衣服又白又亮，但日常生活与电子产品是不尽相同的。PCB生产者都应该关心的是下面几件事 氯离子氯离子的危害 1.对PCB组装者来说，氯离子的存在会造成漏电，侵蚀和金属物质的电离。氯是非金属活动性非常强的物质。在组件板上如果有足够氯离子的话，氯与潮气中的水分化合形成的离子电极电位，会引起腐蚀和金属电离 .在印制电路生产过程中，板面

24、氯离子潜在的可能来源在一般情况下，找出产生氯离子的所有来源是比较困难的。经常出现这种情况的地方包括：热风整平(HASL）中的助焊剂，操作者皮肤上的汗以及清洗用的自来水等等 3.氯离子的含量受助焊剂的化学成分的影响由于松香脂的自然特性，组装工艺中若采用高质量的固体松香做助焊剂（例如活性焊剂或轻度活性焊剂），那么氯离子的含量相对高。树脂基的或松香基的水溶性焊剂和免清洗焊剂在这方面则相反。因此，最终用于组装焊接工艺的水溶性或无清洗焊剂氯离子的含量要低。 4.氯离子的含量受PCB板材的材质情况的影响PCB板材的材质情况（包括其绝缘基底和附着的金属）决定了组装过程中可容许的氯离子的含量。陶瓷混合物基材或

25、者其他的在耐熔物质上形成的材料,例如铝等等,就比有机基材例如环氧玻璃布基材对氯离子的存在量更加敏感。这部分是由于表面集成分布已达到微观范围的程度。就表面金属层来说，镍/金表面本身就比铅/锡表面要干净得多。 溴溴相对而言，溴对于电路工作稳定性的影响比氯要小。溴的用途是做为环氧玻璃布中阻燃添加物质。PCB加工过程中有溴化物的地方还包括阻焊油墨，字符油墨和某些以溴为活性材料的助焊剂。溴产生的腐蚀作用主要是来自于助焊剂的残留物（例如，HASL助焊剂）。溴含量的多少，与板材的疏松程度或者阻焊层的空隙率有关，所以材板或阻焊的情况如何，反映了溴含量的高低。另外，板子高温清洗的次数也对溴含量起作用，溴化物影响

26、的大小与印制板的工艺过程，特别是组装件焊接前对热风整平助焊机的清洗有关 硫酸根离子硫酸根离子 与氯，溴离子所起的作用一样，超量硫酸盐类的存在，也会对电子组装材料造成伤害。硫酸盐来自PCB加工过程中的许多工艺，其中包括了各种牛皮纸，塑料材料和微蚀所用的酸等等。最经常地，硫酸根离子来自漂洗或清洗所用的自来水。 基本培训：手工焊接基本培训：手工焊接 一个牢固的焊接点要求使用一个上锡良好的、保持良好的烙铁头，温度在焊锡的液化温度之上大约 100F。烙铁头上的焊锡改善来从烙铁的快速热传导，预热工件。建立良好的流动和熔湿(wetting)都要求预热。具有良好可焊性特征的焊盘、孔和元件引脚将有助于在最短的时

27、间内形成良好的焊接点 工艺过程工艺过程一个推荐的手工焊接程序是，快速地把加热和上锡的烙铁头接触带芯锡线(cored wire)，然后接触焊接点区域，用熔化的焊锡帮助从烙铁到工件的最初的热传导。然后把锡线移开将要接触焊接表面的烙铁头。有些人推荐首先把烙铁头接触引脚/焊盘；把锡线放在烙铁头与引脚之间，形成热桥；然后快速地把锡线移动到焊接点区域的反面。任何一种方法，如果正确完成，都将给出满意的结果。 问题问题在产生牢固的、可接受的手工焊接点中的问题通常是使用不适当温度、太大压力、延长据留时间、或者三者一起而产生的。可是，这些问题的根本原因经常与其使用的工具有联系， 手工焊接与返修工具手工焊接与返修工具 手工焊接与返修是要求杰出的操作员技术和良好工具的工艺步骤；一个经验不足的操作员可能会产生可靠性的恶梦。当配备足