《电子焊接工艺技术》课件-图文

1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

2·焊接的三个理化过程：·1.润湿·

2.扩散·

3.合金化·Cu₆Sn5,Cu₃Sn一、焊接基本原理完全润湿已润湿未润湿完全不润湿θ=0°0°<θ<90°90°<θ<180°CEPREI

3图1

润湿角示意图θ=

180°0<0<90°,意味着液体能够润湿固体；90°<0<180°,则液体不能润湿固体。1.1

润湿角解析gsOlsOgs—OlsGgCEPREI

4Young

方

程

：COS)=①G单位面积内母材的溶解量；p,液态钎料的密度；C,母材在液态钎料中的极限溶解度；V,液态钎料的体积；S液-固相的接触面积；α母材的原子在液态钎料中的溶解系数；接触时间。CEPREI51.2

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：dtex4K)d

金属间化合物层厚度；t

时间；D₀

材料常数，=1.68×104m²/s;金属间化合物长大激活能，=1.09eV;cutecticSn/Pb

solderCu₆SnsCu₃Sn1Cu

X10,000

1Pmn

时间指数，=0.5CEPREI

61.3

焊接过程--合金化界面处金属间化合物的形成焊接不良即润湿角大于90°,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。焊料电路焊区未漫润区1.4

不良焊接-图例无角焊缝空洞CEPREI引脚元器件引线焊接良好即

意味着钎料在其表面润

湿良好，润湿角小于90°。良好的羽状角<90°焊料、电路焊区良好的角焊缝焊料流向边编1.5

良好焊接-图例CEPREI

8良好焊点的图示引脚温度(C)固相线2叶液体A183℃

区共晶温度a叶混合物区61.9%

Sn锡含量的百分比(%)·

铅锡焊料的特性·

1.锡铅比例·

2.熔点·

3.机械性能

(

抗

拉强度与剪切强度)·

4.表面张力与粘度(Sn-BS·

Pb-SB)2.1

焊接材料-

铅锡焊料CEPREI

9图

2

锡-铅焊料状态图(相图)100%

Sn叶液体液相线湘区Pb0杂

质对

焊

料

性

能

的

影

响Sb锑含量大时焊料硬度增大，流动性下降，含量超过1%时铺展面积减少25%Cu钢使焊料熔点升高，可焊性下降，含量超过0.29%时可引起焊点蔬松Bi铋使焊料熔点下降，机械性能下降，含量超过0.5%时，使焊料表面氧化变色Cd镉含量超过0.15%时，铺展面积降低25%Zn锌使焊料流动性降低，机械性能下降，含量超过0.003%时焊料表面氧化，不耐腐蚀Al铝作用同锌一样，含量超过0.005%时焊料氧化加剧Fe铁使焊料熔点升高，润湿性下降As砷含量超过0,2%时，铺展面积下降25%P磷使焊料润湿性下降，引起疏松S硫使焊料润湿性下降，引起疏松Ag银使焊料熔点升高2

.2焊接材料-

铅锡焊料焊料的杂质含量及其影响CEPREI10(1)熔解被焊母材表面的氧化膜(2)防止被焊母材的再氧化(3)降低熔融焊料的表面张力2-3焊接材料-助焊剂1.助焊剂的作用CEPREI11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1~10

μm

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1~2

μm

厚的微晶组织。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CEPREI

12固体金属的表面结构(1)助焊剂要有适当的活性温度范围、助焊

效果。(2)助焊剂要有良好的热稳定性、化学性能

稳定。(3)助焊剂的残留物不应有腐蚀性且容易清

洗

；(4)不应析出有毒、有害气体，符合环保的

基本要求；(5)要有符合电子工业规定的水溶性电阻和

绝缘电阻；助焊剂应具备的性能2-4焊接材料-助焊剂CEPREI13一无机盐无机酸有机酸(OA)非活性化松香(R)弱活性化松香(RMA)活性化松香(RA)超活性化松香(RSA)合成松香(SA)2-5焊接材料-

助焊剂无机系列

(IN)有机系列(0R)

————(RE),树脂系列(R0)CEPREI

14助焊剂的种类一

内热式(发热器件装在烙铁头内部)普通型外热式(烙铁头装在发热器件中间)电焰铁品种一

手枪式(又称“单手电烙铁”,可半自动送锡)特殊型——

自动温控式(温度可谓，自动温控)—

自动断电式(焊接时自动断电，也有自动温控功能)3.1手工烙铁焊-工具CEPREI

15田

3

电烙铁的主要品种焊

接

对

象功率/W品

种说

明1印制电路板焊接点2535普通内热式2整机总装的导线、接线焊片(柱)、

散热器、接地点等4050手枪式3温度敏感元器件、无引线元器件自动温控式温度可根据需要调节，并自动温控4高可靠要求产品自动断电及自动温控式焊接时能自动断电，防止烙铁

漏电造成对元器件的损伤3-2手工烙铁焊-工具选择CEPREI16表

3

烙铁的选择·

烙铁头的

特性·1.温度·2.形状·

3.耐腐蚀性A—A

曲线：焊接时烙铁头温度变化曲线

B—B

曲线：焊点处温度变化曲线R:

预热时间

S;

焊接时间

F;

冷却时间图

4

焊接温度变化曲线3.2手工烙铁焊-工具特性温度/(时间，/sCEPREI17被焊对象锡丝直径/mm1印制板焊接点0.8~1.02小型蜡子与导线焊接1～1.23大型端子与导线焊接1.2-23.2手工烙铁焊-焊锡丝选择CEPREI18表

4

焊银丝的选择·1.焊前准备·

2.焊接步骤·

3.焊接要领3-2手工烙铁焊-方法(a)

加盖

(b)

送上锡丝

(c)

脱开锡丝

(d)

脱开赂铁图

7

焊接操作示章围CEPREI

19进

→

涂敷助焊剂

预热

没焊

冷却

切头出、冷却

—

波峰焊

预热

涂敷助焊剂

除去线头进

→

涂敷助焊剂

预热焊接冷却

→

出4.1

波峰焊-工艺流程(b)

长插/二次焊接流程图8

波峰焊接的工艺流程CEPREI

20(a)

短插/一次焊接流程简

要

说

明优

点缺

点一次焊接①焊接采用一次波峰焊。②机械自动插件后的手工插采用短脚

直插、元器件引线需预先加工至规定长

度

。③焊接完成后，对焊接面进行修补时，

需要对少量超出规定长度的引脚进

行修剪

。①流程短，工序少，节

约工时及原材料。②对元器件没有损伤。③设备造价低。④适合焊接表面安装

组

件

。在手工播装时：①元器件需预先成形。②补焊时增加修剪工作量。二次焊接①焊接采用第

一

次浸焊，第二次波

峰

焊

。②插件采用长脚直插，引脚长度没有

要

求

。③第一次焊接后需要通过旋风切削，将

引脚切到规定长度。①元器件不必预成形。②补焊工作量减少。①旋风切削对某些元器件有

损

伤

。②元器件要经受两次热冲击。③切削刀具易磨损。④原材料及能源消耗大。⑤设备造价高。⑤不能用于表面安装。4.1

波峰焊-工艺流程比较CEPREI

21袭5

二种焊接方法的比较·溶解焊盘与引线脚表

面的氧化膜，并覆盖在其表面防止其再度

氧化；·

降低熔融焊料的表面

张力，使润湿性明显

提高。·

工艺主要步骤-11.涂覆焊剂4.2.1

波峰焊-工艺步骤CEPREI

22·挥发助焊剂中的溶剂·活化助焊剂，增加助焊能力·减少高温对被焊母材的热冲击·减少锡槽的温度损失·

3.焊接·

245±5℃·

3～5SCEPREI4.2.1

波峰焊-工艺步骤·

2.预热90~120℃23·1.助焊剂比重(保持恒定)·2.预热温度(90～110℃,调温或调速)·

3.焊接温度(245±5℃)·

4.焊接时间(3～5S)·

5.波峰高度(2/3

Board)·

6.传送角度(5~7°)4.2.2波峰焊-

工艺参数的设定CEPREI

244.2波峰焊-参数的影响(a) (b)B:

印制电路板厚度图

9

镉峰高度示意图CEPREI25高度与角度图10

传送角度示意图0=5'≈7'(c)·

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4.2波峰焊-焊后补焊CEPREI

2611

引出脚长度(a)

(b)图12

卧式元器件4.2.1插件高度与斜度的规定(c)图13

立式元器件(a)

(b)CEPREI274.3波峰焊设备-波峰焊机1.

涂敷焊剂装置

2

.

预热装置

3

.波峰焊锡槽

4

.

冷却装置(a)

功能示意图CEPREI

28波峰焊机4.3波峰焊设备-助焊剂涂覆装置CEPREI

29图16

发泡法装置示意图图18

喷射法装置示意图旋转压缩机压缩空气压缩空气鼓风机助焊剂助焊剂4.3.1

波峰焊设备-部件·预热器。强迫对流式(热风)·

石英灯加热(短红外)热棒(板)加热(长红外)CEPREI

3021

患应式电磁泵结构示意图图19

机械泵结构示意图

(b)CEPREI

314.3.1

波峰焊设备-部件·波峰发生器4.3.2

波峰的形状CEPREI

32图22

湍流-层流波4.3.1

波峰焊设备-部件·

切引线机·

纸基砂轮式·镶嵌式硬质合金刀·

全硬质合金无齿刀CEPREI

331.夹持印刷电路板的宽度能够调整，以满足不同尺寸类型的印刷电路板的需求.2.运行必需平稳，在运行中能维持一个恒定的速度3.为满足产量及最佳焊接时间的需要，传输速度一般要求在0.25~3m/min范围内可无级调速4.印刷电路板通过波峰时有微小的仰角，其角度一般要求在4~9°范围内可调整4.3.1

波峰焊设备-部件·

传输机构CEPREI

34·空气刀4.3.1

波峰焊设备-部件CEPREI

35预热区SMA传送带传送方向·

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5

再流焊CEPREI

36困27

红外再流焊功能示意图再流焊区羚却区SMA1.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5.1再流焊-工艺参数CEPREI

37图

2

9

红外焊的理想温度曲线1((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

(2-3°C/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%,120-160℃)。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(205-230℃)。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(应于5～15℃/秒)。5.1.1再流过程-温度曲线的确定原则焊锡膏的再流过程时间(秒)再流温度曲线CEPREI

38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。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。图：将热电偶附着在PCB

焊盘及元器件引

线/金属化层之间5.1.2再流过程-实际温度曲线的测定CEPREI

395.2

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

40t3回流太过，减少回流区

温度回流温度---活性温度回流不够，

增加回流区

温度加热通道预热区

活性区

回流区

冷却区时间(速度的函数)图

再流太多或不足CEPREI

415.2.2

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温度c)t2t15.2.3

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

42(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。工艺认可标准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。5.3.1

焊锡膏再流焊缺陷分析CEPREI43钎料球产生原因(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。5.3.2焊锡膏再流焊缺陷分析(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。CEPREI