電子焊接工藝技術(shù)ppt

1、CEPREI中國賽寶實驗室1電子焊接工藝技術(shù)n信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所n電子元器件可靠性物理及其應(yīng)用技術(shù)國家重點實驗室n主講：羅道軍nLEPREI中國賽寶實驗室2電子焊接工藝技術(shù)n主要內(nèi)容n焊接基本原理n焊接材料n手工焊n波峰焊n再流焊n電子焊接工藝新進展CEPREI中國賽寶實驗室3一 焊接基本原理n焊接的三個理化過程：n1. 潤濕n2. 擴散n3. 合金化CEPREI中國賽寶實驗室4lglsgscosYoung方程：0o90o,意味著液體能夠潤濕固體；90o180o,則液體不能潤濕固體。lglsgs1.1 潤濕潤濕角解析Liquid 液體液體Gas 氣相氣相Sol

2、id固體固體CEPREI中國賽寶實驗室5yVStyyyeSVCG 1G 單位面積內(nèi)母材的溶解量；y液態(tài)釬料的密度；Cy母材在液態(tài)釬料中的極限溶解度；Vy液態(tài)釬料的體積；S液-固相的接觸面積；母材的原子在液態(tài)釬料中的溶解 系數(shù)；t接觸時間。1.2 焊接過程擴散溶解母材向液態(tài)釬料的擴散溶解溶解量計算公式：CEPREI中國賽寶實驗室61.3 焊接過程 合金化界面處金屬間化合物的形成)kT/Qexp(Dtdn0d金屬間化合物層厚度;t時間;D0材料常數(shù), = 1.6810-4 m2/s;Q金屬間化合物長大激活能, = 1.09eV;n時間指數(shù), = 0.5CEPREI中國賽寶實驗室71.4 不良焊接圖

3、例焊接不良即潤濕角大于90o，和/或鋪展界面存在缺陷。主要原因有兩點：(1) 母材表面的氧化物未被釬劑去除干凈，使得釬料難以在這種表面上鋪展。(2) 焊料本已良好潤濕母材，但由于工藝不當(dāng)，使得母材表面的金屬鍍層完全溶解到液態(tài)釬料中，或是形成了連續(xù)的化合物相，使已經(jīng)鋪展開的液態(tài)釬料回縮，接觸角增大。CEPREI中國賽寶實驗室81.5 良好焊接圖例良好焊點的圖示元器件引線焊接良好即意味著釬料在其表面潤濕良好，潤濕角小于90o。CEPREI中國賽寶實驗室92 焊接材料鉛錫焊料n鉛錫焊料的特性n1.錫鉛比例錫鉛比例n2.熔點熔點n3.機械性能機械性能（抗拉強度與剪切強度）n4.表面張力與粘度表面張力與

4、粘度（5.36/mm2和3.47/ mm2 ,SnBB,PbNB）CEPREI中國賽寶實驗室102.1.1 焊料的物理性能焊料的物理性能 序號熔化溫度（）密度（g/3）電導(dǎo)率（設(shè)銅為100）抗拉強度（MPa）延伸率（）剪切強度（MPa）錫鉛1234567810095605042353000540505865701002322221882142432472523277.297.408.458.869.159.459.7311.3413.913.611.610.710.29.79.37.914.630.952.646.443.244.846.4139554730403825223919.330.9

5、34.030.930.932.934.013.6CEPREI中國賽寶實驗室112.1.2 SnPb組成與表面張力和粘度的關(guān)系組成（重量）組成（重量）表面張力表面張力（dyhdyh/ /）粘度粘度（mPamPa.s.s）SnSnPbPb20203030505063638080808070705050373720204674674704704764764904905145142.722.722.452.452.192.191.971.971.921.92 *測試溫度為280CEPREI中國賽寶實驗室122.1.3 鉛錫焊料雜質(zhì)影響n焊料的雜質(zhì)含量及其影響CEPREI中國賽寶實驗室132.2 焊接材

6、料助焊劑n1. 助焊劑的作用CEPREI中國賽寶實驗室14固體金屬的表面結(jié)構(gòu)2.2.1 助焊劑作用助焊劑作用 助焊劑要去除的對象母材金屬表面的氧化膜固體金屬最外層表面是一層0.2 0.3nm的氣體吸附層。接下來是一層34nm厚的氧化膜層。所謂氧化膜層并不是單純的氧化物，而是由氧化物的水合物、氫氧化物、堿式碳酸鹽等組成。在氧化膜層之下是一層110m厚的變形層，這是由于壓力加工所形成的晶粒變形結(jié)構(gòu)，與氧化膜之間還有12m厚 的微晶組織。CEPREI中國賽寶實驗室152.2.2 助焊劑性能n助焊劑應(yīng)具備的性能（1）助焊劑要有適當(dāng)?shù)幕钚詼囟确秶?、助焊效果。）助焊劑要有適當(dāng)?shù)幕钚詼囟确秶?、助焊效果。?

7、）助焊劑要有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)性能穩(wěn)定）助焊劑要有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)性能穩(wěn)定。（3）助焊劑的殘留物不應(yīng)有腐蝕性且容易清洗；）助焊劑的殘留物不應(yīng)有腐蝕性且容易清洗；（4）不應(yīng)析出有毒、有害氣體，符合環(huán)保的基本要）不應(yīng)析出有毒、有害氣體，符合環(huán)保的基本要求；求； (5) (5) 要有符合電子工業(yè)規(guī)定的水溶性電阻和絕緣電要有符合電子工業(yè)規(guī)定的水溶性電阻和絕緣電阻；阻；CEPREI中國賽寶實驗室162.2.3 助焊劑分類CEPREI中國賽寶實驗室173.1 手工烙鐵焊工具CEPREI中國賽寶實驗室183.2 手工烙鐵焊工具選擇CEPREI中國賽寶實驗室193.3 手工烙鐵焊工具特性n烙鐵頭的特性n

8、1.溫度n2.形狀n3.耐腐蝕性CEPREI中國賽寶實驗室203.4 焊錫絲選擇焊錫絲線徑的選擇 被焊對象被焊對象錫絲直徑錫絲直徑/1印制板焊接點印制板焊接點0.81.22小型端子與導(dǎo)線焊接小型端子與導(dǎo)線焊接1.01.23大型端子與導(dǎo)線焊接大型端子與導(dǎo)線焊接1.22.0 CEPREI中國賽寶實驗室213.5 手工烙鐵焊方法n1.焊前準(zhǔn)備 2.焊接步驟 3.焊接要領(lǐng)CEPREI中國賽寶實驗室224. 波峰焊CEPREI中國賽寶實驗室234.1.1 波峰焊工藝流程CEPREI中國賽寶實驗室244.1.2 波峰焊工藝流程比較CEPREI中國賽寶實驗室254.1.3 波峰的形狀Extended Wav

9、eCEPREI中國賽寶實驗室264.1.3 波峰的形狀Double WaveCEPREI中國賽寶實驗室274.1.3 波峰的形狀湍流層流波CEPREI中國賽寶實驗室28工藝主要步驟-1 涂覆焊劑涂覆焊劑作用：作用：溶解焊盤與引線腳表面的氧化膜，并覆蓋在其表面防止其再度氧化；降低熔融焊料的表面張力，使?jié)櫇裥悦黠@提高。4.2.1 波峰焊工藝步驟CEPREI中國賽寶實驗室29工藝主要步驟-1 涂覆焊劑涂覆焊劑方法：方法：Form fluxingSpray fluxingElectrostatic sprayWave fluxing4.2.1 波峰焊工藝步驟CEPREI中國賽寶實驗室304.2.1 波

10、峰焊工藝步驟n2.預(yù)熱預(yù)熱90120n3.焊接n2455n35Sn揮發(fā)助焊劑中的溶劑n活化助焊劑，增加助焊能力n減少高溫對被焊母材的熱沖擊n減少錫槽的溫度損失CEPREI中國賽寶實驗室314.2.2 波峰焊工藝參數(shù)的設(shè)定n1.助焊劑比重（保持恒定）n2.預(yù)熱溫度（90110，調(diào)溫或調(diào)速）n3.焊接溫度（2455）n4.焊接時間（35S）n5.波峰高度（2/3 Board）n6.傳送角度 (57)CEPREI中國賽寶實驗室324.2 波峰焊參數(shù)的影響高度與角度高度與角度CEPREI中國賽寶實驗室334.2 波峰焊焊后補焊n補焊內(nèi)容n1.插件高度與斜度n2.漏焊、假焊、連焊n3.漏插n4.引腳長度

11、CEPREI中國賽寶實驗室344.2.1插件高度與斜度的規(guī)定CEPREI中國賽寶實驗室354.3 波峰焊設(shè)備波峰焊機 波峰焊機功能示意圖CEPREI中國賽寶實驗室364.3 波峰焊設(shè)備助焊劑涂覆裝置CEPREI中國賽寶實驗室374.3.1 波峰焊設(shè)備部件n預(yù) 熱 器n強迫對流式（熱風(fēng)）n石英燈加熱（短紅外）n熱棒（板）加熱（長紅外）CEPREI中國賽寶實驗室384.3.1 波峰焊設(shè)備部件波峰發(fā)生器CEPREI中國賽寶實驗室394.3.1 波峰焊設(shè)備部件n切引線機n紙基砂輪式n鑲嵌式硬質(zhì)合金刀n全硬質(zhì)合金無齒刀CEPREI中國賽寶實驗室404.3.1 波峰焊設(shè)備部件n傳輸機構(gòu)1.夾持印刷電路板的

12、寬度能夠調(diào)整,以滿足不同尺寸類型的印刷電路板的需求.2.運行必需平穩(wěn),在運行中能維持一個恒定的速度3.為滿足產(chǎn)量及最佳焊接時間的需要,傳輸速度一般要求在0.253m/min范圍內(nèi)可無級調(diào)速4.印刷電路板通過波峰時有微小的仰角,其角度一般要求在49范圍內(nèi)可調(diào)整CEPREI中國賽寶實驗室414.3.1 波峰焊設(shè)備部件n空氣刀CEPREI中國賽寶實驗室42再流焊是SMT的主要焊接方法，它是先再PCB焊盤上涂布適量的焊膏在其上安放元器件，利用焊膏的粘接性對元器件臨時固定，然后靠外部熱源使焊膏中的焊料熔化再流動，從而達到焊接目的 5 再流焊定義Solder Paste PrintingPlace SMD

13、sSolder Paste ReflowCEPREI中國賽寶實驗室431.節(jié)省焊料，不需采用大的焊料槽，只需在焊接部位涂布錫膏 2.在元器件安放位置偏離焊盤時，由于熔融后焊料表面張力的作用，只要涂布焊膏位置正確，就能自動校正偏離，使元器件固定在所需位置。 3.不像波峰焊和浸焊那樣，要把元器件直接浸漬在熔融的焊料中。元器件所受熱沖擊較小。但由于加熱方法不同，有時會施加給元器件較大的熱應(yīng)力。4.由于能控制焊膏的涂布量，極大限度地避免了橋接等缺陷的產(chǎn)生。 5.可采用局部加熱熱源，從而可在同一基板上采用不同的焊接工藝進行焊接。 6.焊膏中一般不會混入不純物，使用焊膏時能保持焊料的組成不變。 5.1 再

14、流焊的特點CEPREI中國賽寶實驗室445.1 再流焊的類型及特點n再流焊類型：n1.對流紅外再流焊n2.熱板紅外再流焊n3.氣相再流焊（VPS）n4.激光再流焊CEPREI中國賽寶實驗室45加熱能 量優(yōu) 點缺 點 紅 外吸收紅外線熱輻射加熱l 連續(xù)，同時組成焊接l 加熱效果很好，溫度可調(diào)范圍寬l 減少了焊料飛濺、虛焊及橋焊材料不同，熱吸收不同，溫度控制困難 氣 相利用惰性溶劑的蒸汽凝聚時放出的氣體潛熱加熱l 加熱均勻，熱沖擊小l 升溫快l 溫度控制準(zhǔn)確l 同時組成焊接l 可在無氧環(huán)境下焊接設(shè)備和介質(zhì)費用高容易出現(xiàn)吊橋和芯吸現(xiàn)象 熱 風(fēng)高溫加熱的空氣在爐內(nèi)循環(huán)加熱l 加熱均勻l 溫度控制容易容

15、易產(chǎn)生氧化強風(fēng)使元器件有位移的危險 激 光利用激光的熱能加熱l 集光性很好，適于高精度焊接l 非接觸加熱l 用光纖傳送CO2激光在焊接面上反射率大設(shè)備昂貴 熱 板利用熱板的熱傳導(dǎo)加熱l 由于基板的熱傳導(dǎo)可緩解急劇的熱沖擊l 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜受基板的熱傳導(dǎo)性影響；不適合于大型基板、大元器件溫度分布不均勻5.1.2 各加熱方式的特點CEPREI中國賽寶實驗室465.1.3 典型對流紅外再流焊CEPREI中國賽寶實驗室475.1.4 典型氣相再流焊CEPREI中國賽寶實驗室485.2 再流焊工藝參數(shù)n1.溫度曲線的確定原則；n2.實際溫度曲線的確定；n3.溫度曲線的測定方法CEPREI中國賽寶

16、實驗室495.2.1 再流焊典型溫度剖面CEPREI中國賽寶實驗室505.2.2 再流過程溫度曲線的確定原則焊錫膏的再流過程(1) 預(yù)熱區(qū)(加熱通道的25-33%)。釬料膏中的溶劑開始蒸發(fā)。溫度上升必須慢(2-3oC/秒)，以防止沸騰和飛濺形成小錫珠，同時避免過大熱應(yīng)力。 (2) 活性區(qū)(33-50%, 150-180oC)。使PCB均溫。同時助焊劑開始活躍，化學(xué)清洗行動開始(60120s)。(3)和(4) 再流區(qū)(183-235oC)。釬料膏中的金屬顆粒熔化，在液態(tài)表面張力作用下形成焊點表面(3060s)。(5) 冷卻區(qū)。焊點強度會隨冷卻速率增加而稍微增加，但太快將導(dǎo)致過大熱應(yīng)力(應(yīng)于515

17、oC/秒)。再流溫度曲線CEPREI中國賽寶實驗室515.2.3再流過程實際溫度曲線的測定 優(yōu)化的再流溫度曲線是SMT組裝中得到優(yōu)質(zhì)焊點的最重要因素之一。再流溫度曲線的影響參數(shù)中最主要的是傳送帶速度和每個加熱區(qū)的溫度。設(shè)定再流溫度曲線的輔助工具：溫度曲線儀、熱電偶、焊錫膏參數(shù)。圖：將熱電偶附著在PCB焊盤及元器件引線/金屬化層之間熱電偶附著方法：(1) 采用Sn-Ag合金的高溫軟釬焊；(2) 用少量熱導(dǎo)膏覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶粘??；(3) 高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑。CEPREI中國賽寶實驗室525.3.1 再流溫度曲線參數(shù)及其影響再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖 預(yù)熱不足或過多的再流溫度曲線

18、CEPREI中國賽寶實驗室53 5.3.2 再流溫度曲線參數(shù)及其影響再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖 再流太多或不足CEPREI中國賽寶實驗室545.3.3 焊錫膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響 再流溫度曲線參數(shù)及其影響圖 冷卻過快或不足CEPREI中國賽寶實驗室555.4.1 再流焊缺陷分析釬料球釬料球直徑不能超過焊盤與印制導(dǎo)線之間的距離；600mm2的范圍內(nèi)不能出現(xiàn)超過5個釬料球。工藝認可標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生原因(1) 印刷不精確，使焊料膏弄臟PCB；(2) 焊料膏在氧化環(huán)境中暴露過多，吸入水分過多；(3) 加熱不精確，太慢且不均勻；(4) 加熱速率太快且預(yù)熱時間過長；(5) 釬料膏干得太快；(6) 助焊劑活性

19、不足；(7) 太多顆粒很小的釬料合金粉末；CEPREI中國賽寶實驗室565.4.2 焊錫膏再流焊缺陷分析橋連產(chǎn)生原因(1) 焊料膏粘度過低；(2) 焊盤上釬料膏過量；(3) 再流峰值溫度過高。開路產(chǎn)生原因(1) 焊料膏量不足；(2) 元件引線的共面性不好；(3) 釬料熔化及潤濕不好；(4) 引線吸錫或附近有連線孔。CEPREI中國賽寶實驗室575.4.3 其它再流焊缺陷分析（1）序號缺陷原因?qū)Σ?元器件移位 （1） 安放的位置不對（2） 焊膏量不夠或定位安放的壓力不夠（3） 焊膏中焊劑含量太高，在再流焊過程中焊劑的流動導(dǎo)致元器件移位（1） 校準(zhǔn)定位坐標(biāo) （2） 加大焊膏量，增加安放元器件的壓力

20、（3） 減小焊膏中焊劑含量 2焊粉不能再流，以粉狀形式殘留在焊盤上 （1） 加熱溫度不合適（2） 焊膏變質(zhì)（3）預(yù)熱過度，時間過長或溫度過高 （1） 改進加熱設(shè)備和調(diào)整再流焊溫度曲線（2） 注意焊膏冷藏，并將焊膏表面變硬或干燥部分棄去，改進預(yù)熱條件 3焊點錫不足（1） 焊膏不夠（2）焊盤和元器件焊接性能差（3）再流焊時間短 （1）擴大絲網(wǎng)和漏板孔徑（2）改進焊膏或重新浸漬元器件（3）加長再流焊時間 4焊點錫過多 （1） 絲網(wǎng)或漏板孔徑過大（2）焊膏粘度小 （1） 減小絲網(wǎng)和漏板孔徑（2）增加焊膏粘度 CEPREI中國賽寶實驗室585.4.3 其它再流焊缺陷分析（2）序號缺陷原因?qū)Σ? 元 件

21、豎立 ， 出現(xiàn) 吊 橋現(xiàn)象（ 墓 碑現(xiàn)象） （1）安放位置的位移；（2） 焊膏中的焊劑使元器件浮起；（3） 印刷焊膏的厚度不夠；（4） 加熱速度過快且不均勻；（5） 焊盤設(shè)計不合理；（6） 采用Sn63/Pb37焊膏；（7）元件可焊性差 （1） 調(diào)整印刷參數(shù)（2）采用焊劑含量少的焊膏（3）增加印刷厚度（4）調(diào)整再流焊溫度曲線（5）嚴(yán)格按規(guī)范進行焊盤設(shè)計 （6）改用含Ag或Bi的焊膏（7）選用可焊性好的焊膏 6焊料球 （1） 加熱速度過快（2） 焊膏吸收了水份（3） 焊膏被氧化（4） PCB焊盤污染（5）元器件安放壓力過大焊膏過多 （1） 調(diào)整再流焊溫度曲線（2） 降低環(huán)境濕度（3） 采用新的焊

22、膏，縮短預(yù)熱時間（4） 換PCB或增加焊膏活性（5） 減小壓力減小孔徑，降低刮刀壓力 7虛焊 （1） 焊盤和元器件可焊性差（2）印刷參數(shù)不正確（3）再流焊溫度和升溫速度不當(dāng) （1）加強對PCB焊盤與元器件篩選（2）減小焊膏粘度，檢查刮刀壓力及速度；（3）調(diào)整工藝曲線CEPREI中國賽寶實驗室595.4.3 其它再流焊缺陷分析（3）8橋接 （1） 焊膏塌落 （2） 焊膏太多 （3） 再焊盤上多次印刷 （4） 加熱速度過快 （1） 增加焊膏金屬含量或粘度，換焊膏 （2） 減小絲網(wǎng)或漏板孔徑，降低刮刀壓力 （3） 用其它印刷方法 （4） 調(diào)整再流焊溫度曲線9塌落 （1） 焊膏粘度低觸變性差 （2） 環(huán)境溫度高 （1） 選擇合適焊膏 （2） 控制環(huán)境溫度10可洗性差，在清洗后留下白色殘留物 （1） 焊膏中焊劑的可洗性差 （2） 清洗劑不匹配，清洗溶劑不能滲入細空隙 （3） 不正確的清洗方法 （1） 采用由可洗性良好的焊劑配制的焊膏 （2） 改進清洗溶劑 （3） 改進清洗方法CEPREI中國賽寶實驗室606 焊接技術(shù)新進展n主要內(nèi)容n1.惰性氣體保護焊接n2.穿孔再流焊n3.焊料無鉛化n4