第4章电子产品焊接工艺.

第4章电子产品焊接工艺高等教育出版社《电子产品制造工艺》第二版配套课件14.1焊接的分类和锡焊原理4.1.1焊接技术的分类与锡焊特征4.1.1.1现代焊接技术的主要类型加压焊（加热或不加热）不加热冷压焊超声波焊爆炸焊加热到塑性电阻焊储能焊脉冲焊高频焊扩散焊加热到局部熔化接触焊对焊点焊缝焊锻焊摩擦焊2熔焊（母材熔化）等离子焊电子束焊电弧焊手工焊埋弧焊气体保护焊激光焊热剂焊气焊钎焊（母材不熔化，焊料熔化）注：软钎焊：焊料熔点＜450℃硬钎焊：焊料熔点＞450℃锡焊手工烙铁焊手工热风焊浸焊波峰焊再流焊火焰钎焊铜焊银焊碳弧钎焊电阻钎焊高频感应钎焊真空钎焊3锡焊是将焊件和焊料共同加热到锡焊温度，在焊件不熔化的情况下，焊料熔化并浸润焊接面，形成焊件的连接。⑴焊料熔点低于焊件；⑵焊接时将焊料与焊件共同加热到锡焊温度，焊料熔化而焊件不熔化；⑶焊接的实质是熔化状态的焊料浸润焊接面，由毛细作用使焊料进入焊件的间隙，依靠二者原子的扩散，形成一个合金层，从而实现焊件的结合。44.1.2锡焊原理焊接的物理基础是“浸润”，浸润也叫做“润湿”。图4.1浸润与浸润角5锡焊的条件进行锡焊，必须具备以下几点条件。⑴焊件具有良好的可焊性⑵焊件表面保持清洁与干燥⑶要使用合适的焊剂⑷焊件要加热到适当的温度⑸合适的焊接时间64.2手工焊接7（电烙铁铁的1、11三种握法：1、电烙铁的握法89安全使用并学会保养电烙铁电烙铁接通电源以后，一般烙铁头的温度能达到350℃以上，高档恒温电烙铁的尖端温度可以在200℃~480℃调节。不正确地使用电烙铁，可能导致烫伤或引发火灾等危险事故。为避免损坏电烙铁、保证操作环境及人身安全，应该严格遵守安全操作规则。并且，技术工人应该学会保养电烙铁，经常注意电烙铁的清洁保养，不仅能延长烙铁头的寿命，保证焊接时的润湿性，还可以把电烙铁的性能完全发挥出来。10图4.3在焊接过程中保养电烙铁112.手工焊接操作的基本步骤1：准备施焊2：加热焊件3：送入焊丝4：移开焊丝5：移开烙铁返回2、焊接步骤12步骤一13步骤二14步骤四15手工焊接要领⑴保持烙铁头的清洁⑵靠增加接触面积来加快传热1617⑶加热要靠焊锡桥在非流水线作业中，焊接的焊点形状是多种多样的，不大可能不断更换烙铁头。要提高加热的效率，需要有传递热量的“焊锡桥”。所谓焊锡桥，就是在烙铁头上保留着少量焊锡，作为加热时烙铁头与焊件之间传热的桥梁。18烙铁的撤离要及时，而且撤离时的角度和方向与焊点的形成有关。19⑸在焊锡凝固之前不能动焊接手法要稳，切勿使焊件移动或受到振动，特别是在使用镊子夹住焊件帮助焊接时，一定要等焊锡凝固后再移走镊子，否则极易造成焊点结构疏松或虚焊。⑹焊锡用量要适中20⑺焊剂用量要适中在手工焊接时，尽量依靠锡丝内含的助焊剂完成焊接动作，在保证焊接效果的前提下尽量不额外使用其它助焊剂。⑻不要使用烙铁头作为运送焊锡的工具有人习惯用烙铁头熔化焊锡后运送到焊接面上进行焊接，但这样做不会得到好的效果。因为烙铁尖的温度一般都在350℃以上，焊锡丝中的助焊剂在高温时容易分解失效，焊锡过热氧化，也处于低质量状态。21（1）焊接温度与加热时间焊接作业时温度的设定非常重要。焊接作业最适合的温度是使焊接点的焊锡温度在焊锡熔点加50度。烙铁头的设定温度，由于焊接部分的大小，电烙铁的功率和性能，焊锡的种类和型号的不同，在上述温度的基础上还要增加100度为宜。22②：焊接除去以上规定的元件时温度设定为350~370℃或350±20℃注：烙铁温度设定应视具体情况而定，原则上是以满足焊接要求的最低温度为宜。加热时间视焊件的热容量和烙铁的功率而定。23过量的加热，除有可能造成元器件损坏以外，还有如下危害和外部特征：①焊点的外观变差。光洁度差24②高温造成所加松香助焊剂的分解炭化。③过量的受热会破坏印制板上铜箔的粘合层，导致铜箔焊盘的剥落。254.2.3手工焊接技巧26有机注塑元件的焊接现在，大量有机玻璃、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛树脂等有机材料广泛应用在电子元器件、零部件的制造中。通过注塑工艺，它们可以被制成各种形状复杂、结构精密的开关和插接件等，成本低、精度高、使用方便，但缺点是不能承受高温。27焊接方法：⑴焊前处理，在元件预处理时清理好焊接点，一次镀锡成功，特别是将元件放在锡锅中浸镀时，更要掌握好浸入深度及时间。⑵焊接时，要选择尖一些的烙铁头，以便在焊接时不碰到相邻接点。⑶非必要时，尽量不使用或少用助焊剂，防止助焊剂浸入机电元件的触点。28焊接簧片类元件的要领⑴可焊性预处理；⑵加热时间要短；⑶不要对焊点任何方向加力；⑷焊锡用量宜少而不宜多。29（3）MOSFET及集成电路的焊接焊接这类器件时应该注意：①引线如果采用镀金处理或已经镀锡的，可以直接焊接。②对于CMOS电路，如果事先已将各引线短路，焊前不要拿掉短路线，对使用的电烙铁，最好采用防静电措施。30③在保证浸润的前提下，尽可能缩短焊接时间，一般不要超过2秒钟。④注意保证电烙铁良好接地。⑤使用低熔点的焊料，熔点一般不要高于180℃。⑥工作台上如果铺有橡胶、塑料等易于积累静电的材料，则器件及印制板等不宜放在台面上，以免静电损伤。31⑦使用电烙铁，内热式的功率不超过20W，外热式的功率不超过30W，且烙铁头应该尖一些，防止焊接一个端点时碰到相邻端点。⑧集成电路若不使用插座直接焊到印制板上，安全焊接的顺序是：地端→输出端→电源端→输入端。32导线连接方式导线同接线端子、导线同导线之间的连接有三种基本形式：⑴绕焊（2）钩焊（3）搭焊334.2.4手工焊接SMT元器件⑴参见图4.13，焊接电阻、电容、二极管一类SMT两端元器件时，先在一个焊盘上镀锡后，电烙铁不要离开焊盘，保持焊锡处于熔融状态，立即用镊子夹着元器件推放到焊盘上，先焊好一个焊端，再焊接另一个焊端。另一种焊接方法是，先在焊盘上涂敷助焊剂，并在基板上点一滴不干胶，再用镊子将元器件粘放在预定的位置上，先焊好一脚，后焊接其它引脚。安装钽电解电容器时，要先焊接正极，后焊接负极，以免电容器损坏。34焊接QFP封装的集成电路，先把芯片放在预定的位置上，用少量焊锡焊住芯片角上的3个引脚（图(a)），使芯片被准确地固定，然后给其他引脚均匀涂上助焊剂，逐个焊牢（图(b)）。焊接时，如果引脚之间发生焊锡粘连现象，可按照如图(c)的方法清除粘连：在粘连处涂抹少许助焊剂，用烙铁尖轻轻沿引脚向外刮抹。35SMT的理想焊点364.2.5无铅手工焊接37如果按照熔点分类，可以将当前的无铅焊料分为三大类。⑴高熔点无铅焊料（熔点在205℃以上）：Sn/Ag/Cu（锡-银-铜）焊料，熔点217℃；Sn/Cu（锡-铜）焊料，熔点227℃；Sn/Ag（锡-银）焊料，熔点221℃；Sn/Ag/Cu/Bi（锡-银-铜-铋）焊料，熔点217℃。⑵中熔点无铅焊料（熔点在180℃以上）：Sn/Ag/Cu/Bi（锡-银-铜-铋）焊料，熔点200~216℃；Sn/Zn（锡-锌）焊料，熔点199℃。⑶低熔点无铅焊料（熔点在180℃以下）：Sn/Bi（锡-铋）焊料，熔点138℃。38选择无铅焊料的主要因素⑴熔点熔点的高低决定了相关的工艺条件。虽然中低熔点无铅焊料的熔点比较低，但是它的沾锡性比较差，焊接强度不理想，不耐高温，而且价格高，大多数厂家仍会选用高熔点无铅焊料。客户在使用无铅焊料时，首先需要准确了解的是熔点，这与客户的后续使用有最直接的关系。⑵可焊接特性无铅焊料的可焊接特性都不如有铅焊料。但比较不同无铅焊料的可焊接特性，还是有好差之分，客户需要区别。⑶可靠性有些无铅焊料在200℃以下可靠性比较好，而在高温时的可靠性比较差。一般说来，家用电器类产品，200℃以下的温度就可以了，但是对于很多需要进行返工的产品，必须经受200℃以上的高温。所以客户在选择无铅焊料时，应该考虑这一因素。⑷价格含银或者含铋等贵重元素的无铅焊料的价格都比较贵，含银的比例越高，价格越高。例如，与普通有铅焊锡的价格相比，上面介绍的Sn/Ag/Cu、Sn/Ag、Sn/Ag/Bi类焊料的价格为2.5倍，Sn/Cu类焊料的价格为1.5倍。⑸是否有专利保护39热量传递与烙铁头温度的关系可以用一个公式说明：其中，Q—烙铁头向焊点传递的热量；T—烙铁头与焊点之间的温度差；A—烙铁头与焊点之间的接触面积；t—烙铁头与焊点的接触时间；W—烙铁头与焊点之间的传热系数。40无铅焊锡的问题点及其改善方法⑴无铅焊锡的主要问题：·熔点高、焊锡丝不容易熔化；烙铁头氧化变快；·焊点的浸润性、延展性变差；·焊点容易出现锡尖、短路等现象。⑵无铅化以后，选择电烙铁时的三大要点：·选择热容量大的烙铁头、加热器，温度设定在350℃左右。·选择焊接作业时温度下降幅度小的电烙铁。·选择沾锡良好、不容易被锡侵蚀的烙铁。也可以只更换烙铁头的类型，这样比较经济。⑶电烙铁的温度调节：·无铅锡丝的熔点与共晶锡丝的183℃相比、要高25~35℃（Sn/Cu焊锡：227℃；Sn/Ag/Cu焊锡：218-219℃）；·如果感觉电烙铁的热容量不够，最好不要提高设定温度，而是增加加热器的能力；·烙铁头的温度可设定在比熔点高100~150℃范围；·烙铁头的温度为350℃左右最恰当，再高也不要超过380℃；·由于烙铁头渗镀的铁镍合金层会被焊锡侵蚀（腐蚀、熔解），容易造成烙铁头损耗，所以应选择不易消耗的高品质烙铁头；·无铅焊料附着在烙铁头上的时间越长，烙铁头的消耗就越快，所以，当电烙铁暂时不用时，应该经常关闭电源、清洗烙铁头。414.3焊点检验及焊接质量判断对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面。42焊点的形成及其典型外观43从通孔和元件面判定焊点质量44通电检查结果原因分析元器件损坏失效过热损坏、烙铁漏电性能降低烙铁漏电导通不良短路桥接、焊料飞溅断路焊锡开裂、松香夹渣、虚焊、插座接触不良等时通时断导线断丝、焊盘剥落等表4.2通电检查焊接质量的结果及原因分析45焊点缺陷外观特点危害原因分析焊锡与元器件引线和铜箔之间有明显黑色界限，焊锡向界限凹陷不能正常工作1、元器件引线未清洁好、未镀好锡或锡氧化2、印制板未清洁好，喷涂的助焊剂质量不好焊点呈白色、无光泽，结构松散机械强度不足，可能虚焊1、焊料质量不好2、焊接温度不够3、焊接未凝固前元器件引线松动焊点表面向外凸出浪费焊料，可能包藏缺陷焊丝撤离过迟焊点面积小于焊盘的80%，焊料未形成平滑的过渡面机械强度不足1、焊锡流动性差或焊锡撤离过早2、助焊剂不足3、焊接时间太短焊缝中夹有松香渣强度不足，导通不良，可能时通时断1、助焊剂过多或已失效2、焊接时间不够，加热不足3、焊件表面有氧化膜焊点发白，表面较粗糙，无金属光泽焊盘强度降低，容易剥落烙铁功率过大，加热时间过长表面呈豆腐渣状颗粒，可能有裂纹强度低，导电性能不好焊料未凝固前焊件抖动焊料与焊件交界面接触过大，不平滑强度低，不通或时通时断1、焊件未清理干净2、助焊剂不足或质量差3、焊件未充分加热焊锡未流满焊盘强度不足1、焊料流动性差2、助焊剂不足或质量差3、加热不足导线或元器件引线移动不导通或导通不良1、焊锡未凝固前引线移动造成间隙2、引线未处理好（不浸润或浸润差）焊点出现尖端外观不佳，容易造成桥接短路1、助焊剂过少而加热时间过长2、烙铁撤离角度不当相邻导线连接电气短路1、焊锡过多2、烙铁撤离角度不当目测或低倍放大镜可见焊点有孔强度不足，焊点容易腐蚀引线与焊盘孔的间隙过大引线根部有喷火式焊料隆起，内部藏有空洞暂时导通，但长时间容易引起导通不良1、引线与焊盘孔间隙大2、引线浸润性不良3、双面板堵通孔焊接时间长，孔内空气膨胀铜箔从印制板上剥离印制板已被损坏焊接时间太长，温度过高焊点从铜箔上剥落（不是铜箔与印制板剥离）断路焊盘上金属镀层不良46导线端子焊接缺陷示例4748最大焊缝高度检验最小焊缝高度检验焊端焊点长度检验焊端焊点宽度检验494.4手工拆焊技巧5051用电烙铁拆焊SMT元器件52图4.26用加热头拆焊元器件53图4.27用热风工作台拆焊SMT元器件544.5BGA、CSP集成电路的修复性植球4.5.1B