第3章电子工业常用材料和工具.

第3章电子工业常用材料和工具高等教育出版社《电子产品制造工艺》第二版配套课件13.1常用导线与绝缘材料1.导线导线是能够导电的金属线，是电能和电磁信号的传输载体。（1）导线材料①导线分类可分成裸线、电磁线、绝缘电线电缆和通信电缆四类。2裸线：指没有绝缘层的单股或多股导线，大部分作为电线电缆的线芯，少部分直接用在电子产品中连接电路。电磁线：有绝缘层的导线，绝缘方式有表面涂漆或外缠纱、丝、薄膜等，一般用来绕制电感类产品的绕组，所以也叫做绕组线、漆包线。绝缘电线电缆：包括固定敷设电线、绝缘软电线和屏蔽线，用做电子产品的电气连接。通信电缆：包括用在电信系统中的电信电缆和高频电缆。3②导线的构成材料导线一般由导体芯线和绝缘体外皮组成。a.导体材料主要有铜线和铝线。纯铜线的表面很容易氧化，一般导线是在铜线表面镀耐氧化金属。如：•普通导线——镀锡能提高可焊性；•高频用导线——镀银能提高电性能；•耐热导线——镀镍能提高耐热性能；线径：用导线直径的毫米（mm）数表示线的规格4b.绝缘外皮材料绝缘外皮除了电气绝缘外，还有增强导线机械强度、保护导线不受外界环境腐蚀的作用。导线绝缘外皮的材料主要有：塑料类（聚氯乙烯、聚四氟乙烯等）、橡胶类、纤维类（棉、化纤等）、涂料类（聚脂、聚乙烯漆）。常见的塑料导线、橡皮导线、纱包线、漆包线等。5（2）安装导线、屏蔽线6选择使用安装导线，要注意以下几点：a.安全载流量截面积（mm2）0.20.30.40.50.60.70.8载流量（A）46810121417截面积（mm2）1.01.54.06.08.010.0载流量（A）202545567085铜芯导线的安全载流量（25℃）7选择使用安装导线，要注意以下几点：a.安全载流量截面积（mm2）0.20.30.40.50.60.70.8载流量（A）46810121417截面积（mm2）1.01.54.06.08.010.0载流量（A）202545567085铜芯导线的安全载流量（25℃）8b.最高耐压和绝缘性能导线标志的试验电压，是表示导线加电1分钟不发生放电现象的耐压特性。实际使用中，工作电压应该大约为试验电压的1/3~1/5。c.导线颜色9选择安装导线颜色的一般习惯电路种类导线颜色A相红B相绿三相交流电路C相蓝零线或中性线淡蓝安全接地绿底黄纹一般交流电路①白②灰接地线路①绿②绿底黄纹＋①红②棕直流线路GND①黑②紫－①青②白底青纹103.1.2绝缘材料绝缘材料的主要性能及选择⑴抗电强度⑵机械强度⑶耐热等级级别代号最高温度/℃主要绝缘材料Y90未浸渍的棉纱、丝、纸等制品A105上述材料经浸渍E120有机薄膜、有机瓷漆B130用树脂粘合或浸渍的云母、玻璃纤维、石棉F155用相应树脂粘合或浸渍的无机材料H180耐热有机硅、树脂、漆或其它浸渍的无机物C＞200硅塑料、聚氟乙烯、聚酰亚胺及与玻璃、云母、陶瓷等材料的组合11常用绝缘材料⑴薄型绝缘材料。主要应用于包扎、衬垫、护套等。绝缘纸：常用的有电容器纸、青壳纸、铜板纸等。绝缘布：常用的有黄腊布、黄腊绸、玻璃漆布等。有机薄膜：常用的有聚脂、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯薄膜。粘带：上述有机薄膜涂上胶粘剂就成为各种绝缘粘带，俗称塑料胶带。塑料套管：除绝缘布套管外，大量用在电子装配中的是塑料套管，即用聚氯乙烯为主料制成各种规格、各种颜色的套管。⑵绝缘漆。使用最多的地方是浸渍电器线圈和表面覆盖。⑶热塑性绝缘材料。⑷热固性层压材料。⑸云母制品。云母是具有良好的耐热、传热、绝缘性能的脆性材料。⑹橡胶制品。橡胶在较大的温度范围内具有优良的弹性、电绝缘性、耐热、耐寒和耐腐蚀性，是传统的绝缘材料，用途非常广泛。123.2焊接材料焊接材料包括焊料（Solder）和焊剂（又叫助焊剂）133.2.1焊料焊料是易熔金属，它的熔点低于被焊金属。焊料熔化时，将被焊接的两种相同或不同的金属结合处填满，待冷却凝固后，把被焊金属连接到一起，形成导电性能良好的整体。一般要求焊料具有熔点低、凝固快的特点，熔融时应该有较好的润湿性和流动性，凝固后要有足够的机械强度。按照组成的成分，有锡铅焊料、银焊料、铜焊料等多种。传统的电子产品装配焊接中，主要使用铅锡焊料，一般俗称为焊锡。14锡（Sn）是一种质软低熔点的金属，熔点为232℃，纯锡较贵，质脆而机械性能差；在常温下，锡的抗氧化性强。锡容易同多数金属形成金属化合物。铅（Pb）是一种浅青白色的软金属，熔点为327℃，机械性能也很差。铅的塑性好，有较高的抗氧化性和抗腐蚀性。铅属于对人体有害的重金属。15（1）铅锡合金铅锡焊料具有一系列铅和锡所不具备的优点：•熔点低，低于铅和锡的熔点，有利于焊接；•机械强度高，合金的各种机械强度均优于纯锡和铅；•表面张力小、粘度下降，增大了液态流动性，有利于在焊接时形成可靠接头；•抗氧化性好，铅的抗氧化性优点在合金中继续保持，使焊料在熔化时减少氧化量。16（2）铅锡合金状态图共晶点17（3）共晶焊锡上图中在共晶点所对于的对应合金成分为Pb-38.1％、Sn-61.9％的铅锡合金称为共晶焊锡，它的熔点最低，只有182℃，是铅锡焊料中性能最好的一种。18杂质杂质对焊锡性能的影响铜强度增大，熔点上升，0.2％就会生成不熔性化合物；粘性增大，焊接印制电路板时出现桥接和拉尖。锌尽管含量微小，也会降低焊料的流动性，使焊料失去光泽；焊接印制电路板时出现桥接和拉尖。铝尽管含量很小，也会降低焊料的流动性，使焊料失去光泽；特别是腐蚀性增强，症状很像锌的影响。金机械强度降低，焊点呈白色。锑抗拉强度增大，但变脆，电阻大，降低流动性；为增加硬度，有时可添加≤4％。铋硬而脆，熔点下降，光泽变差。为增强耐寒性，需要时可加入微量。砷焊料表面变黑，流动性降低。铁量很少就饱和，难熔入焊料中，带磁性；熔点上升，难于焊接。19四、助焊剂（1）助焊剂的作用去除氧化膜防止氧化减小表面张力使焊点美观（2）助焊剂的分类20正磷酸（H3PO4）盐酸（HCl）酸氟酸无机系列盐氯化物（ZnCl2、NH4Cl、SnCl2等）有机酸（硬脂酸、乳酸、油酸、氨基酸等）有机卤素（盐酸苯胺等）有机系列胺基酰胺、尿素、CO(NH4)2、乙二胺等松香活化松香助焊剂松香系列氧化松香助焊剂的分类及主要成分21无机焊剂的活性最强，能除去金属表面的氧化膜，但同时有强腐蚀作用，一般不能在焊接电子产品中使用。有机焊剂的活性次于氯化物，有较好的助焊作用，但是也有一定腐蚀性，残渣不易清理，且挥发物对操作者有害。说明：22松香焊剂主要成分是松香，松香加热到70℃以上时开始呈液态，此时有一定的化学活性，呈现较弱的酸性，可与金属表面的氧化物发生化学反应；冷却后松香又变成稳定的固体，无腐蚀性，绝缘性强。23免清洗助焊剂免清洗助焊剂是目前电子工业普遍采用的一种助焊剂，其优点是残留物少（2-5%），不需清洗，绝缘电阻大，使用方便。243.2.3膏状焊料用再流焊设备焊接SMT电路板要使用膏状焊料。膏状焊料俗称焊膏或焊锡膏，由于当前焊料的主要成分是铅锡合金，故也称铅锡焊膏（无铅焊接的焊膏为“无铅焊膏”）。焊膏应该有足够的粘性，可以把SMT元器件粘附在印制电路板上，直到再流焊完成。25⑴焊粉焊粉是合金粉末，是焊膏的主要成分。焊粉是把合金材料在惰性气体（如氩气）中用喷吹法或高速离心法生产的，并储存在氮气中避免氧化。焊粉的合金组分、颗粒形状和尺寸，对焊膏的特性和焊接的质量（焊点的润湿、高度和可靠性）产生关键性的影响。26表3.15对不同粒度等级的焊粉的质量要求型号多于80%的颗粒尺寸/μm应少于1%的大颗粒尺寸/μm应少于10%的微颗粒尺寸/μm1型75~105150202型45~75753型20~45454型20~383827表3.16焊膏中助焊剂的主要成分及其作用成分主要材料作用树脂松香、合成树脂等净化焊接面，提高润湿性粘合剂松香、松香脂、聚丁烯等提供贴装元器件所需的焊膏粘性活化剂胺、苯胺、联胺卤化盐、硬脂酸等净化焊接面溶剂甘油、乙醇类、酮类等调节焊膏的工艺特性其它触变剂、界面活性剂、消光剂等调节焊膏的工艺特性，防止分散和塌边28常用焊锡膏及选择依据使用方式名称化学活性等级适用范围丝网印刷无卤素焊锡膏R航天及军用电子设备丝网印刷轻度活化焊锡膏RMA军用及专用电子设备丝网印刷活化松香焊锡膏RA民用消费产品及电子设备丝网印刷常温保存焊锡膏RMA专用电子设备定量分配器定量分配器用焊锡膏RMA定量分配器滴涂29焊膏管理与使用的注意事项⑴焊膏通常应该保存在5~10℃的低温环境下，可以储存在电冰箱的冷藏室内。超过了使用期限的焊膏，不能再用于生产正式产品。⑵一般应该在使用前至少2小时从冰箱中取出焊膏，待焊膏达到室温后，才能打开焊膏容器的盖子，以免焊膏在解冻过程中凝结水汽。假如有条件使用焊膏搅拌机，焊膏回到室温只需要15分钟。30⑶观察锡膏，如果表面变硬或有助焊剂析出，必须进行特殊处理，否则不能使用；如果焊锡膏的表面完好，则要用不锈钢棒搅拌均匀以后再使用。如果焊锡膏的粘度大而不能顺利通过印刷模板的网孔或定量滴涂分配器，应该适当加入所使用锡膏的专用稀释剂，稀释并充分搅拌以后再用。⑷使用时取出焊膏后，应及时盖好容器盖，避免助焊剂挥发。⑸涂敷焊膏和贴装元器件时，操作者应该戴手套，避免污染电路板。31⑹把焊膏涂敷到印制板上的关键是，要保证焊膏能准确地涂覆到元器件的焊盘上。如果涂敷不准确，必须擦洗掉焊膏再重新涂敷。擦洗免清洗焊膏不得使用酒精。⑺印好焊膏的电路板要及时贴装元器件，尽可能在4小时内完成再流焊。⑻免清洗焊膏原则上不允许回收使用，如果印刷涂敷的间隔超过1小时，必须把焊膏从模板上取下来并存放到当天使用的单独容器里，不要将回收的锡膏放回原容器。⑼完成再流焊的电路板，需要清洗的应该在当天完成清洗，防止焊锡膏的残留物对电路板产生腐蚀。32(4.)无铅焊料1）铅及其化合物带来的污染2）无铅焊接工艺的提出日本首先研制出无铅焊料，立法规定有铅焊接的终止期限为2003年年底，从2004年开始将不允许含铅电子产品进口；欧盟也决定在2006年在电子产品中限制使用包括铅在内的有害物质。返回333）无铅焊料的研究与推广①对无铅焊料的理想化技术要求如下：·无毒性·性能好·兼容性好·材料成本低无铅锡丝34无铅波峰焊设备35②最有可能替代铅锡焊料的无毒合金是以锡（Sn）为主，添加银（Ag）、锌（Zn）、铜（Cu）、锑（Sb）、铋（Bi）、铟（In）等金属元素。无铅焊料的可能选择方案：•Sn-Ag系焊料•Sn-Zn系焊料•Sn-Bi系焊料364）无铅焊料引发的新课题①元器件问题②印制电路板问题③助焊剂问题④焊接设备问题⑤工艺流程中的问题⑥废料回收问题373.2.5SMT所用的粘合剂（红胶）粘合剂在电子产品中的应用已经有了长久的历史，但它作为在焊接前把元器件固定在电路基板上的一种手段，却是SMT技术创造的新方法。38贴片胶的基本树脂特性固化方法环氧树脂热敏感，必须低温储存才能保持使用寿命（下6个月，常温下3个月），温度升高使寿命缩短，时，寿命和质量迅速下降；固化温度较低，固化速度慢，时间长；粘接强度高，电气特性优良；高速点胶性能不好。单一热固化丙烯酸脂性能稳定，不必特殊低温储存，常温下使用寿命12个月；固化温度较高，但固化速度快，时间短；粘接强度和电气特性一般；高速点胶性能优良。双重固化：紫外光+热表3.19SMT工艺常用贴片胶的构成与固化方法393.3焊接工具3.3.1电烙铁分类及结构按加热方式分类：有直热式、感应式等；从功能分：有单用式、两用式、调温式、恒温式等。按烙铁功率分类：有20W、30W、…、500W等；40（1）直热式电烙铁①内热式电烙铁41特点：发热快、体积小、重量轻和耗电低42②外热式电烙铁43外热直立式电烙铁的规格按功率分有30W、45W、75W、100W、200W、300W等44（4）调温式电烙铁45温控电烙铁烙铁架清洁海绵烙铁架基座电线发热器指示灯控温旋钮校准旋钮电源开关烙铁头烙铁手柄主机46特点：恒温装置在烙铁本体内，核心是装在烙铁头上的强磁体传感器。恒温式电