电子产品组装与防护处理

电子产品装联工艺的质量与可靠性目录1、概述2、装联前的准备工艺3、印制电路板组装工艺4、焊接工艺5、清洗工艺6、压接工艺7、防护与加固工艺8、PCA的修复与改装工艺9、电缆组装件制作工艺10、整机组装工艺11、静电防护工艺12、国外先进电子组装标准介绍电子产品装联工艺是指用规定的电子元器件和零、部（组）经过电子及机械的装配和连接，使电子产品满足设计任务书要求的工艺技术。因此，没有一整套较为先进成熟的、可操作性的电子装联工艺技术，是不可能保证电子装联的高质量和电子产品的可靠性。1概述1.1电子装联工艺技术的发展概况装联工艺的发展阶段电子管时代晶体管时代集成电路时代表面安装时代微组装时代装联工艺技术的三次革命通孔插装表面安装微组装器件封装技术的发展电子产品的装联工艺是建立在器件封装形式变化的基础上，即一种新型器件的出现，必然会创新出一种新的装联技术和工艺，从而促进装联工艺技术的进步。QFPBGACSP（μBGA）DCAMCM……小型，超小型器件的出现和推广应用，促进了高密度组装技术的发展，也模糊了一级封装和二级组装之间的界限。同时对电子产品的设计、组装工艺、组装设备等提出了更新更高的要求。1.2电子产品的分级按IPC-STD-001“电子电气组装件焊接要求”标准规定，根据产品最终使用条件进行分级。1级（通用电子产品）：指组装完整，以满足使用功能主要要求的产品。2级（专用服务类电子产品）：该产品具有持续的性能和持久的寿命。需要不间断的服务，但不是主要的。通常在最终使用环境下使用不会失效。3级（高性能电子产品）：指具有持续的高性能或能严格按指令运行的设备和产品，不允许停歇，最终使用环境异常苛刻。需要时产品必须有效，例如生命救治和其它关键的设备系统。1.3电子装联工艺的组成随着电子技术的不断发展和新型元器件的不断出现，电子装联技术也在不断变化和发展。电子装联工艺的组成电子装联工艺的质量控制电子装联工艺的组成电子装联质量控制元器件性能测试与筛选材料规格、牌号及合格证元器件、印制板可焊性检查2装联前的准备工艺2.1元器件引线的可焊性检查可焊性是衡量元器件和PCB焊接部位是否可以顺利发生焊接过程的重要特征之一，是保证焊点质量，防止焊点缺陷的重要条件。可焊性检查主要有以下三种方法焊槽法（垂直浸渍法）焊球法（润湿时间法）润湿称量法（GB/T2423.32-2008）IEC60068-2-58试验Td：表面安装元器件的可焊性、金属化层耐熔蚀和耐焊接热标准试验条件：可焊性试验温度235℃耐焊接热试验温度260℃2.2元器件引线搪锡工艺锡和锡铅合金为最佳的可焊性镀层，其厚度为5～7μm。镀金引线的搪锡（除金）：金镀层是抗氧化性很强的镀层，与SnPb焊料有很好的润湿性，但直接焊接金镀层时，SnPb合金对金镀层产生强烈的溶解作用，金与焊料中的Sn金属结合生成AuSn4合金，枝晶状结构，其性能变脆，机械强度下降。为防止金脆现象出现，镀金引线在焊接前必须经过搪锡除金处理。2.3IPC-J-STD-001D对镀金引线除金的规定对于具有2.5μm或更厚金层的通孔元件引线，在焊接前，应去除至少95%被焊表面的金层；对于表面贴装元器件，不管金层厚度为多少，在焊接前，应去除至少95%被焊表面的金层；针对镀金层厚度大于或等于有2.5μm的元器件，可采用二次搪锡工艺或波峰焊接工艺去除焊接端头表面的金层。针对采用化学浸镍金（ENIG）工艺的印制板，印制板表面镀金层可免除除金要求。2.4元器件引线成型工艺要求引线成形一般应有专用工具或设备完成。SMD引线成形必须由专用工装完成；保持一定的弯曲半径，以消除应力影响；保持元器件本体或熔接点到弯曲点的最小距离至少为2倍的引线直径或厚度，但不得小于0.75mm。引线成形后的尺寸与PCB安装孔孔距相匹配；引线直径大于1.3mm时，一般不可弯曲成形，小于1.3mm的硬引线（回火处理），也不允许弯曲成形。引线成型后，引线不允许有裂纹或超过直径10%的变形。扁平封装器件（如QFP等）应先搪锡后成形。成形不当或不符合要求时，原弯曲半径在1～2倍引线直径内，可以矫直后在原处再弯曲一次。2.5导线端头处理工艺要求导线端头绝缘层剥除应使用热控型剥线工具，限制使用机械（冷）剥线工具。采用机械剥线工具，应采用不可调钳口的精密剥线钳，并做到钳口与导线规格配合的唯一性。热剥工艺造成的绝缘层变色是允许的，但不应烧焦发黑。化学剥除绝缘层仅适用于单股实芯导线的端头处理，处理后应立即进行中和、清洗；屏蔽导线屏蔽层的处理应符合产品技术要求，处理方法应符合有关标准的要求。2.6PCB组装前的预处理PCB的复验组装前要求3印制电路板组装工艺3.1元器件通孔插装（THT）3.1.1安装原则元器件在PCB上安装的形式多样，但都必须符合产品质量和可靠性要求，遵守有关原则：元器件安装应满足产品力学和气候环境条件的要求；疏密均匀、排列整齐、不允许立体交叉和重叠；轴向引线元器件必须平行于板面安装，非轴向引线的元器件原则上不得水平安装；金属壳体元器件应能与相邻印制导线和导体元器件绝缘。元器件之间要保持合理的安全间隙或套套管；大质量元器件的加固；大功率元器件的散热和悬空安装；热敏元器件安装，应远离发热元件或隔热措施；静电敏感元器件安装，采取防静电措施；元器件安装后，不得挡住其它元器件引线，以便于拆装、清洗；3.1元器件通孔插装（THT）3.1.2安装次序先低后高、先轻后重、先非敏感元器件后敏感元件、先表面安装后通孔插装、先分立元器件后集成电路。3.1元器件通孔插装（THT）3.1.3安装要求安装高度要符合产品防震、绝缘、散热等要求及设计文件要求；元器件加固要求：7g、3.5g及设计工艺文件的规定；接线端子、铆钉不应作界面或层间连接用，导通孔（金属化孔）不能安装元器件；一孔一线，孔径与引线直径的合理间隙（0.2～0.4mm）空心铆钉不能用于电气连接；元器件之间有至少为1.6mm的安全间距；元器件安装后，引线伸出板面的长度应为1.5±0.8mm；元器件安装后，引线端头采用弯曲连接时，引线弯曲长度为3.5～5.5d；如底面无裸露的电路(印制导线)；元件可贴板安装(玻璃二极管除外),如底面有裸露电路,至少有0.25mm间距,最大为1mm；元器件安装应做到不妨碍焊料流向金属化孔另一面；跨接线应看作轴向引线元件,并符合轴向引线元件的安装要求;双列直插IC安装在导电电路上时,元器件底面离板面的间隙最大为1mm或肩高；陶瓷封装的双列IC安装后,引线可以弯曲30°，每侧二根。3.1元器件通孔插装（THT）3.1.4安装形式水平贴板安装，水平悬空安装，立式安装(非轴向)支架固定，嵌入式安装(圆壳封装IC，有高度限制的元器件)3.1.5元器件插装方法手工插装半自动插装全自动插装3.2元器件表面安装（SMT）3.2元器件表面安装（SMT）元器件（SMC/SMD）基本要求：外形适合自动化贴装要求；尺寸、形状标准化，并具有良好的互换性；元器件焊端和引脚的可焊性符合要求；符合再流焊和波峰焊的耐高温焊接条件；可承受有机溶剂的清洗；3.2元器件表面安装（SMT）选购要求：根据设计和工艺要求，选择元器件种类、尺寸和封装形式；元器件包装形式适合贴装机自动贴装；元器件焊端（引脚）应涂镀厚度不小于7.5μm的锡铅合金（Sn含量58～68%）；包装开封后在25±5℃，HR55～70%条件下，在存放48小时内焊接仍能满足焊接技术要求；元器件在40℃的清洗溶剂中，至少能承受4min的浸泡时间；元器件能承受10个再流焊周期，每个周期为215℃，时间为60s，并能承受在260℃的熔融焊料中10s的浸泡时间；元器件引线歪斜度误差不大于0.8mm；元器件引线共平面度误差不大于0.1mm。3.2元器件表面安装（SMT）印制电路板（PCB）PCB基材一般选用FR4环氧玻璃纤维板，或FR4改性、FR5板；板面平整度好，翘曲度≤0.75%，安装陶瓷基板器件的PCB翘曲度≤0.5%；焊盘镀层光滑平整，一般不采用贵金属为可焊性保护层；阻焊膜的厚度不大于焊盘的厚度；安装焊盘可焊性优良，表面的润湿性应大于95%；焊盘图形符合元器件安装要求，不允许采用共用焊盘；PCB能进行再流焊和波峰焊PCB生产后，72小时内应进行真空包装。3.2元器件表面安装（SMT）3.2.3焊膏焊膏的技术要求焊膏的成分符合国家标准的要求（GJB32435.3.2.2条）在储存期内焊膏的性能保持不变焊膏中金属颗粒与焊剂不分层室温下连续印刷时，焊膏不易干燥，印刷性好焊膏粘度要保证印刷时具有良好的脱模性，又要保证良好的触变性，印刷后焊膏不产生塌陷严格控制金属微粉和金属氧化物焊料，避免焊接时随溶剂、气体挥发而飞溅，形成锡珠焊接时润湿性良好3.2元器件表面安装（SMT）焊膏焊膏的管理和使用焊膏应储存在5～10℃的环境条件下使用前必须经回温处理，常温下会温2～4h使用前应充分搅拌印刷后应及时完成焊接，根据焊膏厂商推荐参数，一般情况下应在4h内完成焊接3.2元器件表面安装（SMT）焊膏焊膏的成分焊料合金（SnPb、SnPbAg等）活化剂（松香、三乙醇胺等）增粘剂（松香醇、聚乙烯等）溶剂（丙三醇、乙二醇等）摇溶性附加剂（石蜡软膏基剂）3.2元器件表面安装（SMT）焊膏印刷工艺要求印刷时膏量均匀，一致性好；焊膏图形清晰，相邻图形之间不粘连，并与焊盘图形基本一致；引脚间距大于0.635mm的器件，印刷的焊膏量一般为0.8mg/m㎡，引脚间距小于0.635mm的器件，印刷焊膏量一般为0.5mg/m㎡；焊膏覆盖每个焊盘的面积应在75%以上，无明显塌落，错位不大于0.2mm，细间距不大于0.1mm；印刷压力一般选择为0.3～0.5N/mm，印刷速度为10～25mm/s；严格回收焊膏的管理和使用。3.2元器件表面安装（SMT）印刷网板的验收要求检查网框尺寸是否符合印刷机的安装要求；检查绷网质量，并检查网框四周的粘接质量；用放大镜检查焊盘开口的喇叭口是否向下，开口四周内壁是否光滑无毛刺；把PCB放在网板下底面，检查图形是否完全对准，有无多孔（不需要的开口）和少孔（遗漏的开口）；3.2元器件表面安装（SMT）网板厚度的选择元器件引线节距（mm）网板厚度（mm）＞1.270.20～0.251.27～0.6350.15～0.200.3～0.50.10～0.153.2元器件表面安装（SMT）贴装工艺元器件贴装工艺要求元器件正确：要求各安装元器件的类型、型号、标称值、极性等特征符合装配图要求；位置正确：元器件端头或引脚与焊盘图形尽量对齐居中。偏移不应超出元器件端头或引脚宽度的25%；压力适当：贴装压力要适当，应至少保证元器件焊端或引脚厚度的1/2部分浸入焊膏；焊膏挤出量控制：焊膏挤出焊盘应小于0.2mm，细间距器件应小于0.1mm；元器件贴装方法：手工贴装自动贴装3.2元器件表面安装（SMT）3.2元器件表面安装（SMT）3.3元器件混合安装（MMT）元器件混合安装是目前大多数电子产品采用的主要组装工艺。混合安装的关键是根据产品的特点和设备配制情况，安排合理可行的工艺流程具体操作工艺按通孔插装和表面安装的工艺要求进行。3.3元器件混合安装（MMT）单面混合安装双面混合安装4焊接工艺4.1焊接机理分析4.1.1焊接过程分解扩散生成合金层4.1焊接机理分析4.1.2焊点形成条件焊料的润湿和润湿力SnPb+CuCu6Sn5/Cu3Sn+Pb金属间化合物（合金层/IMC）生成的条件：润湿力表面张力（润湿）；润湿角（接触角）θ90°（20-30°为良好润湿）；金属间的相互扩散（温度、时间）；被焊金属与焊料之间的亲和力；清洁的接触表面（清洗）。4.2焊接材料4.2.1焊料分类有铅焊料：S-Sn60PbAAS-Sn63PbAA（GB3131-2001）无铅焊料（SnAg、SnAgCu