焊接技術(shù) 現(xiàn)代印制電路原理和工藝

1、logo 焊接技術(shù)焊接技術(shù)現(xiàn)代印制電路原理和工藝第九章第九章 焊接技術(shù)焊接技術(shù) 焊料焊料1焊料預(yù)制件與焊料膏焊料預(yù)制件與焊料膏2助焊劑助焊劑3錫鉛合金鍍層的熱熔技術(shù)錫鉛合金鍍層的熱熔技術(shù)4焊接工藝焊接工藝5 錫鉛焊料v在電子工業(yè)中常用的金屬都能同錫形成合金。因此，可以用錫對(duì)這些金屬實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接和電氣連接。sn:pb=63:37合金焊料的共晶溫度為183，傳統(tǒng)電子裝配線都是為適應(yīng)這一溫度而設(shè)計(jì)的 91 焊料焊料錫合金焊料1. 錫鉛焊料中鉛的作用與影響v由于純錫存在一些缺點(diǎn)，加入一定量的鉛，可獲得錫與鉛都不具備的優(yōu)良特性。加入鉛的作用主要有：（1）降低熔點(diǎn)（2）改善機(jī)械特性（3）降低表面能力（4）

2、可增強(qiáng)焊料的抗氧化能力圖9-1 錫鉛二元合金相圖v9.1.2 無氧化焊料v無氧化焊料（錫鉛系列焊料）為粗大的純合金。這類焊料是采用真空熔煉的方法制造的。v焊料的擴(kuò)散性比空氣中熔煉的要高得多。改善錫鉛焊料性質(zhì)的措施改善錫鉛焊料性質(zhì)的措施 摻銀摻銀摻鉍摻鉍摻鎘摻鎘9.1.4 耐各種環(huán)境的焊料1. 高溫焊料含錫量低于19.5的焊料，固相溫度升高,可以作為高溫焊料使用。 2. 低溫環(huán)境下使用的焊料 含錫量超過60的焊料，在低溫環(huán)境下發(fā)生“錫病”。為此，一般添加少量的銻、鉍或銦 3. 低熔點(diǎn)焊料 這類焊料大多為鉍、錫、鎘、銦等金屬組成的合金。 4. 易熔合金 不是作為焊料使用，制成各種報(bào)警器?開關(guān)?閥門

3、等零件名稱成分（）熔點(diǎn)（）錫鉛鎘鉍其它伍德合金伍德合金洛茲合金洛茲合金牛頓合金牛頓合金埃爾哈特合金（四埃爾哈特合金（四元共晶）元共晶）利波淮茲合金利波淮茲合金鉛錫鉍易熔合金鉛錫鉍易熔合金鉍錫鉛易熔合金鉍錫鉛易熔合金三元共晶合金三元共晶合金鉍釬料鉍釬料12.522.019.013.113.320.025.015.549.820.08.319.040.025.028.031.027.326.630.025.040.232.032.040.022.617.012.510.110.08.218.25.350.050.050.049.550.150.050.051.652.540.044.753.556

4、.5銦19.1汞10.5鋅4.060.510094.570.068.092.093.091.596.014511346.760.0130表9-7 易熔合金的成分和熔點(diǎn)v9.1.5 微型元件焊接用焊料微型元件焊接用焊料v在半導(dǎo)體器件組裝過程中，焊接不只是單純的接合，而且對(duì)電氣可靠性?機(jī)械可靠性和成本都有很高的要求。因此，不僅對(duì)焊料材料要求很高2. 各種微型元件用焊料的性能v微型元件焊接用焊料分為兩類： 硬焊料 軟焊料v 當(dāng)基金屬是金或金合金時(shí)，則應(yīng)使用金系列焊料。這種焊料不需要助焊劑和保護(hù)氣氛，可用于有源元件的焊接和外殼之類的密封焊接等方面。v 軟焊料中有錫鉛系列和錫鉛銀系列，具有消除熱應(yīng)力和易

5、更換元件等優(yōu)點(diǎn)，可用于焊接有源元件和無源元件。下面就常用的焊料作簡單的介紹：下面就常用的焊料作簡單的介紹：v 金系列焊料：金的化學(xué)和電氣性能非常良好，但它與錫?鉛系列金屬之間生產(chǎn)的化合物機(jī)械強(qiáng)度較差。 v 鋁系列焊料對(duì)于硅和鍺，鋁是p型慘雜源，所以純鋁和鋁硅合金可作為半導(dǎo)體器件的焊料。鋁與11.7的硅可形成共晶合金 v 鉛錫系列焊料這類焊料種類繁多且用途十分廣泛。一般多使用含錫為5565的焊料 v 鉛系列焊料金?銀?銻等金屬與鉛形成的共晶合金可用作焊料。v 錫系列焊料在錫中加入金、銀、銻后，可以制成所謂的高溫焊料，但在半導(dǎo)體的焊接，仍屬于熔點(diǎn)較低的焊料。v 銦焊料銦對(duì)金?銀?鈀的溶蝕作用遠(yuǎn)比錫

6、小，因此，它大量用于厚膜電路的焊接。這類銦焊料常加入錫、鉛、銀、鋅等金屬元素。但銦的價(jià)格非常昂貴，僅用于特定的場合。v 鋅系列焊料在鋅中加入一定量的錫或鉛后，可以用于焊接鋁。但因鋅的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，所以電子產(chǎn)品基本上不用這類焊料。 9.1.6無鉛焊料v歐盟領(lǐng)導(dǎo)下的電子電氣設(shè)備廢棄組織（weee）要求在2006年前停止在電子裝配工業(yè)中使用含鉛材料。v美國國家電子制造協(xié)會(huì)（nemi）為此專門實(shí)施一個(gè)名為“nemi的無鉛焊接化計(jì)劃”來系統(tǒng)研究無鉛裝配在電子工業(yè)中的使用。無鉛焊料助焊劑組織或機(jī)構(gòu)原推薦的焊料合金現(xiàn)推薦的焊料合金nemi(nat.elec.manaf. initiative)sn0.7c

7、usn3.5agsnagcusn3.9ag0.6cu(再流焊)sn0.7cu(波峰焊)ncmssn3.5agsnagcusn3.5ag0.5cu1.0znitrisnagcu, sn2.5ag0.8cu0.5sb, sn0.7cu3.5agbrite.euram ideals(eu)sn3.8ag0.7cu最佳合金，其他有潛力的合金為：sn0.7cu, sn3.5ag, snagbijieda&jieta波峰焊：sn0.7cu, sn3.5ag再流焊：sn3.5ag,sn(2-4)ag(0.5-1)cusn3.0ag0.5cu表表9-11 推薦使用的錫鉛共晶焊料替代合金推薦使用的錫鉛共晶焊料替

8、代合金9.2.1 焊料預(yù)制件v 1. 沖制的焊料預(yù)制件 焊料預(yù)制件是精密的焊料零件，是按使用要求的精確形狀制成的。焊料預(yù)制件由含金焊料帶沖制而成。使用標(biāo)準(zhǔn)模具或者使用定做的模具沖制專業(yè)零件。對(duì)于那些難于錫焊的表面，該預(yù)制件銅片將提供一個(gè)可焊表面。 另一種十分有用的焊料預(yù)制件焊料球。 9-2 焊料預(yù)制件與焊料膏焊料預(yù)制件與焊料膏 9.2.2 焊料膏v焊料膏是細(xì)粉末焊料與粘液混合而成的。可用松香基材制做，也可用水溶性助焊劑材料制成，能控制焊料的流動(dòng)性。因此對(duì)任何一種助焊劑均可使用。對(duì)不常見的印制板部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，焊料膏是最通用的。ag焊料膏 焊料膏的使用 v使用焊料膏的最普遍的一種方法是用網(wǎng)印

9、法。v在不銹鋼絲網(wǎng)上按要求所做出所需要的焊料膏圖形。零件放在掩膜網(wǎng)的下面，用刮板加力迫使焊料膏通過掩膜網(wǎng)被擠下去。v這個(gè)方法類似于絲網(wǎng)漏印法。掩膜網(wǎng)可以做為粗加工技術(shù)使用，它也是一種精密、準(zhǔn)確的沉積焊料膏的方法。銅的表面被這些許多化合物的混合物所覆蓋。焊接時(shí)銅容易和鹵化物生成各種鹵化銅解決這個(gè)問題有兩個(gè)途徑：v 一是:預(yù)先在基金屬表面鍍一層錫v 再一個(gè)辦法是用化學(xué)的辦法在焊接的同時(shí)，清除上述的“污物”。所使用的化學(xué)清洗試劑就稱為“助焊劑”。顧名思義，它是在焊接溫度下，能有效地幫助焊接工作得以順利進(jìn)行。 9-3 助焊劑助焊劑助焊劑在焊接中有三個(gè)作用：v（1）除去氧化膜的作用；v（2）在焊接溫度下

10、，防止基金屬與焊料被氧化；v（3）降低焊料的表面能力，增加其流動(dòng)性，有利于對(duì)基金屬的浸潤，為合金化創(chuàng)造條件。 9.3.3 助焊劑的分類v 從助焊劑的外形可分為三種 液體狀 膏狀 固體v 按用途可分為 刷涂用 噴涂用 浸漬用序號(hào)活性主要成分1未活化純樹脂助焊劑松香、酒精2低度活化樹脂助焊劑松香、酒精、硬脂酸甘油酯等3適度活化樹脂助焊劑松香、酒精、鄰苯二甲酸、三乙醇胺、甘油等4全活化樹脂助焊劑松香、環(huán)氧松香酯、溴化水楊酸、二甲苯、丙酮等5活化樹脂助焊劑松香、鹽酸二乙胺、三乙醇胺、乙醇等6有機(jī)助焊劑酒精、水楊酸、三乙醇胺、凡士林等7無機(jī)助焊劑氯化鋅、氯化氨、鹽酸、水等表9-13 助焊劑按活性大小分類

11、 9.3.4 助焊劑的成分v 一般助焊劑大致都由： 活性劑 成膜劑 助劑 溶劑等成分組成。v 固體助焊劑不使用溶劑。無鉛助焊劑 9.3.5 助焊劑的助焊原理v 焊接的最終目的是使焊接原子與基金屬原子形成穩(wěn)定的合金組織將焊縫填滿。v 為了做到這一點(diǎn)，必須去除焊料與基金屬表面所附著的各種雜物。因此，助焊劑必須在焊接溫度下能完成上述任務(wù)。1. 化學(xué)活性多相絡(luò)合催化去膜理論v助焊劑的化學(xué)活性主要表現(xiàn)在其親氧性。即在達(dá)到焊接溫度以前，它能有效地將熔解焊料與基金屬表面上氧化物還原或置換，形成新的金屬鹽類化合物或是金屬離子的絡(luò)合物上述絡(luò)合物能在釬焊溫度時(shí)增強(qiáng)助焊劑的浸潤能力。v反應(yīng)是在熔融的焊料、助焊劑和固

12、體基金屬接觸的表面上進(jìn)行，所以又是一種多相絡(luò)合催化反應(yīng)。正是由于這個(gè)反應(yīng)過程的存在，才使釬焊過程進(jìn)行得完全。這一理論觀點(diǎn)便是軟釬焊過程中的多相絡(luò)合催化去膜理論。v電路圖形外面的snpb合金鍍層為薄片狀和顆粒狀，在加工過程及以后的焊接工藝中，易氧化變色，而影響其可焊性。v為此，它必須進(jìn)行熱處理。把它加熱到snpb合金鍍層的熔點(diǎn)以上，使這一鍍層的合金再熔化，促進(jìn)熔融狀態(tài)的合金與基體金屬合金化。同時(shí)使鍍層變?yōu)橹旅堋⒐饬?、無針孔的結(jié)構(gòu)。這一過程通常稱為“熱熔”。 94 錫鉛合金鍍層的熱熔技術(shù)錫鉛合金鍍層的熱熔技術(shù) 9.4.2 印制電路板的熱熔方法印制電路板的熱熔方法 印制板熱熔的方法有下列四種： 紅外

13、熱熔 熱油熱熔 蒸汽冷凝熱熔 熱空氣熱熔圖9-14 紅外熱熔機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（1 助熔劑涂覆裝置；2 傳送帶； 3 預(yù)熱區(qū)； 4 熱熔區(qū)； 5 冷卻區(qū)）（2）助熔劑v在紅外熱熔時(shí)必須有合適的助熔劑，可以說沒有助熔劑就不能進(jìn)行紅外熱熔。助熔劑實(shí)際上是一種有機(jī)水溶性助焊劑，在紅外熱熔時(shí)有如下作用： 1）助熔作用 2）清潔snpb合金鍍層 3）保護(hù)作用v （3）紅外熱熔的特點(diǎn)v 紅外熱熔的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；容易自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高；比手工操作熱油熱熔勞動(dòng)條件好；熱熔的鉛錫合金涂層質(zhì)量高。v2. 熱油熱熔 熱油熱熔也是應(yīng)用比普遍的工藝。它使通過加熱液體使snpb合金鍍層熔化。這種液體常常是甘

14、油，聚甘油或聚乙二醇，目前廣泛采用的是甘油。主要采用手工操作，。9.4.3 熱風(fēng)整平技術(shù)熱風(fēng)整平技術(shù) 焊料鍍層熱風(fēng)整平技術(shù)近年來發(fā)展很快，它實(shí)際上是浸焊和熱風(fēng)整平二者結(jié)合起來在印制板金屬孔內(nèi)和印制導(dǎo)線上涂覆共晶焊料的工藝。黃銅焊料 熱風(fēng)整平時(shí)，先把清潔好的印制板浸上助焊劑，隨后浸在熔融的焊料里浸涂焊料，然后印制板從兩個(gè)空氣刀之間通過，用空氣刀的熱壓縮空氣把印制板上的多余焊料吹掉。同時(shí)排除金屬化孔里的多余焊料，使印制導(dǎo)線表面上沒有焊料堆積，也不堵孔，從而得到一個(gè)平滑、均勻而光亮的焊料涂覆層。圖9-15 熱風(fēng)整平示意圖 95 焊接工藝焊接工藝9.5.1 預(yù)涂助焊劑v無論使用哪種方法制造出來的印制板

15、，在焊接之前都應(yīng)預(yù)先涂覆助焊劑，以提高它們的可焊性和貯存性。防止在貯存期中的氧化。v涂覆助焊劑有下述幾種方法：波峰式泡沫式刷涂法噴涂法或浸涂法超聲波塑料焊接機(jī)9.5.2 預(yù)熱1. 預(yù)熱的目的v 焊接時(shí)在助焊劑起作用之前，必須把助焊劑預(yù)熱到活化溫度才能發(fā)生反應(yīng)，使氧化物從焊料焊表面被清除。多數(shù)的松香助焊劑約需88。如果只依靠焊料的波峰把助焊劑加熱到活化溫度，那么就要延長工件在波峰里停留的時(shí)間。一種比較滿意的方法是在工件進(jìn)入波峰前把印制板加熱到活化溫度。v 9.5.3 焊料槽v 1. 焊料槽的結(jié)構(gòu)與維護(hù)v 把合金焊料放入一個(gè)“焊料槽”的大容器里，用電加熱焊料槽，使焊料始終處于熔融狀態(tài)。焊料槽應(yīng)保溫

16、并應(yīng)有足夠的熱熔量，以便保持必要的合金溫度。由于錫焊過程是依賴于時(shí)間和溫度而進(jìn)行的。為了有效地控制溫度，許多焊料槽有一個(gè)大容量加熱器使金屬快速熔化，同時(shí)還有一個(gè)較小的可調(diào)供熱裝置以便穩(wěn)定地控制溫度。這個(gè)較小的加熱器液能熱負(fù)載（如印制板）不致嚴(yán)重影響焊料槽溫度。v 9.5.4 波峰焊v 在自動(dòng)錫焊裝置中，焊料波峰的設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的問題之一。因?yàn)橛懈邷兀杂≈瓢褰诤噶喜壑械臅r(shí)間不宜過長。然而，從冶金學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)為了形成良好的焊點(diǎn)，則必須使印制板與焊料保持足夠長的接觸時(shí)間，以使錫焊部位達(dá)到適宜溫度。熔融焊料從印制板的下側(cè)移過時(shí)，會(huì)在錫焊部位引起擦洗動(dòng)作，這有助于助熔作用。為此，焊料波峰應(yīng)與印制板有最長的接觸時(shí)間，又要盡量減少錫渣的生成，也就是要盡量減少波峰與空氣的接觸。為了減少拉尖，在印制板離開波峰時(shí)，印制板相對(duì)焊料的移動(dòng)速度應(yīng)為零。如果要獲得自動(dòng)錫焊過程的最佳性能，就必須要滿足這些矛盾著的條件。1. 焊料波峰