SMT焊接技術(shù)講座

1、 彩電整機(jī)焊接技術(shù)彩電整機(jī)焊接技術(shù) 一、整機(jī)焊接質(zhì)量對企業(yè)的影響一、整機(jī)焊接質(zhì)量對企業(yè)的影響z 1.對產(chǎn)品質(zhì)量近期的影響z （1）生產(chǎn)過程直通率下降z （2）產(chǎn)品早期失效上升z 2.對產(chǎn)品質(zhì)量的遠(yuǎn)期影響z 整機(jī)MTBF(平均故障間隔時間 )下降3.對企業(yè)的影響z（1）產(chǎn)品早期失效-眼前的興衰z（2）壽命期內(nèi)失效-后續(xù)再發(fā)展 受阻z（3）超壽命期失效-名牌企業(yè)、 后續(xù)發(fā)展資金雄厚二、焊接原理二、焊接原理z1.潤濕z （1）三種不同玻璃板的物理現(xiàn)象z（2）定義：潤濕是發(fā)生在液體與固體接觸后的一種物理現(xiàn)象 z 結(jié)論：同一種液體作用在不同的結(jié)論：同一種液體作用在不同的固體表面發(fā)生的潤濕是不一樣的，被固

2、體表面發(fā)生的潤濕是不一樣的，被加熱的固體表面有利于液體的潤濕發(fā)加熱的固體表面有利于液體的潤濕發(fā)生生。 2.潤濕角z 潤濕完成后，液體與固體的交接面總是形成一個角度，我們稱之為潤濕角，其定義為：液體與固體的接觸面與液體表面的切線之間所形成的夾角。如下圖所示3.焊錫在銅表面的潤濕z 熔化的焊錫等效于液體，在銅板表面也能發(fā)生潤濕現(xiàn)象。4.擴(kuò)散與合金層z 當(dāng)兩種金屬都被加熱且靠的很近時，一種金屬中的原子能夠向另一種金屬晶格中擴(kuò)散且發(fā)生化學(xué)變化。z 在焊接過程中，若對焊錫SnPb63維持一定的熱能提供，焊錫中的錫原子就會向銅中擴(kuò)散，生成一種錫化銅（Cu6Sn5 Cu3Sn ）的合金層。z 錫化銅（Cu6

3、Sn5 Cu3Sn ）是一種很硬、抗拉強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好的固體。 (1)合金層未完整生成，僅是一種半附著性結(jié)合，強(qiáng)度很低，導(dǎo)電性差（ 35m） 。合合 金金 層層 5.焊點(diǎn)的形成及其潤濕角的判定z（1）焊點(diǎn)的形成（2）焊點(diǎn)潤濕角的判定 a a 焊點(diǎn)的潤濕性好，呈彎月形狀，插裝元件的潤濕角焊點(diǎn)的潤濕性好，呈彎月形狀，插裝元件的潤濕角應(yīng)小于應(yīng)小于9090，以以15451545為最好，見圖為最好，見圖(a)(a)；片式元件的潤濕角；片式元件的潤濕角小于小于9090，焊料應(yīng)，焊料應(yīng)在片式元件金屬化端頭處全面鋪開，形成連續(xù)均勻的覆蓋層，見圖在片式元件金屬化端頭處全面鋪開，形成連續(xù)均勻的覆蓋層，見圖(b)

4、(b)。(a) (a) 插裝元器件焊點(diǎn)插裝元器件焊點(diǎn) (b)(b)貼裝元件焊點(diǎn)貼裝元件焊點(diǎn) 插裝元器件和貼裝元件焊點(diǎn)潤濕示意圖插裝元器件和貼裝元件焊點(diǎn)潤濕示意圖 焊點(diǎn)質(zhì)量要求焊點(diǎn)質(zhì)量要求（GB9491標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)） ：A、焊點(diǎn)應(yīng)外形光滑，焊料適量，最多不得超過焊盤外緣，最少不應(yīng)少于焊盤面積的80%，金屬化孔的焊點(diǎn)焊料最少時其透錫面凹進(jìn)量不得大于板厚的25%,引線末端清楚可見； B、焊點(diǎn)表面光潔，結(jié)晶細(xì)密，無針孔、麻點(diǎn)、焊料瘤； C、焊料邊緣與焊件表面形成的潤濕角應(yīng)小于30度； D、焊點(diǎn)引線露出高度為0.51mm。引線總長度（從印制板表面到另一面的引線頂端）不大于4mm； E、焊點(diǎn)不允許出現(xiàn)拉尖、

5、橋接、引線（或焊盤）與焊料脫開或焊盤翹起以及虛焊、漏焊現(xiàn)象； F、波峰焊后允許存在少量疵點(diǎn)（如漏焊、連焊、虛焊），但疵點(diǎn)率單塊板不應(yīng)超過2 。G、焊錫點(diǎn)經(jīng)振動試驗和高低溫試驗后，機(jī)電性能仍應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)要求。 三、實現(xiàn)焊接的必備條件三、實現(xiàn)焊接的必備條件z1.被焊金屬可焊性良好2.被焊金屬表面清潔z 油垢、手指印（金屬氯化物）影響潤濕和擴(kuò)散.3.有合適的助焊劑z 盡管元器件引線都進(jìn)行了處理（鍍：錫、鉛錫、銀、銀鈀），但由于長期存放在空氣中均受到了不同程度的氧化，助焊劑能有效的去掉氧化膜。 四、對焊接的理性認(rèn)識四、對焊接的理性認(rèn)識z 金屬的可焊性z 潤濕角z 潤濕的實質(zhì)z 焊點(diǎn)形成的兩個過程z

6、焊接的必備條件z 焊接的實質(zhì)五、焊接常用的工具和材料五、焊接常用的工具和材料z1. 電烙鐵: 是我們?nèi)斯な謩雍附邮褂玫墓ぞ?，它的好壞直接影響焊點(diǎn)的好壞。z （1）烙鐵的種類z 按功率分為低溫烙鐵高溫烙鐵和恒溫烙鐵。z A低溫烙鐵通常為30W40W50W等，主要用于普通焊接。z B高溫烙鐵通常指60W或60W以上烙鐵主要用于大面積焊接例如高壓電源線的焊接等。z C恒溫烙鐵又可分為恒溫烙鐵和溫控烙鐵(溫度可以調(diào)節(jié))，主要用于IC或多腳密集元件的焊接。五、焊接常用的工具和材料五、焊接常用的工具和材料z（2）電烙鐵的工作溫度：通電5分鐘之內(nèi)電烙鐵頭應(yīng)達(dá)到的溫度，一般為： 30W 310-410 ，我司

7、新購的一般為350 左右； 40W 320-420 ，我司新購的一般為380 左右； 50W 340-440 ，我司新購的一般為410 左右；z（3）電烙鐵工作溫度曲線：z（4）電烙鐵使用注意事項：z A新烙鐵通電后要立即掛錫，切勿使用沙紙或硬物清潔烙鐵頭 ；z B經(jīng)常用潤濕海綿清潔烙鐵頭，并保持烙鐵頭上錫，以降低烙鐵頭氧化速度。嚴(yán)禁甩打手柄（包括甩錫行為）;z C空載時間不得超過15分鐘;z D嚴(yán)禁焊接時施壓過大、敲打手柄或甩錫行為；z E更換烙鐵頭時，請選擇原裝廠家的烙鐵頭并確認(rèn)烙鐵頭型號是否正確（特別是溫控烙鐵）；z F長時間連續(xù)使用電烙鐵時，應(yīng)每周一次拆開烙鐵頭清除氧化物 。五、焊接常

8、用的工具和材料五、焊接常用的工具和材料z（5）烙鐵頭選擇依據(jù)：z A 烙鐵頭的大小與熱容量有直接關(guān)系，烙鐵頭越大，熱容量相對越大，烙鐵頭越小，熱容量也越小。進(jìn)行連續(xù)焊接時，使用越大的烙鐵頭，溫度跌幅越少 ；z B短而粗的烙鐵頭傳熱比長而細(xì)的烙鐵頭快，而且比較耐用。扁的、鈍的烙鐵頭比尖銳的烙鐵頭能傳遞更多的熱量。一般來說，烙鐵頭尺寸以不影響鄰近元件為標(biāo)準(zhǔn)。選擇能夠與焊點(diǎn)充份接觸的幾何尺寸能提高焊接效率;z C在較密集的電路板上進(jìn)行焊接，使用較幼細(xì)的烙鐵頭能減低錫橋的形成機(jī)會。需要較多錫量時，可使用鍍錫層表面面積較大的烙鐵頭。若焊點(diǎn)位置被一些較高的電子元件圍繞而難于接觸，可使用形狀較長且細(xì)的烙鐵頭

9、。 （6）烙鐵頭的分類： 分B B型型/ /LBLB型型 、 C C型型/ /CFCF型型 、K K型、型、I I型型 、 D D型型/ /LDLD型型 、H H型等。型等。z A B B型型（圓錐形）烙鐵頭無方向性，整個烙鐵頭前端均可進(jìn)行焊接，適合一般焊接 ；z B C C型型（斜切圓柱形）用烙鐵頭前端斜面部份進(jìn)行焊接，用于焊接面積大的焊點(diǎn);z C K K型型（刀形）使用刀形部份焊接，豎立式或拉焊式焊接均可，屬于多用途烙鐵頭；z D I I 型烙鐵頭尖端幼細(xì) ，適合精細(xì)的焊接或焊接空間狹小的情況，也可以修正焊接芯片時產(chǎn)生的錫橋。 圓棒型分段型I型J型小頭型大頭型過渡型烙鐵形狀根據(jù)烙鐵頭形狀,

10、烙鐵頭可分為以下各種類型： A型（棱角型）B型（斗錐型）C型（竹槍型）BC型（綜合型）D型（平角型）K型（刀刃型）根據(jù)烙鐵頭前端形狀，可分為以下各種類型： 烙鐵頭適用于貼片等小器件焊接適用于常規(guī)性焊接適用于大器件焊接適用于中小器件焊接適用于大器件焊接適用于特殊器件焊接-0-08 8- -z2. 焊錫：z（1）成分：SnPb ，含錫量60 65%。z（2）特點(diǎn)：熔點(diǎn)較低為183，耐腐蝕性好，對被焊金屬的潤濕能力強(qiáng)，導(dǎo)電性良好。z（3）焊錫絲：按錫絲的直徑分為0.60.81.01.2等多種，其錫鉛比重通常為60:40或65:35，另外有2的助焊劑(主要成分為松香)。 注意沒有助焊劑的錫絲稱為死錫助

11、焊劑比重雖小但在生產(chǎn)中若是沒有則不能使用。五、焊接常用的工具和材料五、焊接常用的工具和材料焊接材料 (分類: 焊錫線、焊錫膏、焊膏條、焊球等)焊錫又分為有鉛焊錫和無鉛焊錫焊錫又分為有鉛焊錫和無鉛焊錫 有鉛銲錫 Sn (錫) - 37%Pb (鉛)無鉛銲錫 Sn(錫) - 9.0% Zn(鋅) Sn(錫) - 3.5% Ag(銀) - 10% Bi(鉍) Sn(錫) - 3.5% Ag(銀) - 0.7% Cu(銅) Sn(錫) - 3.5% Ag(銀) Sn(錫) - 0.7% Cu(銅)區(qū)分 合金成分 熔 點(diǎn) 環(huán)境保護(hù)183 鉛流失,危害環(huán)境210230 保護(hù)環(huán)境 焊錫焊錫松香松香帶芯焊錫線

12、帶芯焊錫線焊錫焊錫無芯焊錫線無芯焊錫線錫錫線線直徑（直徑（mm）型型號號0.30.40.50.60.81.01.21.6錫線規(guī)格錫線規(guī)格-0-05 5- -3.助焊劑z（1）成分：松香（樹脂）+稀釋劑（酒精等）。z（2）作用：除去被焊金屬表面的氧化膜， 防止被焊金屬再氧化，降低焊錫的表面漲力，增大其潤濕能力。z（3）助焊劑的助焊原理：松香與被焊金屬表面的氧化物（氧化銅）反應(yīng)生成液態(tài)的松香酸銅， 焊錫下沉致使松香酸銅浮于表面，隔絕了空氣中的氧氣。4.潤濕海綿：z（1）海綿含水量的標(biāo)準(zhǔn) 將海綿泡入水中取出后對折，握住海綿稍微用力擠壓，直至海綿不流出水并保持潮濕狀態(tài)。 若海面含水過多，會導(dǎo)致烙鐵頭溫

13、度急劇下降，既降低了烙鐵頭的使用壽命，也嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍。z（2）作用： 可以消除焊接過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，且成本低。 六、焊接溫度與焊接時間六、焊接溫度與焊接時間z1.焊接溫度（2455）z雖然SnPb63的熔點(diǎn)在183，但位提高其潤濕能力一般選焊接溫度為2455，同時試驗證明在這一溫度下擴(kuò)散所生成的合金層厚度在1235m強(qiáng)度最高。z2.焊接時間（ 34s）z焊接時間的長短直接影響焊點(diǎn)的質(zhì)量，同時也與所形成合金層的厚度有關(guān)，時間短焊錫只是附著在被焊金屬上，沒有擴(kuò)散的發(fā)生，更談不上合金層的生成。時間長CuSn5厚面脆，強(qiáng)度大大下降。七、焊接的機(jī)械化作業(yè)七、焊接的機(jī)械化作業(yè)波峰焊波峰焊z1.波峰焊的

14、構(gòu)造及其工藝過程 2.波峰焊的工藝參數(shù)z（1）助焊劑比重：0.830.01g/cm3(松香基)； 0.800.01g/cm3(免清洗) z（2）預(yù)加熱溫度（基板焊接面溫度） ： 10010 z（3）焊接溫度：2455 z（4）焊接時間：3.50.7秒 z（5）牽引角度：4度10度 z（6）波峰高度：710mmz（7）壓錫深度：板厚的1/24/5 z（8）冷卻溫度：常溫風(fēng)冷3.波峰焊的溫度梯度曲線八、焊接的機(jī)械化作業(yè)八、焊接的機(jī)械化作業(yè)SMTSMTz1.回流焊z（1）焊料 : SnPb （63/37）粉末焊膏，免清洗助焊劑，含量在10%左右，粒度為30-45m，儲存環(huán)境為冰箱內(nèi)28 。z（2）工

15、藝過程：160310142125/32161016Melf&42162535SOT231016RP1016SOP&QFP2535膠點(diǎn)飽滿，無拉絲，溢膠到焊盤現(xiàn)象，膠點(diǎn)居于兩焊盤中心，橫向不得接觸焊盤，縱向不得超出焊盤邊緣的1/2，雙孔點(diǎn)膠頭縱向點(diǎn)兩次偏差0.4mm。膠點(diǎn)飽滿，無拉絲，溢膠到焊盤現(xiàn)象，膠點(diǎn)居于兩焊盤中心，縱向不得接觸焊盤，橫向不得超出焊盤邊緣的1/2，雙孔點(diǎn)膠頭橫向點(diǎn)兩次。膠點(diǎn)飽滿，無拉絲，溢膠到焊盤現(xiàn)象，膠點(diǎn)居于兩焊盤中心，縱向不得接觸焊盤，橫向不得超出焊盤邊緣的1/2，雙孔點(diǎn)膠頭橫向相近點(diǎn)點(diǎn)兩次點(diǎn)數(shù)的多少和分布視零件的情況而定。膠點(diǎn)飽滿，無拉絲，溢膠到焊盤現(xiàn)象，膠點(diǎn)居于兩焊盤

16、中心，橫向不得接觸焊盤，縱向不得超出焊盤邊緣的1/2,采用單孔點(diǎn)膠頭。膠點(diǎn)飽滿，無拉絲，溢膠到焊盤現(xiàn)象，膠點(diǎn)居于兩焊盤中心，橫向不得接觸焊盤，縱向不得超出焊盤邊緣的1/2。采用雙孔點(diǎn)膠頭。膠點(diǎn)飽滿，無拉絲，溢膠到焊盤現(xiàn)象，膠點(diǎn)居于兩焊盤中心，橫向不得接觸焊盤，縱向不得超出焊盤邊緣的1/2，雙孔點(diǎn)膠頭縱向點(diǎn)兩次。點(diǎn)膠品質(zhì)控制點(diǎn)膠品質(zhì)控制貼裝合格的判定貼裝合格的判定 S1S2S3鏈條速度19017027271cm/minS1S2S3鏈條速m/min各溫區(qū)溫度參考設(shè)定各溫區(qū)溫度參考設(shè)定 錫膏板：錫膏板： 點(diǎn)膠板：點(diǎn)膠板： （3）回流焊溫度曲線 電視模塊加工工藝流程：電視模塊

17、加工工藝流程： z 工藝流程A： PCB的A面點(diǎn)貼片膠 貼片 固化檢驗（質(zhì)控點(diǎn)）翻版 B面手工插件或機(jī)插 波峰焊接 反檢（質(zhì)控點(diǎn)）調(diào)試包裝運(yùn)輸z 工藝流程B： PCB的A面絲印焊膏 貼片 回流焊接檢驗（質(zhì)控點(diǎn)） A面手工插件或機(jī)插 波峰焊接 反檢（質(zhì)控點(diǎn)）調(diào)試包裝運(yùn)輸z 工藝流程C：PCB的A面絲印焊膏 貼片 A面回流焊接 檢驗（質(zhì)控點(diǎn)）翻版 PCB的B面絲印焊膏 貼片 B面回流焊接檢驗（質(zhì)控點(diǎn)）調(diào)試包裝運(yùn)輸z 工藝流程D：PCB的A面絲印焊膏 貼片 A面回流焊接 檢驗（質(zhì)控點(diǎn)）翻版 PCB的B面點(diǎn)/印貼片膠 貼片 固化檢驗（質(zhì)控點(diǎn)） 翻版A面手工插件或機(jī)插 波峰焊反檢（質(zhì)控點(diǎn)）調(diào)試包裝運(yùn)輸2

18、.無鉛焊z（1 1）焊料）焊料z （a）Sn99.7/Cu0.3(227)z （b）Sn96.3/Ag3/Cu0.7(217219)z（2 2）特殊技術(shù)要求特殊技術(shù)要求z （a）SnCu合金要求以260的最低溫度老獲 得與SnPb63同樣級別的正向潤濕力。z （b）焊接溫度高，為防止氧化，一般進(jìn)行充N2焊接。z （c）焊錫槽要求用含鈦不銹鋼板制作。z （d）要求有預(yù)加熱溫度提升裝置z （e）要求有急冷裝置，冷卻速率20/s2.無鉛焊1 1、 WEEE( WEEE(廢棄電力電子設(shè)備限制廢棄電力電子設(shè)備限制)/)/RoHS(RoHS(有害物質(zhì)限制有害物質(zhì)限制) ) 歐盟通過立法歐盟通過立法, ,限

19、制限制Pb,Hg,Cd,CrPb,Hg,Cd,Cr等有害物質(zhì)的應(yīng)用等有害物質(zhì)的應(yīng)用 執(zhí)行時間：執(zhí)行時間：20062006年年7 7月月1 1號號2 2、 JEDEC（美國電子器件工程聯(lián)合委員會）美國電子器件工程聯(lián)合委員會） 0.2wt%Pb JEIDA（日本電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會）日本電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會） 0.1wt%Pb EUELVD（歐洲壽命測試方法指南）歐洲壽命測試方法指南） 0.1wt%Pb 無鉛化組裝無鉛化組裝元器件元器件濕度敏感性濕度敏感性, 翹曲翹曲, 較高的回較高的回流溫度流溫度, 元件管腳元件管腳,爆裂爆裂, 芯片芯片失效失效)波峰焊波峰焊助焊劑助焊劑, 錫渣的形成錫渣的形成, 焊接

20、焊接角角, 焊接環(huán)境焊接環(huán)境, 污染污染 印刷電路板印刷電路板(較高的回流溫度較高的回流溫度, 氧化氧化, 翹翹曲曲, 表面處理表面處理, 分層分層)回流焊接回流焊接峰值溫度峰值溫度, 潤濕潤濕, 焊接環(huán)境焊接環(huán)境, 板上溫差板上溫差, 冷卻速率對微結(jié)冷卻速率對微結(jié)構(gòu)的影響構(gòu)的影響焊接材料焊接材料合金合金, 助焊劑助焊劑, 潤濕性潤濕性, 可靠可靠性性, 應(yīng)力應(yīng)力錫膏沉積錫膏沉積 密度密度,助焊劑殘留助焊劑殘留, 印刷特印刷特性性,使用壽命使用壽命,氧化氧化無鉛化組裝的復(fù)雜性返修與返工返修與返工高溫下多次回流高溫下多次回流., 焊盤及焊盤及周圍元件的損壞周圍元件的損壞,焊盤的焊盤的清潔平整問題

21、清潔平整問題無鉛化裝配并不是簡單的將有鉛焊料替換成無鉛焊料！無鉛化裝配并不是簡單的將有鉛焊料替換成無鉛焊料！無鉛化帶來的問題無鉛化帶來的問題 成本的增加成本的增加 印刷電路板焊盤表面處理方式的影響印刷電路板焊盤表面處理方式的影響 元器件管腳焊盤表面處理方式的影響元器件管腳焊盤表面處理方式的影響 鉛污染鉛污染 元器件的可靠性問題元器件的可靠性問題 印刷電路板的可靠性問題印刷電路板的可靠性問題 多次受熱的影響多次受熱的影響 錫須帶來短路的危險錫須帶來短路的危險 焊點(diǎn)可靠性焊點(diǎn)可靠性 熱循環(huán)老化熱循環(huán)老化 焊點(diǎn)可靠性焊點(diǎn)可靠性 機(jī)械性能機(jī)械性能 焊點(diǎn)可靠性焊點(diǎn)可靠性 沖擊和震動沖擊和震動 電氣可靠性電氣可靠性插件元件管腳插件元件管腳: 錫 (電鍍或侵蘸)貼片元件管腳貼片元件管腳: 粗錫 (針對低壽命的應(yīng)用)或鎳阻層粗錫元件焊球元件焊球: Sn4wt%AgCu分立元件分立元件： 粗錫元器件管腳表面主要的無鉛化處理方式： OSP ，有機(jī)防護(hù)劑有機(jī)防護(hù)劑 ENIG ，化鎳沉金化鎳沉金 ImAg ，沉銀沉銀 HASL，熱風(fēng)整平（熱風(fēng)整平（SnCu）印刷電路板銅焊盤表面主要的無鉛化處理方式：各種合金形成的不同的外觀形貌Sn/PbSn/3Ag/0.5CuSn/3Ag/0.7Cu/3BiSn/3.5AgSn/58BiSn/2CuSn/3Bi/8ZnSn/3.5Ag/0.5Cu