电路与信号分析 第5章 焊接工艺新.ppt
2023/11/4,Page 1,第5章 焊接工艺,2023/11/4,Page 2,5.1 手工焊接工艺,5.1.1 焊料与焊剂5.1.2 焊接工具的选用5.1.3 保证焊接质量的因素5.1.4 手工焊接的工艺流程和方法5.1.5 导线和接线端子的焊接 5.1.6 印制电路板上的焊接,2023/11/4,Page 3,焊料与焊剂,手工焊接是焊接技术的基础，也是电子产品装配中的一项基本操作技能。手工焊接适用于小批量生产的小型化产品、一般结构的电子整机产品、具有特殊要求的高可靠产品、某些不便于机器焊接的场合以及调试和维修过程中修复焊点和更换原器件等等。电子技术中常用的焊接方法是钎焊。,2023/11/4,Page 4,焊料一般焊接采用称作共晶焊锡的锡铅合金（HISnPb 39），其中含锡量约61%62%，含铅量约38%39%。此种共晶焊锡的特点是：（1）熔点较低，只有183；（2）械强度最高；（3）流动性好，有最大的漫流面积；（4）凝固温度区间最小，有较好的工艺性。常用的焊锡丝有两种，一种是将焊锡做成管状，管内填有松香，称松香焊锡丝，使用这种焊锡丝时，可不加助焊剂；另一种是无松香的焊锡，焊接时要加助焊剂。,2023/11/4,Page 5,焊剂焊剂即助焊剂，常用的有松香助焊剂和焊油膏。在常温下，松香呈中性且很稳定。加温至70以上，松香就表现出能消除金属表面氧化物的化学活性。在焊接温度下，焊剂可增强焊料的流动性，并具有良好的去表面氧化层的特性。松香酒精溶液是用一份松香粉末和三份酒精配制而成，焊接效果较好。焊油膏是酸性焊剂，在电子电路的焊接中，一般不使用它，如果确实需要使用，焊接后立即使用溶剂将焊点附近清洗干净，以免对金属产生腐蚀。,2023/11/4,Page 6,5.1.2 焊接工具的选用,最方便的手工焊接加热工具是电烙铁。常用的电烙铁有内热式与外热式两类，以内热式居多。各类电烙铁中，又有普通电热丝式、感应式、恒温式、吸锡式、储能式等各种形式和规格。焊接温度和保温时间直接与电烙铁的额定功率有关，电烙铁的额定功率越大，使焊料和工件达到焊接温度所需时间越短，保温时间也可以相应减少。一般手工焊接通常选用2535W内热式电烙铁。熔点较高的焊料和较大尺寸工件引脚情况下，可使用75W或100W以上额定功率的电烙铁。电烙铁的工作部位是烙铁头。烙铁头通常采用热容量较大、导热性能好、便于加工成形的紫铜材料。为适应焊接点工件形状、大小等需要，常将烙铁头加工成凿式、尖锥式、圆斜式等多种形状。选择合适的烙铁头形状，掌握好烙铁头的尖棱、面与工件的相互接触关系，常常是提高焊接速度和质量的关键。另外，长时间不进行焊接操作时，最好切断电源，以防烙铁头“烧死”，“烧死”后，吃锡面应再行清理，上锡。,2023/11/4,Page 7,保证焊接质量的因素,1、焊接温度与保温时间 焊接的温度应比焊料熔点高，一般以240260较为合适。可根据松香发烟情况判断实际温度.,同样的烙铁，加热不同热容量的焊件时，要想达到同样的焊接温度，可以用控制加热时间来实现，焊接保温时间过短或过长，都不合适。例如，用小容量烙铁焊接大容量焊件时，无论停留时间多长，焊接温度也上不去，因为烙铁和焊件在空气中要散热；若加热时间不足，将造成焊料不能充分浸润焊件，导致夹渣焊、虚焊等；若过量加热，除可能造成元器件损坏外，还会导致焊点外观变差、助焊剂被碳化、印制板上铜箔脱落等现象。焊料的锡、铅比例，焊剂的质量，与焊接温度和保温时间之间是密切相关的。不同规格的焊料与焊剂，所需焊接温度与保温时间存在明显差异。在焊接实践中，必须区别对待，确保焊接质量。高质量的焊点，焊料与工质（元器件引脚和印制版焊盘等）之间浸润良好，表面光亮；如果焊点形同荷叶上的水珠，焊料与工件引脚浸润不良，则焊接质量就很差。,2023/11/4,Page 8,3焊点质量要求,焊点是电子产品中元件连接的基础，焊点质量出现问题，可导致设备故障，一个似接非接的虚焊点会给设备造成故障隐患。因此，高质量的焊点是保证设备可靠工作的基础。焊点质量检验，主要包括三个方面：电气接触良好、机械结合牢固、光洁整齐的外观，保证焊点质量最关键的一点就是必须避免虚焊。,2023/11/4,Page 9,5.1.4 手工焊接的工艺流程和方法,1.烙铁拿法常见的拿烙铁方法有三种，如图所示。笔握法操作灵活方便，被广泛采用。,（a）反握法（b）正握法（c）握笔法,2023/11/4,Page 10,2.五步施焊法：（1）准备：准备好被焊工件、电烙铁、烙铁架等，并放置于便于操作的地方，烙铁加温到工作温度并吃好锡，一手握好烙铁，一手抓好焊料（通常是焊锡丝），烙铁与焊料分居于被焊工件两侧，如图（a）所示。（2）加热被焊件：烙铁头均匀接触被焊工件，包括工件引脚和焊盘。不要施加压力或随意拖动烙铁，如图（b）所示。（3）加焊锡：当工件被焊部位升温到焊接温度时，送上焊锡丝并与工件焊点部位接触（不要直接接触烙铁），焊锡丝熔融并在被焊件表面浸润，送锡要适量，如图（c）所示。（4）移去焊料：熔入适量焊料后，迅速移去焊锡丝，如图（d）所示。（5）移开烙铁：移去焊料后，在助焊剂（市售焊锡丝内一般含有助焊剂）还未完全挥发、焊点最光亮、流动性最强的时候，迅速移去烙铁，否则将留下不良焊点。烙铁撤离方向与焊锡留存量有关，一般情况下，将烙铁朝45方向撤离，如图（e）所示。,（a）（b）（c）（d）（e）,2023/11/4,Page 11,3.三步施焊法（1）准备。右手拿电烙铁，烙铁头上应熔化少量焊锡，左手拿焊料，烙铁头和焊料同时移向焊接点，处于随时可焊接状态，如图（a）所示。（2）同时加热被焊件和焊料。在焊接点两侧，同时放上烙铁头和焊料。加热焊接部位并熔化适量焊料，形成合金，如图（b）所示。（3）撤离。当焊料的扩散范围达到要求后，迅速移开烙铁头和焊料，如图（c）所示。焊料的撤离应略早于烙铁头。,（a）（b）（c）,2023/11/4,Page 12,4.焊接操作的注意事项,保持烙铁头的清洁。采用正确的加热方法。烙铁头的温度要适当。焊接时间要适当。焊料、焊剂要适当。焊点凝固过程中不要触动焊点。注意烙铁头的撤离。,2023/11/4,Page 13,5.1.5 导线和接线端子的焊接,导线焊接在电子装配中占有一定的比例，实践表明其焊点失效率高于印制电路板，针对常见的导线类型，例如单股导线、多股导线、屏蔽线，导线连接采用绕焊、钩焊、搭焊等基本方法。需要注意的是：导线剥线长度要合适，上锡要均匀；线端连接要牢固；芯线稍长于外屏蔽层，以免因芯线受外力而断开；导线的连接点可以用热缩管进行绝缘处理，既美观又耐用。,2023/11/4,Page 14,（a）导线弯曲形状(b)绕焊(c)钩焊(d)搭焊,2023/11/4,Page 15,导线与导线的焊接步骤,2023/11/4,Page 16,导线与片状焊件的焊接方法,2023/11/4,Page 17,5.1.6 印制电路板上的焊接,1、印制电路板上一般元件的焊接印制电路板在焊接之前应进行检查，对照印制板图，用万用表查看其有无断路、短路、孔金属化不良等问题。焊接前，将印制电路板上所有的元器件做好焊前准备工作（成形、镀锡）。焊接时，一般工序应先焊较低的元件，后焊较高的 和要求比较高的 元件。印制板上的元器件要排列整齐，同类元器件要保持高度一致。晶体管装焊一般在其他元件焊好后进行，要特别注意：每个管子的焊接时间不要超过6s，并使用钳子或镊子夹持管脚散热，防止烫坏管子。用松香作助焊剂的，需要清理干净。焊接结束，须检查有无漏焊，虚焊现象。,2023/11/4,Page 18,2、集成电路的焊接 集成电路由于引脚数目较多、焊盘较小、焊接时间较长，因此在焊接时应防止集成电路温升过高以及引之间搭焊，正确的方法是将烙铁头修得较为尖细，焊接过程中可以焊完一部分引脚，待集成电路冷却后再继续焊接。如果条件允许的话，可以使用集成块管座，这样就可以避免焊接过程中烧坏集成电路了。MOS电路特别是绝缘栅型，由于输入阻抗高，稍有不慎就可能因静电而使其内部击穿，为此，在焊接这一类电路时，还应该注意：（1）如果事先已将各引脚短路，焊接前不要拿掉引脚间的短接线；（2）焊接时间在保证浸润的前提下，尽可能短，每个焊点最好不超过3s；（3）最好使用20W内热式电烙铁，其烙铁头应接地。若无保护地线，应拔下烙铁的电源插头，释放静电后利用余热进行焊接。,2023/11/4,Page 19,3、有机材料铸塑元件引脚的焊接 用有机材料铸塑制作和各种开关、接插件不能承受高温，在对其引脚施焊时，如不注意控制加热时间，极易造成塑性变形，导致元件失效。因此，在元件预处理时，尽量清理好接点，争取一次镀锡成功，镀锡和焊接时加助焊剂要少，防止进入电接触点。焊接过程中，烙铁头不要对接线片施加压力，防止已受热的塑件变形。,2023/11/4,Page 20,5.2 自动焊接技术简介,5.2.1 波峰焊接技术5.2.2 二次焊接工艺简介,2023/11/4,Page 21,波峰焊是将熔化的液态焊料，借助机械或电磁泵的作用，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波峰，将插装了元器件的印制板置于传送链上，以某一特定的角度、一定的浸入深度和一定的速度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程。,5 2.1 波峰焊接技术,2023/11/4,Page 22,波峰焊示意图,2023/11/4,Page 23,（a）单波峰焊接(b)双波峰焊接单波峰和双波峰示意图,2023/11/4,Page 24,波峰焊工作流程,2023/11/4,Page 25,5.2.2 二次焊接工艺简介,二次焊接是指第一次为波峰焊，第二次为浸焊的焊接工艺。波峰焊接以后，元器件引脚（或电极）与焊盘已完成锡焊，但锡量少，因此紧接波峰焊后，印制板被送入锡焊槽浸焊，保证焊点饱满、可靠。,2023/11/4,Page 26,浸焊工艺示意图,2023/11/4,Page 27,直型全自动超高波峰焊锡机,2023/11/4,Page 28,5.3 焊接质量分析及拆焊,5.3.1 焊接质量分析5.3.2 拆焊,2023/11/4,Page 29,5.3 焊接质量分析及拆焊,焊接质量分析以外观分析为主，通过焊点外观，分析焊接过程中存在的问题。在焊接过程中有时会误将一些导线、元器件等焊接在不应焊接的接点上，在调试、例行试验、检验，尤其是产品维修过程中，常需要更换一些元器件和导线，所以需要拆除原焊点。拆除原焊点的过程称为拆焊。,2023/11/4,Page 30,5.3.1 焊接质量分析,一、外观检查 1、颜色和光亮 2、润湿角度（）3、焊锡量,2023/11/4,Page 31,二、常见的焊点缺陷及分析,2023/11/4,Page 32,2023/11/4,Page 33,2023/11/4,Page 34,5.3.2 拆焊,拆焊仍然需要对原焊料进行加热，使其熔化，故拆焊中最容易造成元器件、导线和焊点的损坏，还容易引起焊盘及印刷导线的剥落等，造成整个印刷电路板的报废。因此掌握正确的拆焊方法显得尤为重要。,2023/11/4,Page 35,分点拆焊示意图,2023/11/4,Page 36,针孔拆焊示意图,2023/11/4,Page 37,其它几种拆焊方法示意图,2023/11/4,Page 38,5.4 表面安装技术,5.4.1 概述表面安装元器件5.4.3 表面安装工艺流程,2023/11/4,Page 39,5.4.1 概述,表面安装与通孔安装相比，SMT的主要优点是：1、高密度：贴片元器件尺寸小，能有效利用印制板的面积，整机产品的主板一般可以减小到其它装接方式的10%30%，重量减轻60%，实现产品微型化。2、高可靠：贴片元器件引线短或无引线，重量轻、抗震能力强，焊点可靠性高。3、高性能：引线短和高密度安装使得电路的高频性能改善，数据传输速率增加，传输延迟减小，可实现高速度的信号传输。4、高效率：适合自动化生产。5、低成本：综合成本下降30%以上。,2023/11/4,Page 40,5.4.2 表面安装元器件,表面安装元器件又称为贴片状元件，主要有贴片状电阻、电位器、电容器、电感器、二极管、三极管、集成电路。结构、尺寸、包装形式都与传统元器件不同，其尺寸不断小型化。,2023/11/4,Page 41,（a）片状电阻、电容、电感（b）片状二极管、三极管（c）片状集成电路,2023/11/4,Page 42,5.4.3 表面安装工艺流程,总体上来说，表面贴装的工艺流程是：固定基板焊接面（贴装面）涂敷焊膏贴装片状元器件烘干回流焊清洗检测，其中若采用双面安装或混合安装，检测工序一般是电路板安装完成后再做。通孔安装的元器件，待贴片安装完成后，按照通孔安装的程序来完成。,2023/11/4,Page 43,表面安装的四种安装方式,2023/11/4,Page 44,回流焊,回流焊又称再流焊、重熔焊，是随微电子产品而发展起来的一种新的焊接技术。它是将加工好的粉状焊料用液态粘合剂混成糊状焊膏，再用它将元器件粘贴到印制板上，然后加热使焊料再次熔化而流动，从而达到焊接的目的。常用的回流焊加热方法有热风加热、红外线加热和汽相加热。回流焊的焊接效率高，焊点质量好，多用于片式元件的焊接，在自动化生产的微电子产品焊接中应用广泛。,2023/11/4,Page 45,5.5 微组装技术,芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从双列直插式封装（DIP）、扁平封装（QFP）、柱栅阵列封装（PGA）、球栅面阵列封装（BGA）到芯片尺寸封装（CSP）再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。近年来电子产品朝轻、薄、短、小及高功能发展，封装市场也随信息及通讯产品朝高频化、高I/O 数及小型化的趋势演进。,2023/11/4,Page 46,5.5.1 柱栅阵列封装,用2微米长、0.4微米宽的微型金属柱组成格栅，它既可提供电路连接，又控制了电磁干扰，并且有效地节约了部件的总体体积。柱栅阵列封装（PGA）方法使用特别设计的塑料框架，其中放置200多个微型格栅，它最终解决了电磁屏蔽和电路连接问题，同时易于使用。,2023/11/4,Page 47,5.5.2 球栅阵列封装,球栅阵列封装BGA(Ball Grid Array)封装方式是在管壳底面或上表面焊有许多球状凸点，通过这些焊料凸点实现封装体与基板之间互连的一种先进封装技术。BGA封装的芯片与普通封装的芯片相比，具有较高的电气性能，BGA封装的芯片通过底部的锡球与PCB板相连，有效地缩短了信号的传输距离，信号传输线的长度仅是传统PGA技术的1/4，信号的衰减也随之下降，能够大幅提升芯片的抗干扰性能。具有更好的散热能力。,2023/11/4,Page 48,5.5.3 芯片规模封装,CSP有两种基本类型：一种是封装在固定的标准压点轨迹内的，另一种则是封装外壳尺寸随芯尺寸变化的。常见的CSP分类方式是根据封装外壳本身的结构来分的，它分为柔性CSP，刚性CSP，引线框架CSP和圆片级封装(WLP)。柔性CSP封装和圆片级封装的外形尺寸因籽芯尺寸的不同而不同；刚性CSP和引线框架CSP封装则受标准压点位置和大小制约。,2023/11/4,Page 49,5.5.4 芯片直接贴装技术,芯片直接贴装技术（Direct Chip Attach 简称DCA），也称之为板上芯片技术（Chip-on-Board 简称COB），是采用粘接剂或自动带焊、丝焊、倒装焊等方法，将裸露的集成电路芯片直接贴装在电路板上的一项技术。倒装芯片是COB中的一种（其余二种为引线键合和载带自动键合），它将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈现阵列排列的焊料凸点来实现芯片与衬底的互连。,2023/11/4,Page 50,本章小结,1、锡焊具有焊料熔点低、焊接方法简单、适用范围广、成本低、以易实现焊接自动化等优点，在电子产品装配连接技术中占主导地位。为保证焊接质量，焊接时要注意烙铁头的清洁、加热的方法、焊接的温度、焊料的适量、烙铁的撤离时间等。拆焊时应避免造成元器件和印制电路板的损坏，一般可用医用空心针头、铜编织线、吸锡器和热风枪进行吸锡。2、手工焊接有三步法和五步法。三步法的步骤是：焊接准备阶段加热被焊件和焊料撤离烙铁和焊料；五步法的步骤是：焊接准备阶段加热被焊件熔化焊料撤离焊料撤离烙铁。3、根据工艺方法不同，自动化焊接可分为浸焊、波峰焊、回流焊，波峰焊适用于大批量生产，由于焊料和板接触时间比浸焊短，对元器件和印刷线路板的影响较小，焊点质量较高。,2023/11/4,Page 51,在线教务辅导网：,更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网,2023/11/4,Page 52,2023/11/4,Page 53,2023/11/4,Page 54,2023/11/4,Page 55,2023/11/4,Page 56,2023/11/4,Page 57,2023/11/4,Page 58,2023/11/4,Page 59,2023/11/4,Page 60,2023/11/4,Page 61,2023/11/4,Page 62,2023/11/4,Page 63,2023/11/4,Page 64,2023/11/4,Page 65,2023/11/4,Page 66,2023/11/4,Page 67,2023/11/4,Page 68,2023/11/4,Page 69,2023/11/4,Page 70,2023/11/4,Page 71,2023/11/4,Page 72,
