电子产品制造工艺表面组装焊接技术.ppt

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1、自动焊接技术,焊接的物理基础是“润湿”，润湿也叫做“浸润”。润湿是指液体在与固体的接触面上摊开，充分铺展接触，这种现象就叫做润湿。锡焊的过程，就是通过加热，让铅锡焊料在焊接面上熔化、流动、润湿，使铅锡原子渗透到铜母材(导线、焊盘)的表面内，并在两者的接触面上形成Cu6Sn5的脆性合金层。在焊接过程中，焊料和母材接触所形成的夹角叫做润湿角，当900时，焊料与母材没有润湿，不能形成良好的焊点；当900时，焊料与母材润湿，能够形成良好的焊点。观察焊点的润湿角，就能判断焊点的质量。如果焊接面上有阻隔润湿的污垢或氧化层，不能生成两种金属材料的合金层，或者温度不够高使焊料没有充分熔化，都不能使焊料润湿。,

2、润湿的概念,润湿与润湿角,不润湿的实例,润湿的概念,自动焊接技术,在工业化生产过程中，THT工艺常用的自动焊接设备是浸焊机和波峰焊机，从焊接技术上说，这类焊接属于流动焊接，是熔融流动的液态焊料和焊件对象做相对运动，实现湿润而完成焊接。再流焊接是SMT时代的焊接方法。它使用膏状焊料，通过模板漏印或点滴的方法涂敷在电路板的焊盘上，贴上元器件后经过加热，焊料熔化再次流动，润湿焊接对象，冷却后形成焊点。焊接SMT电路板，也可以使用波峰焊。采用波峰焊所用的贴片胶和采用再流焊所用的焊锡膏是SMT特有的工艺材料。SMT焊接工艺的典型设备是再流焊炉以及焊膏印刷机、贴片机等组成的焊接流水线。自动焊接还要用到助焊

3、剂自动涂敷设备、清洗设备等其他辅助装置，SMT自动焊接的一般工艺流程包括：PCB、SMC/SMD准备元器件安装涂敷助焊剂预热焊接冷却清洗。,波峰焊与波峰焊机,1.波峰焊机结构及其工作原理 波峰焊机是在浸焊机的基础上发展起来的自动焊接设备，两者最主要的区别在于设备的焊锡槽。波峰焊是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心泵，将熔融焊料压向喷嘴，形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰并源源不断地从喷嘴中溢出。装有元器件的印制电路板以平面直线匀速运动的方式通过焊料波峰，在焊接面上形成润湿焊点而完成焊接。波峰焊机的焊锡槽示意图,波峰焊原理,PCB移动方向,波峰焊机 1,装板涂助焊剂预热焊接热风刀冷却卸板,波峰焊机 2

4、,在波峰焊机内部，焊锡槽被加热使焊锡熔融，机械泵根据焊接要求工作，使液态焊锡从喷口涌出，形成特定形态的、连续不断的锡波；已经完成插件工序的电路板放在导轨上，以匀速直线运动的形式向前移动，顺序经过涂敷助焊剂和预热工序，进入焊锡槽上部，电路板的焊接面在通过焊锡波峰时进行焊接。然后，焊接面经冷却后完成焊接过程，被送出焊接区。冷却方式大都为强迫风冷，正确的冷却温度与时间，有利于改进焊点的外观与可靠性。,波峰焊原理,助焊剂喷嘴既可以实现连续喷涂，也可以被设置成检测到有电路板通过时才进行喷涂的经济模式；预热装置由热管组成，电路板在焊接前被预热，可以减小温差、避免热冲击。预热温度在90120之间，预热时间必

5、须控制得当、预热使助焊剂干燥(蒸发掉其中的水分)并处于活化状态。焊料熔液在锡槽内始终处于流动状态，使喷涌的焊料波峰表面无氧化层，由于印制板和波峰之间处于相对运动状态，所以助焊剂容易挥发，焊点内不会出现气泡。,波峰焊原理,几种波峰焊机的特点,a斜坡式波峰焊 b高波峰焊 c电磁泵喷射波峰焊,再流焊,再流焊，也称为回流焊，是英文Re-flow Soldering的 直译，再流焊工艺是通过重新熔化预先分配到印制板焊 盘上的膏装软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。再流焊是伴随微型化电子产品的出现而发展起来的锡焊技术，主要应用于各类表面组装元器件的焊接。,再流焊,

6、再流焊接技术的焊料是焊锡膏。预先在电路板的焊盘上涂敷适量和适当形式的焊锡膏，再把SMT元器件贴放到相应的位置；焊锡膏具有一定粘性，使元器件固定；然后让贴装好元器件的电路板进入再流焊设备。传送系统带动电路板通过设备里各个设定的温度区域，焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制板上。再流焊的核心环节是利用外部热源加热，使焊料熔化而再次流动润湿，完成电路板的焊接过程,再流焊,再流焊操作方法简单，效率高、质量好、一致 性好，节省焊料(仅在元 器件的引脚下有很薄的一 层焊料)，是一种适合自动 化生产的电子产品装配技术。再流焊工艺目前已经成为 SMT电路板组装技术的主流。,与波峰焊技术相

7、比，再流焊工艺具有以下技术特点：元件不直接浸渍在熔融的焊料中，所以元件受到的热冲击小。能在前导工序里控制焊料的施加量，减少了虚焊、桥接等焊接缺陷，所以焊接质量好，焊点的一致性好，可靠性高。假如前导工序在PCB上施放焊料的位置正确而贴放元器件的位置有一定偏离，在再流焊过程中，当元器件的全部焊端、引脚及其相应的焊盘同时润湿时，由于熔融焊料表面张力的作用，产生自定位效应，能够自动校正偏差，把元器件拉回到近似准确的位置。再流焊的焊料是商品化的焊锡膏，能够保证正确的组分，一般不会混入杂质。可以采用局部加热的热源，因此能在同一基板上采用不同的焊接方法进行焊接。工艺简单，返修的工作量很小。,再流焊工艺的特点

8、,再流焊方式可贴装各种SMD,再流焊典型工艺,再流焊机a,主要技术参数 加热方式 管式/板式 红外/热风/气相 温区 3-9 温度控制 5 2,再流焊机b,焊接质量及其检测,焊接是SMT的核心；SMT组装中绝大多数的工艺，是为了获得良好的焊接质量而要求的；PCBA组装质量有缺陷，必须从焊接的角度着手解决。SMT组装焊接工艺主要是波峰焊与回流焊，回流焊工艺占主导地位。,回流焊主要作用是对PCB板加热，让锡膏把贴片元件美观地固定在PCB板上。,焊接质量检测_焊接通用技术要求,表面组装焊点的质量要求,表面润湿程度良好：熔融的焊料在被焊金属表面上应平坦铺展，并形成完整、连续、均匀的焊料覆盖层。焊料量适

9、中：焊料量应避免过多或过少；焊接表面平整，焊接表面应完整、连续和平滑（不要求光亮的外观）；焊点位置准确：元器件的焊端或引脚在PCB焊盘上的位置偏差，应在规定的范围内。,焊接质量检测_焊接质量检测方法,焊点检测原则全检原则：采用目视或仪器检验，检验率应达到100%；非破坏性原则：抽检。目视检测 优点：检测方便、成本低；不足：速度慢 主观性强 一致性不高，不确定因素大 对操作员个人技能、经验要求较高 仅能检测焊点外在缺陷,焊接质量检测_焊接质量检测方法,自动检测 常见自动光学检测（AOI）与自动X光检测（AXI）。优点：速度快 一致性高 AXI不仅可以检测外部缺陷，还可检测内部缺陷。不足：一次设备

10、投资大。,AOI,AXI,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,回流焊温度曲线,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,1.预热阶段,完成PCB的温度从室温提升到助焊剂所需的活化温度；使焊膏中的助焊剂溶剂挥发掉；,在此阶段需注意升温速度不能太快，一般应控制在 30C/s以内，以避免焊膏“爆炸”飞溅和元件热应力损伤。,2.保温阶段,激活焊膏中的助焊剂；使PCB、元器件和焊料升温到一个均匀的温度；,保温阶段一般温度控制在901700C，时间控制在90120s。时间过长，会使焊膏再度氧化，提前使助焊剂失效。,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,3.再流阶段,其作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的 峰

11、值温度。焊膏熔化、润湿、扩散，形成焊点。,允许的峰值最高温度由焊膏、元器件、PCB的特性决 定，通常 使用的最高峰值温度的范围是2302500C，太高的峰值温度会引起PCB材料变色、劣化、印制电路板和元器件的电气性能变坏等。,4.冷却阶段,组件从焊料熔点开始固化冷却至到温的过程。,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,温度曲线的设定,合适的温度曲线是根据所焊接PCBA的特点（PCB的厚 度、元件密度、元件种类）确定的，要通过试验设定。一般把升温速率、预热结束温度、预热时间、再流焊峰 值温度、再流时间、板上温度的均匀性作为温度曲线的 关键因素。,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,传统锡铅焊膏的再流焊

12、温度曲线,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,有铅焊接，一般温度曲线的设置应注意：,升温速率：30C/s，一般设置为1.52.50C/s,判断的依据是焊接后 有没有锡球。预热结束温度：1501700C，温度高利于减少焊接时产温度冲 击，降低峰值温度。预热时间：90120s，以整个PCBA上各类元件焊点处的温度趋向 一致为宜。再流焊峰值温度：2100C50C。再流时间：3050s，以形成良好的润湿和金属间化合物为宜。板上温度的均匀性：100C。,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,某无铅焊膏的再流焊温度曲线,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,无铅焊接，一般温度曲线的设置应注意：,升温速率：30C/s

13、，一般设置为1.52.50C/s,判断的依据是焊接后有 没有锡球。预热结束温度：1800C。预热时间：90120s，以整个PCBA上各类元件焊点处的温度趋向一致 为宜。再流焊峰值温度：2300C2350C。再流时间：2200C以上，3050s；2300C以上，2535s，。板上温度的均匀性：50C。,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,预热不足或过多的回流曲线,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,活性区温度太高或太低,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,回流太多或不够,焊接质量检测_再流焊工艺质量分析,冷却过快或不够,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,（1）虚焊定义：焊接后，焊端/引脚 与焊盘之间有时出

14、 现电隔离现象。特征：焊料与PCB焊盘或元件引脚/焊端界面没有形成足够厚度的合金层，导电性能差，连接强度低，使用过程中焊点失效特征焊料与焊接面开裂。形成原因：主要有焊盘/元器件表面氧化、或被污染、或焊接温度过低。事实上，PCB制造工艺、焊膏、元器件焊端或表面镀层及氧化情况都会产生虚焊。改进措施 严格控制元器件、PCB的来料质量，确保可焊性良好；改进工艺条件。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,(2)立碑（Tombstoming),定义：元件一端翘起的缺陷，此缺陷只 发生 在片式阻容类（只有两个焊端）元件上。立碑也称吊桥、立片。,特征：元件一端翘起，与焊盘分离。,形成原因：元件的一焊端比另一端先熔化

15、和润湿，产生的表面张力 把元件拉起。如 果元件两个焊盘大小不同，或印刷的焊膏量不同、或 两端可焊性不同，都会引起此缺陷，元件越小，越容易产生。改进措施：从焊盘设计、焊膏印刷方面，尽可能使两面热容量一样，确保再流焊时两边同时熔化和润湿。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,(3)桥连（Solder Short/Bridge)定义：相临引脚或焊端焊锡连通的缺陷。特征：相临引脚或焊端焊锡连通。形成原因：元件贴放偏移超过焊接工艺间距 或焊膏量过多。改进措施：减少焊膏量；调整贴放位置。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,(4)开路(Open)定义：引脚与焊盘没有形成焊锡连接，存在肉 眼可见的明显间隙，多发生在QF

16、P器件、连接器等多引脚的器件上。又称翘脚。特征：引脚或焊球与焊盘焊锡面有间隙。形成原因：器件引脚共面性差、或个别焊盘或引脚氧化严重。改进措施：对细间距的QFP操作要特别小心，避免造成引脚变形，同时严格控制引脚的共面性；严格控制物料的可焊性。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,(5)锡球（Solder Ball)定义：分布在焊盘周围的微小锡球缺陷。（注意：中文中球比珠大，在英文里却 是锡球小而多，锡珠少而大）特征：锡球尺寸很小（大多数锡球就是焊粉颗粒），数量较多，分布在焊盘周围。形成原因：焊膏印刷时焊膏污染PCB；焊膏氧化；再流焊 接时预热升温速度太快。改进措施：改进工艺条件，如更频擦网、不使用残留

17、焊膏、控制车间湿度、降低再流焊时的预热速度、减少钢网开口尺寸等。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,(6)锡珠（Solder Beading),定义：在元件体周围黏附的焊球。特征：分布在元件体周围非焊点处，尺寸比较大并 黏附在元件体周围。形成原因：此缺陷形成于非常小的低部间隙元件周围，如片式电阻、片式电容。再流焊接时，预热过 程的热气使部分焊膏挤到元件体底部，再流时 孤立的焊膏熔化从元件底部“跑出来”，凝结成 焊珠。改进措施：改进设计，减少焊膏跑到元件底部的可能；降 低预热升温速率；使用高金属含量的焊膏等。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,(7)不润湿（Non Wetting)定义：焊锡未润湿焊盘或

18、可焊端。特征：露出的表面没有任何可见的焊料层。形成原因：焊盘、引脚可焊性差；助焊剂活性不够；焊接表面有油脂类污染物质；焊盘、引脚 发生了氧化。改进措施：严格控制元器件、PCB的来料质量，确保可 焊性良好；改进工艺条件。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,（9）芯吸（Wicking)定义：熔融焊料润湿元件引脚时，焊料从焊点爬上 引脚，留下少锡或开路的焊点，又称绳吸。特征：元器件引脚出现焊料鼓出现象。形成原因：元件引脚热容量小，再流焊接时，与引脚接触 的焊膏先熔化并被吸收到元件引脚上。改进措施：改进工艺和设计，如使用较慢的加热速率等 措施。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,（10）冷焊（Cold Joi

19、nt)定义：因焊接温度过低或液相线温度以上驻留 时间太短而产生的表面粗糙、基体金属 与焊料之间仍有氧化层的焊点。又称假焊。特征：焊点表面粗糙、有皱纹，重焊后电性能正常。形成原因：焊接温度过低或液相线温度以上驻留时间太短所致。改进措施：从改善焊锡操作条件（温度及时间为最主要）着手，使焊锡能吸收足够 的热量，同时防止焊点熔融状态下受到振动。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,（11）空洞（Void)定义：焊点中存在空洞现象。空洞的出现将影响到焊点的 机械性能，使其强度、延展性、蠕变和疲劳寿命恶 化，也可造成局部过热。特征：焊点内分布有空洞。形成原因：不同焊点中的空洞形成原因也不完全一样。一般而言，随着焊膏中溶剂 沸点的降低，空洞含量不断增加；再流焊接峰值温度越高，越容易形成 空洞；焊膏中的金属含量、焊粉颗粒尺寸都对开空洞形成有影响。改进措施：减少焊点中析气，创造排气通道。,焊接质量检测_再流焊缺陷分析,（12）开裂(Cracking)定义：元件体有裂纹的缺陷。特征：元件体表面有裂纹，此缺陷多见于陶瓷体的 片式元件，特别是片式电容。形成原因：多由于贴片时贴装压力或冲力太大或焊后操作 不当引起。改进措施：减小贴装压力；优化工艺参数；减少热应力；PCBA在拼板分离时严禁 用手按压PCB。,焊点缺陷,连焊,焊锡不足（未正常润湿）,焊锡接触元件体,最小末端焊点宽度太小,焊点缺陷,