电子产品制造工艺第五章.ppt
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1、第5章 电子产品焊接工艺,学习要点1.了解焊接的概念、常见类型、锡焊的基本过程及基本条件;2.学习手工焊接技术,掌握手工焊接的工艺要求;3.学习自动焊接技术、无铅焊接技术;4.了解接触焊接的常见类型、特点及使用场合。,一、焊接的分类和焊锡原理二、手工焊接的基本技能三、焊点检验及焊接质量判断四、拆焊五、SMT元器件的手工焊接与返修六、电子工业生产中的自动焊接方法,焊接是使金属连接的一种方法,是将导线、元器件引脚与印制电路板连接在一起的过程。焊接过程要满足机械连接和电气连接两个目的,其中,机械连接是起固定作用,而电气连接是起电气导通的作用。,5.1 焊接的分类和焊锡原理,焊接概念,焊接的分类,现代
2、焊接技术主要以下三类:1加压焊(加热或不加热)常见的有冷压焊、储能焊、接触焊等。2熔焊 常见的有电弧焊、激光焊、等离子焊及气焊等。3钎焊 常见的有锡焊、火焰钎焊、真空钎焊等。在电子产品的生产中,大量采用锡焊技术进行焊接。,电子产品焊接工艺的目的与特征,在电子产品制造过程中,使用最普遍、最有代表性的是锡焊方法。锡焊是将焊件和熔点比焊件低的焊料共同加热到锡焊温度,在焊件不熔化的情况下,焊料熔化并浸润焊接面,依靠二者原子的扩散形成焊件的连接。,锡焊的机理可分为下列三个阶段:1润湿阶段 2扩散阶段 3焊点的形成阶段,1.合金层的生成 焊接的物理基础是“浸润”,浸润也叫“润湿”。液体在与固体的接触面上摊
3、开,充分铺展接触,就叫做浸润。,2.锡焊原理,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、浸润,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Cu6-Sn5的脆性合金层。,2.浸润与浸润角 在焊接过程中,焊料和母材接触所形成的夹角叫做浸润角。,浸润角90O时,才能形成良好的焊点,不浸润焊点,3.锡焊的条件 焊件必须具有良好的可焊性 可焊性是指在适当温度下,被焊金属材料与焊锡能形成良好结合的合金的性能。不是所有的金属都具有好的可焊性,有些金属如铬、钼、钨等的可焊性就非常差;有些金属的可焊性又比较好,如紫铜、黄铜等。在焊接时,由于高温使金属表面产生氧化膜,影响材
4、料的可焊性。为了提高可焊性,可以采用表面镀锡、镀银等措施来防止材料表面的氧化。,焊件表面必须保持清洁 即使是可焊性良好的焊件,由于储存或被污染,都可能在焊件表面产生对浸润有害的氧化膜和油污。在焊接前务必把污膜清除干净,否则无法保证焊接质量。金属表面轻度的氧化层可以通过焊剂作用来清除,氧化程度严重的金属表面,则应采用机械或化学方法清除,例如进行刮除或酸洗等。,要使用合适的助焊剂 助焊剂的作用是辅助热传导、去除氧化物、降低表面张力、防止再氧化。通常采用以松香为主的助焊剂。一般是用酒精将松香溶解成松香水使用。,松香,免清洗助焊剂,焊件要加热到适当的温度 焊接温度过低,极易形成虚焊;焊接温度过高,会加
5、速焊剂分解和挥发速度,使焊料品质下降,严重时还会导致印制电路板上的焊盘脱落。合适的焊接时间 当焊接温度确定后,就应根据被焊件的形状、性质、特点等来确定合适的焊接时间。焊接时间过长,易损坏元器件或焊接部位;过短,则达不到焊接要求。一般23s,不超过5s。,(6)焊接前的准备镀锡为了提高焊接的质量和速度,避免虚焊等缺陷,应该在装配以前对焊接表面进行可焊性处理镀锡。在电子元器件的待焊面(引线或其它需要焊接的地方)镀上焊锡,是焊接之前一道十分重要的工序,尤其是对于一些可焊性差的元器件,镀锡更是至关紧要的。专业电子生产厂家都备有专门的设备进行可焊性处理。,5.2 手工烙铁焊接的基本技能,手工焊接是电子产
6、品装配中的一项基本操作技能。手工焊接适合于产品试制、电子产品的小批量生产、电子产品的调试与维修以及某些不适合自动焊接的场合。,1.焊接操作的正确姿势 掌握正确的操作姿势,可以保证操作者的身心健康,减轻劳动伤害。一般情况下,烙铁到鼻子的距离应该不少于20cm,通常以30cm为宜。,1.焊接操作准备知识,电烙铁的三种握法:,反握法的动作稳定,适于大功率烙铁的操作;正握法适于中功率烙铁或带弯头电烙铁的操作;一般在操作台上焊接印制板等焊件时,多采用握笔法。,1.手工焊接操作的基本步骤 五步操作法,第一步 第二步 第三步 第四步 第五步,准备焊接,加热部件,送入焊丝,移开焊丝,移开烙铁,2.手工焊接操作
7、,步骤一:准备施焊左手拿焊丝,右手握烙铁,进入备焊状态。要求烙铁头保持干净,无焊渣等氧化物,并在表面镀有一层焊锡。步骤二:加热焊件烙铁头靠在两焊件的连接处,加热整个焊件全体,时间大约为12秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说,要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。导线与接线柱或元器件引线与焊盘要同时均匀受热。,步骤三:送入焊丝焊件的焊接面被加热到一定温度时,焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意:不要把焊锡丝送到烙铁头上!步骤四:移开焊丝当焊丝熔化一定量后,立即向左上45方向移开焊丝。步骤五:移开烙铁焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后,向右上45方向移开烙铁,结束焊接。从第三步开始到第五步结束,时间大约也是
8、12s。,对于热容量小的焊件,例如印制板上较细导线的连接,可以简化为三步操作。准备:同以上步骤一;加热与送丝:烙铁头放在焊件上后即放入焊丝。去丝移烙铁:焊锡在焊接面上浸润扩散达到预期范围后,立即拿开焊丝并移开烙铁,并注意移去焊丝的时间不得滞后于移开烙铁的时间。,三步操作法,第一步 第二步 第三步,准备焊接,加热、送焊锡丝同时进行,焊锡丝、烙铁同时移开,焊接注意事项,(1)焊接温度与加热时间 一般来说,焊锡是由锡(熔点232)和铅(熔点327)组成的合金。其中由锡63和铅37组成的焊锡被称为共晶焊锡,这种焊锡熔点是183。焊接作业时温度的设定非常重要。焊接作业最适合的温度是使焊接点的焊锡温度在焊
9、锡熔点加50度。烙铁头的设定温度,由于焊接部分的大小,电烙铁的功率和性能,焊锡的种类和型号的不同,在上述温度的基础上还要增加100度为宜。,:焊接以下元件时温度设定为250270或25020;a:1206以下所有SMT电阻、电容、电感元件的拆除与焊接.b:所有阻排、排感、排容元件的拆除与焊接。c:面积在5*5mm(含pin长)以下并且少于8 Pin 的SMD拆除与焊接,:焊接除去以上规定的元件时温度设定为350370或35020注:烙铁温度设定应视具体情况而定,原则上是以满足焊接要求的最低温度为宜。加热时间视焊件的热容量和烙铁的功率而定。,过量受热产生的影响,过量的加热,除有可能造成元器件损坏
10、以外,还有如下危害和外部特征:,光洁度差,如果焊锡已经浸润焊件以后还继续进行过量的加热,将使助焊剂全部挥发,造成熔态焊锡过热,降低浸润性能;当烙铁离开时容易拉出锡尖,同时焊点表面发白,出现粗糙颗粒,失去光泽。,高温造成所加松香助焊剂的分解炭化。松香一般在210开始分解,不仅失去助焊剂的作用,而且在焊点内形成炭渣而成为夹渣缺陷。如果在焊接过程中发现松香发黑,肯定是加热时间过长所致。过量的受热会破坏印制板上铜箔的粘合层,导致铜箔焊盘的剥落。,(2)手工焊接要领,1保持烙铁头的清洁 焊接时,烙铁头长期处于高温状态,又接触助焊剂等弱酸性物质,其表面很容易氧化腐蚀并沾上一层黑色杂质。这些杂质形成隔热层,
11、妨碍了烙铁头与焊件之间的热传导。因此,要注意用一块湿布或湿的木质纤维海绵随时擦拭烙铁头。对于普通烙铁头,在腐蚀污染严重时可以使用锉刀修去表面氧化层。对于长寿命烙铁头,就绝对不能使用这种方法了。,2采用正确的加热方式加热时,应该让焊件上需要焊锡浸润的各部分均匀受热,而不是仅仅加热焊件的一部分,更不要采用烙铁对焊件增加压力的办法,以免造成损坏或不易觉察的隐患。,选择正确的加热方式(靠增加接触面积来加快传热)选择合适的烙铁头:,过小,合适,过大,3焊料、焊剂的用量要适中 在非流水线作业中,焊接的焊点形状是多种多样的,不大可能不断更换烙铁头。要提高加热的效率,需要有进行热量传递的焊锡桥。所谓焊锡桥,就
12、是靠烙铁头上保留少量焊锡,作为加热时烙铁头与焊件之间传热的桥梁。由于金属熔液的导热效率远远高于空气,使焊件很快就被加热到焊接温度。应该注意,作为焊锡桥的锡量不可保留过多。如果焊锡过多,不仅因为长时间存留在烙铁头上的焊料处于过热状态,实际已经降低了质量,还可能造成焊点之间误连短路。,不适宜使用助焊剂焊接的元件:高灵敏度元件:对微电流、电压敏感元件。易被腐蚀元件:助焊剂腐蚀元件。非密封性元件:助焊剂可能渗透到元件内部,破坏元件特性。连接器类元件:助焊剂渗到触点造成导电性能不良。,4烙铁撤离方法的选择,正确,正确,5焊点的凝固过程切勿使焊件移动或受到振动,特别是用镊子夹住焊件时,一定要等焊锡凝固后再
13、移走镊子,否则极易造成焊点结构疏松或虚焊。6焊点的清洗7.不要使用烙铁头作为运送焊锡的工具(不能先把焊锡融化在烙铁头上,然后再送到焊接面上。烙铁尖的温度一般在350度以上,这样做,会导致助焊剂分解失效,降低焊接质量),(1)有机注塑元件的焊接 有机材料包括有机玻璃、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛树脂等,不能承受高温,焊接时如不注意控制加热时间,极容易造成有机材料的热塑性变形,导致零件失效或降低性能,造成故障隐患。,3.手工焊接技巧,钮子开关焊接技术不当示意图:,图(a)为施焊时侧向加力,造成接线片变形,导致开关不通。,图(b)为焊接时垂直施力,使接线片1垂直位移,造成闭合时接线片2不能导通。,图(c)
14、为焊接时加焊剂过多,沿接线片浸润到接点上,造成接点绝缘或接触电阻过大。,图(d)为镀锡时间过长,造成开关下部塑壳软化,接线片因自重移位,簧片无法接通。,1.焊前处理,在元件预处理时清理好焊接点,一次镀锡成功,特别是元件放在锡锅中浸镀时,更要掌握好浸入深度及时间。2.焊接时,选择尖一些的烙铁头,以便在焊接时不碰到相邻的接点。3.非必要时,尽量不使用或少用助焊剂,防止助焊剂浸入机电元件的触点。4.烙铁头在任何方向上都不要对接线片施加压力,避免接线片变形。5.在保证润湿的情况下,焊接时间越短越好。,正确的焊接方法,(2)焊接簧片类元件的要领 这类元件如继电器、波段开关等。簧片类元件的焊接要领是:可焊
15、性预处理;加热时间要短;不可对焊点任何方向加力;焊锡用量宜少而不宜多。,(3)MOSFET及集成电路的焊接 焊接这类器件时应该注意:引线如果采用镀金处理或已经镀锡的,可以直接焊接。对于CMOS电路,如果事先已将各引线短路,焊前不要拿掉短路线,对使用的电烙铁,最好采用防静电措施。,在保证浸润的前提下,尽可能缩短焊接时间,一般不要超过2秒钟。注意保证电烙铁良好接地。使用低熔点的焊料,熔点一般不要高于180。工作台上如果铺有橡胶、塑料等易于积累静电的材料,则器件及印制板等不宜放在台面上,以免静电损伤。,使用电烙铁,内热式的功率不超过20W,外热式的功率不超过30W,且烙铁头应该尖一些,防止焊接一个端
16、点时碰到相邻端点。集成电路若不使用插座直接焊到印制板上,安全焊接的顺序是:地端输出端电源端输入端。,(4)导线连接方式 导线同接线端子、导线同导线之间的连接有三种基本形式:绕焊,导线和端子的绕焊,导线与导线的绕焊,导线与导线的连接以绕焊为主,操作步骤如下:a.去掉导线端部一定长度的绝缘皮;b.导线端头镀锡,并穿上合适的热缩套管;c.两条导线绞合,焊接;d.趁热把套管推倒接头焊点上,用热风或用电烙铁烘烤热缩套管,套管冷却后应该固定并紧裹在接头上。,钩焊,将导线弯成钩形钩在接线端子上,用钳子夹紧后再焊接,如左图所示。其端子的处理方法与绕焊相同。这种方法的强度低于绕焊,但操作简便。,搭焊,这种连接最
17、方便,但强度及可靠性最差。把经过镀锡的导线搭到接线端子上进行焊接,仅用于在临时连接或不便于缠、钩的地方已经某些接插件上。,(5)杯形焊件焊接法 这类接点多见于接线柱和接插件,一般尺寸较大,如果焊接时间不足,容易造成“冷焊”。,(6)平板件和导线的焊接,5.3 焊点检验及焊接质量判断,焊点的质量要求,1电气接触良好 良好的焊点应该具有可靠的电气连接性能,不允许出现虚焊、桥接等现象。2机械强度可靠 保证使用过程中,不会因正常的振动而导致焊点脱落。3外形美观 一个良好的焊点应该是明亮、清洁、平滑,焊锡量适中并呈裙状拉开,焊锡与被焊件之间没有明显的分界,这样的焊点才是合格、美观的。,(a)插焊(b)弯
18、焊(c)绕焊(d)搭焊 焊点的连接形式,典型焊点的形成及其外观 对焊点的质量要求,包括电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面。,THT焊点的形成,典型THT焊点的外观,典型THT焊点的外观,典型SMT焊点的外观,典型SMT焊点的外观:有末端重叠部分,焊点的检查步骤,焊点的检查通常采用目视检查、手触检查和通电检查的方法。1目视检查 是指从外观上检查焊接质量是否合格,焊点是否有缺陷。目视检查的主要内容有:是否有漏焊;焊点的光泽好不好,焊料足不足;是否有桥接、拉尖现象;焊点有没有裂纹;焊盘是否有起翘或脱落情况;焊点周围是否有残留的焊剂;导线是否有部分或全部断线、外皮烧焦、露出芯线的现象。,2手触检
19、查 手触检查主要是用手指触摸元器件,看元器件的焊点有无松动、焊接不牢的现象。用镊子夹住元器件引线轻轻拉动,有无松动现象。,3通电检查 通电检查必须在目视检查和手触检查无错误的情况之后进行,这是检验电路性能的关键步骤。,焊点的常见缺陷及原因分析,焊点的常见缺陷有虚焊、拉尖、桥接、球焊、印制电路板铜箔起翘、焊盘脱落、导线焊接不当等。造成焊点缺陷的原因很多,在材料(焊料与焊剂)和工具(烙铁、夹具)一定的情况下,采用什么样的焊接方法,以及操作者是否有责任心就起决定性的因素了。,焊点的常见缺陷及原因分析,1虚焊(假焊)指焊接时焊点内部没有形成金属合金的现象。造成虚焊的主要原因是:焊接面氧化或有杂质,焊锡
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- 电子产品 制造 工艺 第五
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