焊接技术在印刷电路板中的应用

毕 业 论 文 2005 级 论文题目：焊接技术在印制电路板中的应用 姓 名 田凤英 班 级 机制054班 系 别 机电工程系 学 校 邢台职业技术学院 指导教师 曹春雷 2008年 06月焊接技术在印制电路板中的应用摘 要本文论述了焊接技术在PCB中的应用，介绍了电路板的组成、电路板的选材（材质），电路板元器件的组成及元器件的布局、安装、焊接性能，该技术是基于软起动器所做的阐述，说明了焊接技术的重要性.软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路，其中电路板控制是该起动器的重要核心，随着高新技术和新工艺的不断出现，机械制造、安装、维修业也逐步向精细方向发展，为了保证电路板控制的准确性，精密性，就必须严格控制电路板的质量，其中包括元器件本身的合格性，元器件的焊接质量，基板的质量等。关键词：电路板，布局，焊接目录第一章 PCB电路板简介11、电路板组成12、PCB电路板材质22.1介电层33、电路板元器件的组成4第二章 电子元器件的安装技术62.1 电子电路安装布局的原则62.2 元器件安装要求6第三章 电子元器件的焊接技术113.1印制电路板焊接工艺113.1.1印制电路板113.1.2元器件的排列与焊接113.1.3 印制板的振动试验123.1.4 其他123.2元器件焊接过程123.2.1 焊前准备123.2.2焊前处理133.2.3温度与时间的控制143.2.4焊接顺序及元器件焊接143.2.5焊接方法153.2.5.1一般焊接方法153.2.5.2手工焊接的操作方法153.2.6手工五步焊接操作法17手工五步焊接操作法如图：173.2.7虚焊产生的原因及其鉴别18总 结19参考文献19致谢20 installation to be familiar with the drawings, and to be familiar with to order materials, know exactly what each part of the mullions used to avoid misattribution. Checks include the following the color is correct, oxide films if requested;section conforms to design including the height, angle, thickness, etclength requirementis easier to control, and therefore work both from a technical as well as management are particularly valued. 2. technology process: checks for vertical models, specifications, check the box in place, ferrule fixed Liang Xiaduan, and top bolted beam three dimensional adjustment. 3. basic operation: (1) check the vertical type and specification: before第一章 PCB电路板简介 PCB即PrintedCircuitBoard的简写，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。1、电路板组成(1）“层(Layer) ”的概念 与字处理或其它许多软件中为实现图、文、色彩等的嵌套与合成而引入的“层”的概念有所同，Protel的“层”不是虚拟的，而是印刷板材料本身实实在在的各铜箔层。现今，由于电子线路的元件密集安装，防干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印刷板不仅有上下两面供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔，例如，现在的计算机主板所用的印板材料多在4层以上，这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层（如软件中的Ground Dever和Power Dever），并常用大面积填充的办法来布线（如软件中的ExternaI P1a11e和Fill），上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用软件中提到的所谓“过孔（Via）”来沟通。(2）过孔（Via） 为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的文汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，也可不连。(3）丝印层（Overlay） 为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等，正确的丝印层字符布置原则是：”不出歧义，见缝插针，美观大方”。(4）SMD的特殊性 Protel封装库内有大量SMD封装，即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。因此，选用这类器件要定义好器件所在面，以免“丢失引脚（Missing Plns）”。另外，这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。(5）网格状填充区（External Plane ）和填充区(Fill) 网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的，填充区仅是完整保留铜箔。前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用，适用于需做大面积填充的地方，特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适，后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。 (6）焊盘( Pad) 焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。例如，对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”，在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中，不少厂家正是采用的这种形式。一般而言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外，还要考虑以下原则： 1)状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大；2)要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍；3)元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0。20.4毫米。(7）各类膜（Mask) 这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面（或焊接面）助焊膜（TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOp or BottomPaste Mask）两类。 顾名思义，助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。(8）飞线，飞线有两重含义： 自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线，在通过网络表调入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况，不断调整元件的位置使这种交叉最少，以获得最大的自动布线的布通率，自动布线结束，还有哪些网络尚未布通，也可通过该功能来查找，找出未布通网络之后，可用手工补偿，实在补偿不了就要用到“飞线”的第二层含义，就是在将来的印板上用导线连通这些网络，如果该电路板是大批量自动线生产，可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计。2、PCB电路板材质印刷电路板是以铜箔基板（ Copper-clad Laminate 简称CCL ）做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件，基板工业是一种材料的基础工业， 是由介电层（树脂 Resin ，玻璃维 Glass fiber ），及高纯度的导体 (铜箔 Copper foil )二者所构成的复合材料（ Composite material），以下即针对这二个主要组成做深入浅出的探讨.2.1介电层2.1.1树脂 Resin 目前已使用于线路板之树脂类别很多,如酚醛树脂（ Phonetic ）、环氧树脂（ Epoxy ）、聚亚醯胺树脂（ Polyamide ）、聚四氟乙烯（Polytetrafluorethylene，简称PTFE或称TEFLON），B一三氮 树脂（Bismaleimide Triazine 简称 BT ）等皆为热固型的树脂（Thermosetted Plastic Resin）。 2.1.1. 酚醛树脂 Phenolic Resin 是人类最早开发成功而又商业化的聚合物，是由液态的酚（phenol）及液态的甲醛（ formaldehyde 俗称formalin ）两种便宜的化学品， 在酸性或碱性的催化条件下发生立体架桥（ Crosslinkage ）的连续反应而硬化成为固态的合成材料。 2.1.2 环氧树脂 Epoxy Resin 是目前印刷线路板业用途最广的底材。在液态时称为清漆或称凡立水（Varnish) 或称为 A-stage， 玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现黏着性而用于双面基板制作或多层板之压合用称 B-stage prepreg ,经此压合再硬化而无法回复之最终状态称为 C-stage。2.2玻璃纤维(Fiberglass)在PCB基板中的功用，是作为补强材料 基板的补强材料尚有其它种，如纸质基板的纸材， Kelvar(Polyamide聚醯胺)纤维，以及石英(Quartz)纤维。本节仅讨论最大宗的玻璃纤维。玻璃(Glass)本身是一种混合物，其组成见表它是一些无机物经高温融熔合而成，再经抽丝冷却而成一种非结晶结构的坚硬物体。此物质的使用，已有数千年的历史。做成纤维状使用则可追溯至17世纪。真正大量做商用产品，则是由Owen-Illinois及Corning Glass Works两家公司其共同的研究努力后，组合成Owens-Corning Fiberglas Corporation于1939年正式生产制造。2.2.1 玻璃纤维布 玻璃纤维的制成可分两种，一种是连续式(Continuous)的纤维另一种则是不连续式(discontinuous)的纤维前者即用于织成玻璃布(Fabric)，后者则做成片状之玻璃席(Mat)。FR4等基材，即是使用前者，CEM3基材，则采用后者玻璃席。 玻璃纤维的特性： 原始融熔态玻璃的组成成份不同，会影响玻璃纤维的特性，不同组成所呈现的差异，表中有详细的区别，而且各有独特及不同应用之处。按组成的不同(见表)，玻璃的等级可分四种商品：A级为高碱性，C级为抗化性，E级为电子用途，S级为高强度。电路板中所用的就是E级玻璃，主要是其介电性质优于其它三种。 2.3铜箔(copper foil) 早期线路的设计粗粗宽宽的,厚度要求亦不挑剔,但演变至今日线宽3,4mil,甚至更细(现国内已有工厂开发1 mil线宽),电阻要求严苛.抗撕强度,表面Profile等也都详加规定.所以对铜箔发展的现况及驱势就必须进一步了解。2.3.1传统铜1、辗轧法 (Rolled-or Wrought Method) 是将铜块经多次辗轧制作而成，其所辗出之宽度受到技术限制很难达到标准尺寸基板的要求 (3 呎*4呎) ,而且很容易在辗制过程中造成报废，因表面粗糙度不够,所以与树脂之结合能力比较不好，而且制造过程中所受应力需要做热处理之回火轫化(Heat treatment or Annealing),故其成本较高。A. 优点 a. 延展性Ductility高,对FPC使用于动态环境下,信赖度极佳. b. 低 的表面棱线Low-profile Surface,对于一些Microwave电子应用是一利基.B. 缺点 a. 和基材的附着力不好. b. 成本较高. c. 因技术问题,宽度受限. 2 、电镀法 (Electrodeposited Method) 最常使用于基板上的铜箔就是ED铜.利用各种废弃之电线电缆熔解成硫酸铜镀液，在殊特深入地下的大型镀槽中，阴阳极距非常短,以非常高的速度冲动镀液，以 600 ASF 之高电流密度，将柱状 (Columnar) 结晶的铜层镀在表面非常光滑又经钝化的 (passivated) 不锈钢大桶状之转胴轮上(Drum)，因钝化处理过的不锈钢胴轮上对铜层之附着力并不好，故镀面可自转轮上撕下，如此所镀得的连续铜层,可由转轮速度，电流密度而得不同厚度之铜箔，贴在转胴之光滑铜箔表面称为光面(Drum side ), 另一面对镀液之粗糙结晶表面称为毛面 (Matte side) .此种铜箔:A. 优点 a. 价格便宜. b. 可有各种尺寸与厚度. B. 缺点. a. 延展性差, b. 应力极高无法挠曲又很容易折断. 3、电路板元器件的组成电子元器件是具有独立电路功能、构成电路的基本单元。随着电子技术的发展，元器件的品种越来越多、功能越来越强，涉及范围也在不断扩大，跨越了元件、电路、系统传统的分类，跨越了硬件、软件的基本范畴。按用半导体制成的元器件分：立器件和集成器件。按用途还可以分为：基本电路元件、开关类元件、连接器、指示或显示器件、传感器等。有源元器件是必须向器件提供相应的电源，如果没有电源，器件将无法工作。电路元器件 它包括：三极管、场效应管、集成电路等，是以半导体为基本材料构成的元器件。 无源元器件是一种只消耗元器件输入信号电能的元器件，本身不需要电源就可以进行信号处理和传输。 它包括：电阻、电位器、电容、电感、二极管等。一般元器件:指电路中经常使用的电阻、电容、电感，以及开关类元件、连接器、指示或显示器件、传感器等。电阻元件的基本特征是消耗能量， 电位器就是可变电阻，在需要调整电路参数的地方。电阻器是电路元件中应用最广泛的一种，在电子设备中约占元件总数的30%以上，其质量的好坏对电路工作的稳定性有极大影响。电阻器主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压，其次在电路中还起限流、分流、降压、分压、负载和匹配等作用。 电容器是一种储能元件，它是各种电子产品中不可缺少的基本元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时等。 电感元件也是一动态储能元件，本身不消耗能量，将能量以磁场的形式储存在元件中，主要用于滤波、振荡、电磁耦合等场合。变压器是电感类元件，经常用于电源的电压变换、信号的耦合、阻抗变换等场合，是一种使用很普遍的电感类元件。变压器利用互耦线圈实现升压或降压功能。如果对变压器一侧线圈（初极线圈）施加变化的电压（如交流电压），利用互感原理就会在另一侧线圈（次级线圈）中得到。如果对初级线圈施加较高的电压，在次级得到较低的电压，这种变压器称为降压变压器。如果对初级线圈施加较低的电压，在次级得到较高的电压，则称为升压变压器。由低电压产生高电压或由高电压产生低电压会不会违反能量守恒原理？当然不会。现在，我们只注意电压，没有注意电流，而功率是电流和电压的乘积。实际上，当变压器中的有低电压产生高电压时，其输出电流将小于输入电流，因此总功率仍然不变。次级线圈中间多余的一条线称为“中心抽头”，会在部分变压器中出现。一般情况下，中心抽头与其他两个抽头之间的电压是相等的。继电器属于一种参量控制开关，即当某一电压或电流达到某一数值时开关开启或闭合。它利用电磁原理或其他（如热电或电子）方法实现自动接通或断开一个或一组接点实现开关功能的非手动开关。它的作用是用低电压小电流去控制大电流或高电压的转接。用继电器也可以构成逻辑、时序电路。继电器分为电磁式继电器、舌簧继电器、双金属片温度继电器。指示器件：主要分为机械式指示装置和电子显示器件，传统的电压或电流表头就是一个典型的指示器件，它广泛用于稳压电源、三用表等仪器上。电子显示器件可按不同亮度和不同颜色来显示电压或逻辑。指示器指示或显示器件主要分为机械式指示装置和电子显示器件，传统的电压或电流表头就是一个典型的指示器件，它广泛用于稳压电源、三用表等仪器上。随着电子设备的智能化水平的提高，电子显示器件使用日益广泛，主要有发光二极管（ LED ）、数码管、液晶显示器、荧光屏等。 发光二极管：是较简单的一种显示器件，它可按不同亮度和不同颜色来分类，或随着不同的电压偏置产生不同的颜色和亮度，广泛用于数字逻辑显示，常见的有表决电路、广告显示屏。 数码管：是一种数字器件，其基本原理是用信号的逻辑电平控制字段，显示简单的数码或英文字母，按驱动电平不同分为阳极控制和阴极控制型。也按不同亮度、颜色和大小分为多种型号，也按不同字段分类。我们常用的数字万用表上一般使用八段数码管，但它不能显示复杂的数字和图形。在显示复杂图形的场合多使用液晶显示或干脆使用荧光屏。 液晶显示器是近几年发展较快的一种显示器件，分为字符型液晶显示器和图a图形点阵型液晶显示器可以显示复杂的图形和较高质量的点阵汉字，液晶显示器有较复杂的程序控制驱动电路，驱动电路比较复杂。 传感器是一种将其它物理参量转变成电信号的一种器件，在工业自动化控制中使用很普遍。大到可以称量火车车厢的重量传感器，小到集成电路内部的信号传感器。传感器是一种将其它物理参量转变成电信号的一种器件。传感器按应用类别分有：热敏传感器、光敏传感器、烟雾传感器、化学传感器、颜色传感器等；按其功能作用分有超声波传感器、压力传感器、气体传感器、倾角传感器、磁阻传感器、霍尔电流传感器等。 在日常生活中，我们经常见到应用传感器的例子。例如：电饭锅在饭烧熟后，温度达到 103 度就自动断开，这种恒温控制器就是热敏传感器。楼道的声控开关，就是利用了光敏传感器，当外界光线较暗时打开开关，在声音的控制下接通电源。楼宇火警系统装有烟雾传感器，只要烟雾浓度达到一定程度，开关就自动打开，喷水龙头自动喷水，同时拉响警报。医院里的血糖测定仪，利用不同浓度的血糖对试纸产生不同的颜色来测定血糖含量，使用色敏传感器将颜色信号变成电信号进行分析计算。传感器的巧妙使用可设计出很多新颖的电子产品。连接器是连接电路的一个元件，连接器质量的好坏是影响电子产品可靠性和寿命的重要因素，连接器的基本要求是保证电器接触良好，要求触点不易氧化，接触电阻越小越好。按照使用场合不同分为视听连接器、印刷电路板连接器、测试用连接器、电源连接器等。电源连接器要求能承受较大的电流。 印刷电路板和集成电路连接器要求性能一致性好。开关元件是构成一个完整的电路或电子产品必不可少的一个基本元件，开关按照使用场合不同分为电源开关、信号开关、多级开关等，按照结构分为自锁开关、乒乓开关、旋纽开关等。开关在电子设备中起接通和切断电源或信号的作用。开关大多数采用操作方便、价廉可靠的手动式机械结构。随着新技术的发展，各种非机械结构的开关不断出现，如气动开关、水银开关以及高频振荡式、电容式、霍尔效应式的接近开关等各类电子开关。 第二章 电子元器件的安装技术 电子电路的安装技术与工艺在电子工程技术中占有十分重要的位置。安装技术与工艺技术的优势，不仅影响外观质量，而且影响电子产品的性能。因此，必须给予足够的重视。2.1 电子电路安装布局的原则 电子电路的安装布局分为电子装置整体结构布局和电路板上元器件安装布局两种。 整体结构布局是一个空间布局问题。应从全局出发，决定电子装置各部分的空间位置。例如，电源变压器、电路板、执行机构、指示与显示部分、操作部分的等，在空间尺寸不受限制的场合，这些都好布局。而在空间尺寸受限制且组成部分复杂的场合，布局则十分艰难，常常要对多个布局方案进行比较后才能确定。 整体结构布局没有一个固定的模式，只有一些应遵循的原则：（1） 注意电子装置的重心平衡与稳定。为此，变压器和大电容等比较大重的元器件应安装在 装置的底部，以降低装置的重心，还应注意装置前后、左右的重量平衡。（2） 注意发热部件的同风散热。为此，大功率晶体管应加装散热片，并布置在靠近装置的外壳，且开槽通风孔，必要时加装小型排风扇。（3） 注意发热部件的热干扰，为此，半导体器件、热敏器件、电解电容等应尽可能远离发热部件。（4） 注意电磁干扰对电路正常工作的影响，容易接受干扰的元器件（如高放大倍数的放大器的第一级等）应尽可能远离干扰源（如变压器、高频振荡器、继电器、接触器等）。当远离有困难时，应采取屏蔽措施（即将干扰源屏蔽或将易受干扰的元器件屏蔽起来）。（5） 注意电路板的分块与布置。如果电路规模不大或电路规模虽大但安装空间没有限制，则尽可能采用一块电路板，否则采用多块电路板。分块的原则是按电路功能分块，不一定一块一个功能，可以一块有几个功能。电路板的布置可以是卧式，也可以是立式，这要视具体空间而定。此外为指示和显示有关的电路板，最好是安装在面板附件。（6） 注意连接的相互影响。强电流线与弱电流线应分开走线，输入级的输入线应与输出及的输出线分开走线。（7） 操作按钮、调节按钮、指示器与是显示器等都应安装在装置的面板上。（8） 注意安装、调试和维修的方便，并尽可能注意整体布局的美观。2.2 元器件安装要求1.元器件处理（1）电子元器件必须经过老化处理。（2）电子元器件引脚分别有保护塑料套管，元器件各电极套管颜色如下： 二极管和整流二极管：阳极为蓝色，阴极为红色。三极管：发射极为蓝色，基极为黄色，集电极为红色。 晶闸管：阳极为蓝色，门极为黄色，阴极为红色。 双向晶闸管：阳极为蓝色，门极为黄色，阴极为红色。 直流电源电极：“+”为棕色，“-”为蓝色，接地中线为浅蓝色。（3）按照元器件在印制板上孔位尺寸要求，进行弯脚及整形，引线弯角半径大于0.5mm,引线弯曲处距离元器件本体至少在2mm以上，绝不允许从引线的根部弯折。元器件型号及数值应朝向可读位置。（4）各元器件引线须经过镀锡处理（离开元器件本体应大于5mm，防止元器件过热而损坏）。（5）印制电路板一律采用敷铜箔玻璃纤维层压板（单面或双面），铜箔面镀银层，出脚处镀金。2.元器件的排列（1）元器件排列原则上采用卧式排列，高度尽量一致、布局整齐、美观。（2）高、低频电路避免交叉，对直流电源与功率放大元器件，采用相应的散热措施。（3）需要调节的元器件，如电位器、可变电容器、中频变压器、操作按钮等，排列时力求操作、维修方便、输入与输出回路及高、低频电路的元器件应采取隔离措施，避免寄生耦合产生自激振荡。（4）晶体管、集成电路等器件排列在印制板上，电源变压器放在机壳的底板上，保持一定距离，避免变压器的溫升影响它们的电气性能。（5）变压器与电感线圈分开一定距离排列，避免两者的磁场方向互相垂直，产生寄生耦合。（6）力求集成电路外引线与外围元器件引线距离直而短，避免互相交叉。3.元器件的安装（1）元器件在印制板上的安装方法，一般分为卧式安装和立式安装两种方法。立式安装的元器件体积小、重量轻、占用面积小、单位面积上容纳元器件的数量多，适合于元器件排列密集紧凑的产品，如微型收音机等许多小型便携式装置;卧式安装的元器件的机械稳定性好、排列整齐美观、元器件的跨距大、走线方便，得到广泛应用，如图所示：图2.1卧式安装和立式安装（2）电阻器和电容器的引线应短些，以提高其固有频率，以免振动时引线段裂。对较大的电阻器和电容器尽量卧式，以利于抗震和散热，并在元器件和底板间用胶粘住。大型电阻器、电容器需加紧固装置，对陶瓷或易脆裂的元器件则加橡胶垫或其它衬垫。（3）微电路器件多余的引脚不应剪去。两个印制电路板间距不应过小，以免振动时元器件与另一底板相碰撞。（4）对继电器、电源变压器、大容量电解电容、大功率三极管和功放集成块等重量级元器件，在安装时，除焊接外，换应采取加固措施。（5）对产生电磁干扰或对干扰敏感的元器件安装应加屏蔽。（6）对用插座安装的晶体管和微电路应压上护圈，防止松动。（7）在印制电路板上插装元器件时，参照电路图，使元器件与插孔一一对应，并将元器件的标识面向外，便于辨认与维修。（8）集成电路、晶体管及电解电容器等有极性的元器件，应按一定的方法，对准板孔，将元器件一一插入孔中。4.功率器件散热器的安装（1）功率器件与散热器之间应涂敷导热脂。使用的导热脂应对器件芯片表面层无溶解作用，使用聚二甲基硅油时应小心。（2）散热器与器件的接触面必须平整，其不平整和扭曲度不能超过0.05mm。（3）功率器件与散热器之间的导热绝缘片不允许有裂纹，接触面的间隙内不允许夹杂切屑等多余物。2.3电路板结构布局在一块板上按电路图把元器件组装成电路，其组装方式通常有两种：插接方式和焊接方式。插接方式是在面板上进行，电路元器件和连线均接插在面板的孔中；而焊接方式是在印制板上进行，电路组件焊接在印制板上，电路连线则为特制的印制线，不论是哪一种组装方式，首先必须考虑元器件在电路板上的结构布局问题。布局的优劣不仅影响到电路板的走线、调试、维修及外观，也对电路板的电气性能有一定的影响，如图：图2.2元器件布局2.3.1电路板结构布局没有固定的模式，不同的人所进行的布局设计则不相同，但有以下参考原则: （1）首先布置主电路的集成块和晶体管的位置。安排的原则是，按主回路信号流向的顺序布置各级的集成块和晶体管。当芯片多面板面有限时，则布成一个“U”字形，“U”字形的口一般靠近电路板的引出线处，以利于第一极的输入线、末级的输出线与电路板引出线之间的连线，此外，集成块之间的间距应视其周围组件的多少而定。（2）安排其他电路元器件（电阻、电容、二极管）的位置。其原则是按级就近布置，即各级元器件围绕各级的集成块或晶体管布置。如果有发热量较大的元器件，则应注意它与集成块或晶体管之间的间距应足够大些。（3）电路板的布局还应注意美观和检修方便。为此，集成块的安置方式应尽量一致，不要横竖不分，电阻、电容等元器件也应如此。（4）连线布置。其原则为第一级输入线与末级的输出线、强电流线与弱电流线、高频线与低频线等应分开走，其间距离应足够大，以避免相互干扰。（5）合理布置接地线。为避免各级电流通过地线时产生相互间的干扰，特别是末级电流通过地线对第一级的反馈干扰，及数字电路部分电流通过地线对模拟电路产生的干扰，通常采用地线割裂法使各级地线自成回路，然后再分别一点接地，如图(a)所示，换句话说各级的地是割裂的，不直接相连，然后再分别接到公共的一点地上。图2.3布置接地线电路2.3.2根据上述一点接地的原则，布置地线时应注意如下几点:输出级与输入级不允许共享一条地线。数字电路与模拟电路不允许共享一条地线。输入信号的“地”应就近接在输入级的地线上。输出信号的地应接公共地，而不是输出的地各种高频和低频退耦电容的接地”端应远离第一级的地显然，上述一点接地的方法可以完全消除各级之间通过地线产生的相互影响，但接地方式比较麻烦，且接地线比较长，容易产生寄生振荡，因此，在印制电路板的地线布置上常常采用另一种地线布置方式，即串联接地方式，如图所示，各级地线一级级直接相连后再接的到公共的地上。在这种接地方式中，各级地线可就近相连，接地比较简单，但因存在地线电阻（图中的虚线表示），各级电流通过相应的地线电阻产生干扰电压，影响各级工作。为了尽量抑制这种干扰，常常采用加粗和缩短地线的方法，以减少地线电阻。第三章 电子元器件的焊接技术 用焊接方式组装电路是在印制电路板焊接元器件，焊接质量的好坏直接影响到电路的性能。因此，掌握焊接技术是从事电子技术人员的一项基本功。 电子产品的焊接装配是在元器件加工整形，导线加工处理之后进行的。产品的重要环节，要求焊点牢固、配线合理、电气连接良好、外表美观，以保证焊接与装配的工艺质量。3.1印制电路板焊接工艺为使印制电路板有良好性能，耐振、防霉，确保使用质量，规定如下。3.1.1印制电路板（1） 印制电路板一律采用敷铜箔玻璃纤维（基本）层压板（单面或双面）。（2） 铜箔面镀银层，出脚处镀金。（3） 铜箔线条宽度原则上不得小于1mm（特殊线路除外）。双面板需采用金属化孔工艺。（4） 铜箔面需喷涂松香溶液。（5） 外观检查：线条无剥离和锯齿状，不应存有腐蚀麻点，标志要凄楚，元器件安装孔必须钻在焊接点中心处。3.1.2元器件的排列与焊接 元器件的排列：元器件排列原则上采用卧式排列，高度尽量一致整齐，按印制板尺寸对元器件进行弯脚及整形，弯角半径大于0.5 mm，元器件型号及数值应放在可见位置。电子元器件必须经过老化处理，电解电容器存放年限从出厂时间计算，若超过三年者不能使用（在装配过程中允许超期两个月）。各元器件引线需经过搪锡处理（离开元器件应大于5 mm，防止元器件过热而损坏）。一律采用裸头焊接形式，以防止虚焊、漏焊、脱焊，焊接后焊点不能留有助焊剂。严禁使用焊锡膏焊接。电子元器件引脚分别由保护塑料套管（GB/T26811981），电极“+”为棕色，“”为蓝色，接地中线为淡蓝色。 数字电路焊接的要求如下所述：焊接数字电路元器件应存放在金属（铝、铜等）做的屏蔽箱内。焊接用工作台应是金属（铝板等）面板，并有良好接地。搪锡、整形等使用的工具，使用时不能带有静电荷（场）。数字电路元器件焊接时，应该先安装公共接地脚。焊接好电路板，要插上短接的插座，然后存放在金属屏蔽箱内。其余参照元器件排列图焊接。印制板在调试结束后，两面均喷涂清漆，固定可调部分点上喷涂珠光红色漆。3.1.3 印制板的振动试验印制板焊接完后，先进行初步调整，然后作单板振动试验。印制板振动试验标准，见表3.1.1：表3.1.1印制板振动试验标准加速度4g4g频率f (Hz)3055振幅a (min)1.110.33振动时间 T(min)30303.1.4 其他（1）搪锡机（缸）的外壳一定要有良好的接地。（2）焊接时采用20w内热式电烙铁，并应有良好的接地装置，在焊接数字电路中，必要时可采用断电焊接技术。（3）所有金属工具，均不能带有强磁性或静电荷（场）。（4）助焊剂应采用松香酒精溶液，即中性焊接液。（5）采用振动台进行振动试验。（6）立式金属化电容器、电解电容器，均必须垫有防振保护套。三极管及运算放大器等，原则上也应垫又保护套。3.2元器件焊接过程 3.2.1 焊前准备（1）焊锡丝 焊锡丝是焊接元器件必备的焊料。一般要求熔点低、凝结快、附着力强、坚固、导电率高且表面光洁。其主要成分是铅锡合金，除丝状外，还有扁带状、球状、饼状等不同规格的成型材料。焊锡丝的直径有0.5 mm、0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.3 mm、2.5 mm、3.0 mm、4.0 mm、5.0 mm，焊接过程中应根据焊点大小和电烙铁的功率选择合适的焊锡丝，如图（a）所示。（2）助焊剂助焊剂是焊接过程中必不可少的溶剂，它具有除氧化膜、防止氧化、减少表面张力、使焊点美观的作用。有碱性、酸性和中性之分。在印制板上焊接电子元器件，要求采用中性焊剂，松香是一种中性焊剂，受热熔化变成液态。它无毒、无腐蚀性、异味小、价格低廉、助焊力强，在焊接过程中，松香受热汽化，将金属表面的氧化层带走，使焊锡与被焊金属充分结合，形成坚固的焊点。碱性和酸性焊剂，即焊锡膏（它有一定腐蚀性，焊接后应及时清除残留物）用于体积较大的金属制品的焊接，如图3.2.1所示图3.2.1焊锡丝和助焊剂实物焊剂和焊丝的选配:低碳钢的焊接可选用高锰高硅型焊剂，配合H08MnA焊丝，或选用低锰、无锰型焊剂配H08MnA和H10MnZ焊丝。低合金高强度钢的焊接可选用中锰中硅或低锰中硅型焊剂配合与钢材强度相匹配的焊丝。耐热钢、低温钢、耐蚀钢的焊接可选用中硅或低硅型焊剂配合相应的合金钢焊丝。铁素体、奥氏体等高合金钢，一般选用碱度较高的熔炼焊剂或烧结、陶质焊剂，以降低合金元素的烧损及掺加较多的合金元素。 （3）电烙铁的选用 电烙铁由烙铁头、热丝、传热桶和手柄组成。在焊接电子元器件时，最好采用20W内热式电烙铁或调温电烙铁，并应有良好接地装置。焊接大的元器件、部件、连接导线、插接件时，可采用45W电烙铁。 电烙铁在使用与保养时，对于新的电烙铁，先把烙铁头表面氧化物用锉刀锉干净，然后接通电源加热，将烙铁头粘些松香和焊锡，直到烙铁头涂上一层薄薄的锡为止。在使用过程中，严禁敲打，焊接完毕轻轻地放在烙铁架上，不用时立即切断电源，远离易燃品存放。（4）辅助工具 为了方便焊接操作常采用尖嘴钳、偏口钳、镊子和小刀等做为辅助工具,应学会正确使用这些工具,尖嘴钳 偏口钳 镊子 小刀 。（5）导线在焊接之前，要准备好一些粘好锡的各色导线，主要是多股铜线，主要用于各种连接线、安装线、屏蔽线等，其安全载流量按5A/mm2估算，这在各种条件下都是安全的。3.2.2焊前处理1）清除焊接部位的氧化层 可用断锯条制成小刀，刮去金属引线表面的氧化层，使引脚露出金属光泽；印刷电路板可用细纱纸将铜箔打光后，涂上一层松香酒精溶液。 2）元件镀锡 在刮净的引线上镀锡。可将引线蘸一下松香酒精溶液后，将带锡的热烙铁头压在引线上，并转动引线。即可使引线均匀地镀上一层很薄的锡层。导线焊接前，应将绝缘外皮剥去，再经过上面两项处理，才能正式焊接。若是多股金属丝的导线，打光后应先拧在一起，然后再镀锡。 刮去氧化层，均匀镀上一层锡。3.2.3温度与时间的控制手工焊接引线粘锡和焊接元器件时，温度和时间要选择适当并严格控制，粘锡和焊接切勿超过耐焊性试验条件（距离元器件管壳1.5 mm，260，时间为10s，350时为3 s）。对于混合电路，电烙铁的最佳温度为230240，观察现象以松香熔化比较快又不冒烟为宜，元器件焊接最佳时间为23 s。 3.2.4焊接顺序及元器件焊接在焊接实验台上，先焊细导线和小型元器件，后焊晶体管、集成块，最后焊接体积较大、较重元器件，因为大元器件占地面积大，又比较重，后焊接比较方便。晶体管和集成块怕热，后焊接可防止烙铁的热量经导线传到晶体管或集成块内而损坏。（1）一般元器件的焊接将插好元器件的印制板焊接面朝上，左手拿焊锡丝，右手持电烙铁，使烙铁头贴着元器件的引线加热，是焊锡丝在高温下熔化，沿着引线向下流动，直至充满焊孔并覆盖引线周围的金属部分，撤去焊锡丝并沿着引线向上方提拉烙铁头，形成像水滴一样光亮的焊点，焊接速度要快，一般不超过3 s，以免损坏元器件，由于引线的粗细不同，焊孔的大小不同，如一次未焊好，等冷却后再焊。（2）晶体管元器件的焊接焊接晶体管等元器件时，可用镊子或尖嘴钳夹住引脚进行焊接，因镊子和钳子具有隔热作用，可以保护元器件。焊接CMOS器件时，为了避免烙铁的感应电压损坏器件，必须使电烙铁的外壳可靠接地，或断电后用烙铁的余热焊接。（3）集成块的焊接双列直插式集成块，引脚直接的距离只有25CM，焊点过大，会造成相邻引脚短路。应采用尖头烙铁，快速焊接，电烙铁温度不能太高，焊接时间不能太长，否则，会烧坏集成块并使印制电路板上的导电铜箔脱离，所以焊接时一定要细心。焊点质量应具有可靠的电气连接，足够的机械强度，外观光亮，圆滑，清洁，大小合适，无裂缝，针孔，夹杂，焊锡与被焊物之间没有明显的分界。焊接试验台如图所示：图3.2.2焊接试验台3.2.5焊接方法3.2.5.1一般焊接方法1、焊接方法。 焊接 检查 剪短 （1）右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。 （2）将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟。 （3）抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。（4）用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。 2、焊接质量 焊接时，要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量。 （A）所示应是锡点光亮，圆滑而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固。不应有虚焊和假焊。虚焊是焊点处只有少量锡焊住，造成接触不良，时通时断。假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一拔，引线就可以从焊点中拔出。这两种情况将给电子制作的调试和检修带来极大的困难。只有经过大量的、认真的焊接实践，才能避免这两种情况。 焊接电路板时，一定要控制好时间。太长，电路板将被烧焦，或造成铜箔脱落。从电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元件拔出。3.2.5.2手工焊接的操作方法1、烙铁头及焊件的搪锡 烙铁头的搪锡：新烙铁，已氧化不粘锡或使用过久而出现凹坑的烙铁头可先用砂纸或细锉刀打磨，使其紫铜光泽，而后将电烙铁通电23min。加热后使烙铁头吸锡，再在放松香颗粒的细砂纸上反复摩擦，直到烙铁头上挂一层薄锡，导线及元器件引脚搪锡：先用小刀或细砂纸清除导线或元器件引线表面的氧化层，元器件引脚根部留出一小段不刮，以防止引线根部被刮断，对于多股引线也应该逐根刮净，之后将多股线拧成绳装进行搪锡，搪锡过程如下；烙铁通电23min后使烙铁头接触松香。看松香发出“吱吱”响声。并且冒出白烟。则说明烙铁头温度适当，然后将刮好的焊件引线放在松香上，用烙铁头轻轻压引线，边往复摩擦边转动引线，务必使引线各部分均匀上好一层锡。2、焊接时烙铁头与引线和印制板的铜箔之间的接触位置如图A所示是烙铁头与引线和烙铁头与印制板铜箔之间的接触情况。其中图A是烙铁头与引线接触而与铜箔不接触的情况，图B是烙铁头与铜箔接触而与引线不接触的情况，这两种情况将造成热点传 导不平衡，使其中某一被焊件受热过多，而另一被焊件受热过少，这将使焊点质量大幅下降。图C是烙铁头与铜箔和引线同时接触的情况，此种接触为正确的加热方式，故能保证焊接质量。图3.2.3烙铁头与铜箔和印制线同时接触3、电烙铁的握法根据电烙铁的大小，形状和焊件的要求等不同情况，握电烙铁的方法通常有以下三种， 如图A所示为反握法，即用五指吧电烙铁手柄握在手掌内，这种握法焊接时动作稳定，长时间操作手不感到疲劳，适用于大功率的电烙铁和容量大的被焊件的焊接。如图B所示为正握法，适用于弯行电烙铁头操作或直电烙铁头在机架上焊接互联导线时操作。如图C所示为握笔法，就像写字时拿笔一样，用这种方法长时间操作手容易疲劳适用于小功率电烙铁和热容量小的被焊件的焊接。电烙铁的最佳温度为230240，观察现象以松香熔化比较快又不冒烟为宜。元器件焊接最佳时间为23s.图3.2.4电烙铁的握法焊点质量应该光亮、圆滑、清洁、大小合适，焊锡与被焊物之间没有明显的分界线，不合适焊点如图所示：图3.2.5不合格焊点 线焊细导线和小型元器件，后焊晶体管、集成块和较大元器件。因为大元器件所占面积大，又比较重，后焊接比较方便。晶体管和集成块怕热，后焊接可防止电烙铁的热量经导线传到晶体管或集成块内尔损坏元器件。3.2.6手工五步焊接操作法手工五步焊接操作法如图：图3.2.6手工五步焊接法1)准备焊接：准备好焊锡丝和电烙铁，此时特别强调的是电烙铁头部要保持干净，即可以粘上焊锡（俗称吃锡）。2)加热焊件：将电烙铁接触焊接点，首先注意要保证电烙铁加热焊接各部件，如印制板上引线和焊盘都使之受热；其次，要注意让电烙铁头的扁平部分（较大部分）接触热容量较大的焊件，电烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件，以保持焊件均匀受热。3)熔化焊料：当焊件加热到能熔化的温度后将焊丝的置于焊点，焊料开始熔化并润湿焊点。4)移开焊锡：当熔化一定量大焊锡后将焊锡丝移开。5)移开电烙铁： 当焊锡完全润湿焊点后移开电烙铁，注意移开电烙铁的方向应该是大致45的 方向。上述过程，对一般焊点而言大约23s，对于热容量小的焊点，如印制电路板上的小焊盘，有时用三步法，即将上述步骤（2）和（3）合为一步，（4）和（5）合为一步，实际上细微区分还是五步，所以五步法有普遍性，是掌握手工烙铁焊接点基本方法，特别是各步骤之间停留的时间，对保证焊接质量至关重要，只有通过实践才能逐步掌握。焊接好的印制板和其电路图如下图：图3.2.7运算发放大器焊接好的电路板实物图3.2.8与上图对应的原理图3.2.7虚焊产生的原因及其鉴别虚焊是电工焊接的一大隐患，占设备故障总数的12.它会影响电气装置的正常运行，出现一些难以判断的“软故障”。虚焊产生的原因如下。1 、虚焊点产生的原因（1）设计：印制电路板设计有问题，是形成虚焊的潜在因素，焊点过密、元器件插接孔过大，导致虚焊的增加。（2）工艺：在涂注焊剂时，清洁工作没有做好，没有上好锡：上锡后的元器件存放时间太久，焊接部分已经氧化，直接焊接时产生了虚焊。（3）材料：有的元器件引线材料可焊性差，如粘锡不好、未刮净、都会产生虚焊。（4）焊剂：有的焊剂不好，或自制锡铅比例不当，配出的焊剂熔点高、流动性差，会导致虚焊。（5）助焊剂：助焊剂选用不当，或不用助焊剂，产生虚焊。（6）焊接工具：电烙铁功率太小，温度不够，焊点像豆腐渣;锡易成珠，才会导致虚焊。（7）操作方法：焊接时，电烙铁头离焊点远点，使锡流过去包围元器件引脚，会使被焊面的热量不够而导致虚焊。2 、鉴别方法（1）观察焊点，似焊非焊，一摇即动，必为虚焊。（2）焊锡与印刷板没有形成一体。（3）焊点特别光亮，成鼓包状。焊接完毕应做好元器件的清洗工作。总 结焊接技术的优劣直接影响PCB线路板的性能，一般，焊接一个完整的线路板，应做到：焊前除去线路板的氧化层，将各元器件备齐，焊接时使用的工具摆放到位，一切就绪即可可是焊接。在焊接时，有手工焊接和机焊，手工焊接可以焊接面积较小、元器件体积也比较小的部位，但不易保证焊后元器件的外观，而机焊在做到准确定位后，可以批量焊接，而且外表美观。师傅用手工焊接电阻时，必须先将电阻两端引线折弯，但这不能保证电阻两端的距离相等，如果用机焊则不会出现该问题，机焊时，可调节机器折弯部位的间距，保证所有元器件间距均统一。焊接在机械方面有很大的发展空间，但焊接件不能达到永久的固定，连接，在焊接过程中有异味散发，对人体有害，如焊锡丝，若长时间拿手拉、握，手指会开列裂，若短时间不会察觉，在我们的制造业中，焊接技术是必要的，零件的连接不能单一采用铆接及紧固件，焊接可减轻零件的重量（相对紧固件而言），而且外表美关，在一些狭小的空间里不易用焊接/紧固件，焊接方法则可以解决这一问题，就本文来看，对于线路板上的元器件 99都是焊接上的，可见焊接技术的重要性，应用甚广。 参考文献1 王俊峰著学电工技术入门到成才.北京：电子工业出版社.20062 王涛著.焊工入门.山东：化学工业出版社.19873 徐初雄编焊接技术问答上海：机械工业出版社19974 王大志著焊接技术与焊接工艺问答. 上海：机械工业出版社19975 郑诗卫编著印制电路板排版设计北京：科技技术文献出版社20046 陈俊安编电子元器件及手工焊接北京：中国水利水电出版社1996致谢论文是在指导教师曹春雷老师的悉心指导下完成的。曹春雷老师严谨治学的态度给我树立了榜样，使我受益匪浅。在此特向指导教师的关心和帮助表示诚挚的敬意和衷心的感谢！在论文写作的过程中，北京京门电气有限公司为我的课题研究提供了良好的条件，使我顺利完成了论文的工作，在此向他们致以崇高的谢意！因我在公司的职务不断的调换，从软起动销售开始，接着焊接电路板、徒手绘制机械图、应用CAD画平面图、用PRO/E绘制软起动零件实体，到现在的机械工程师助理，做软起动设计，因此设计的时间大大的被缩短了，只能周末来进行设计。经过近八周的努力,在老师和同学的帮助下，我基本上完成了毕业设计的任务。通过这次设计，我充分认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理。在设计时我遇到了很多的困难，尤其是自己的基础知识不扎实。因此，我要更努力的去学才行，多下点功夫再学习。由于我知识水平的局限和时间的仓促，设计中可能会存在着一些不足，我真诚的接受老师和同学的批评和指正。感谢那些在设计中帮助过我的人，谢谢！没有你们我无法按时完成设计。最后衷心感谢老师的悉心指导和同学们的热心帮助! 19实 习 报 告 姓 名 田凤英 班 级 机制054班 系 别 机电工程系 学 校 邢台职业技术学院毕业设计答辩记录姓名班级题目序号项目完成及答辩情况1图纸或程序2设计说明书3答辩过程4答辩结论5成绩6教师签字