《电子焊接工艺技术》PPT课件.ppt

CEPREI,信息产业部电子第五研究所,1,电子焊接工艺技术,信息产业部电子第五研究所 电子元器件可靠性物理及其应用技术国家重点实验室 主讲：罗道军 Luodj 020-87237161,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,2,电子焊接工艺技术,主要内容 焊接基本原理 焊接材料 手工焊 波峰焊 再流焊 电子焊接工艺新进展,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,3,一、焊接基本原理,焊接的三个理化过程： 1. 润湿 2. 扩散 3. 合金化 Cu6Sn5，Cu3Sn,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,4,Young方程：,0o90o,意味着液体能够润湿固体； 90o180o,则液体不能润湿固体。,1.1 润湿角解析,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,5,G 单位面积内母材的溶解量； ry 液态钎料的密度； Cy 母材在液态钎料中的极限溶解度； Vy 液态钎料的体积； S 液-固相的接触面积； a 母材的原子在液态钎料中的溶解系数； t 接触时间。,1.2 焊接过程扩散溶解,母材向液态钎料的扩散溶解,溶解量计算公式：,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,6,1.3 焊接过程 合金化,界面处金属间化合物的形成,d 金属间化合物层厚度; t 时间; D0 材料常数, = 1.6810-4 m2/s; Q 金属间化合物长大激活能, = 1.09eV; n 时间指数, = 0.5,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,7,1.4 不良焊接图例,焊接不良即润湿角大于90o，和/或铺展界面存在缺陷。 主要原因有两点：(1) 母材表面的氧化物未被钎剂去除干净，使得钎料难以在这种表面上铺展。(2) 焊料本已良好润湿母材，但由于工艺不当，使得母材表面的金属镀层完全溶解到液态钎料中，或是形成了连续的化合物相，使已经铺展开的液态钎料回缩，接触角增大。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,8,1.5 良好焊接图例,良好焊点的图示,元器件引线焊接良好即意味着钎料在其表面润湿良好，润湿角小于90o。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,9,2.1 焊接材料铅锡焊料,铅锡焊料的特性 1.锡铅比例 2.熔点 3.机械性能（抗拉强度与剪切强度） 4.表面张力与粘度（SnBS PbSB）,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,10,2.2 焊接材料铅锡焊料,焊料的杂质含量及其影响,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,11,2-3 焊接材料助焊剂,1. 助焊剂的作用,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,12,固体金属的表面结构,2.3.1 助焊剂作用,助焊剂要去除的对象母材金属表面的氧化膜,固体金属最外层表面是一层0.2 0.3nm的气体吸附层。 接下来是一层34nm厚的氧化膜层。所谓氧化膜层并不是单纯的氧化物，而是由氧化物的水合物、氢氧化物、碱式碳酸盐等组成。 在氧化膜层之下是一层110m厚的变形层，这是由于压力加工所形成的晶粒变形结构，与氧化膜之间还有12m厚 的微晶组织。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,13,2-4 焊接材料助焊剂,助焊剂应具备的性能,（1）助焊剂要有适当的活性温度范围、助焊效果。 （2）助焊剂要有良好的热稳定性、化学性能稳定。 （3）助焊剂的残留物不应有腐蚀性且容易清洗； （4）不应析出有毒、有害气体，符合环保的基本要求； (5) 要有符合电子工业规定的水溶性电阻和绝缘电阻；,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,14,2-5 焊接材料助焊剂,助焊剂的种类,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,15,3.1 手工烙铁焊工具,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,16,3-2 手工烙铁焊工具选择,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,17,3.2 手工烙铁焊工具特性,烙铁头的特性 1.温度 2.形状 3.耐腐蚀性,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,18,3.2 手工烙铁焊焊锡丝选择,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,19,3-2 手工烙铁焊方法,1.焊前准备 2.焊接步骤 3.焊接要领,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,20,4.1 波峰焊工艺流程,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,21,4.1 波峰焊工艺流程比较,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,22,4.2.1 波峰焊工艺步骤,工艺主要步骤-1 1.涂覆焊剂,溶解焊盘与引线脚表面的氧化膜，并覆盖在其表面防止其再度氧化； 降低熔融焊料的表面张力，使润湿性明显提高。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,23,4.2.1 波峰焊工艺步骤,2.预热 90120 3.焊接 2455 35S,挥发助焊剂中的溶剂 活化助焊剂，增加助焊能力 减少高温对被焊母材的热冲击 减少锡槽的温度损失,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,24,4.2.2 波峰焊工艺参数的设定,1.助焊剂比重（保持恒定） 2.预热温度（90110，调温或调速） 3.焊接温度（2455） 4.焊接时间（35S） 5.波峰高度（2/3 Board） 6.传送角度 (57),CEPREI,信息产业部电子第五研究所,25,4.2 波峰焊参数的影响,高度与角度,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,26,4.2 波峰焊焊后补焊,补焊内容 1.插件高度与斜度 2.漏焊、假焊、连焊 3.漏插 4.引脚长度,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,27,4.2.1插件高度与斜度的规定,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,28,4.3 波峰焊设备波峰焊机,波峰焊机,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,29,4.3 波峰焊设备助焊剂涂覆装置,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,30,4.3.1 波峰焊设备部件,预 热 器 强迫对流式（热风） 石英灯加热（短红外） 热棒（板）加热（长红外）,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,31,4.3.1 波峰焊设备部件,波峰发生器,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,32,4.3.2 波峰的形状,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,33,4.3.1 波峰焊设备部件,切引线机,纸基砂轮式 镶嵌式硬质合金刀 全硬质合金无齿刀,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,34,4.3.1 波峰焊设备部件,传输机构,1.夹持印刷电路板的宽度能够调整,以满足不同尺寸类型的印刷电路板的需求. 2.运行必需平稳,在运行中能维持一个恒定的速度 3.为满足产量及最佳焊接时间的需要,传输速度一般要求在0.253m/min范围内可无级调速 4.印刷电路板通过波峰时有微小的仰角,其角度一般要求在49范围内可调整,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,35,4.3.1 波峰焊设备部件,空气刀,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,36,5 再流焊,再流焊类型： 1.对流红外再流焊 2.热板红外再流焊 3.气相再流焊（VPS） 4.激光再流焊,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,37,5.1 再流焊工艺参数,1.温度曲线的确定原则； 2.实际温度曲线的确定； 3.温度曲线的测定方法,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,38,5.1.1 再流过程温度曲线的确定原则,焊锡膏的再流过程,(1) 预热区(加热通道的25-33%)。钎料膏中的溶剂开始蒸发。温度上升必须慢(2-3oC/秒)，以防止沸腾和飞溅形成小锡珠，同时避免过大热应力。 (2) 活性区(33-50%, 120-160oC)。使PCB均温。同时助焊剂开始活跃，化学清洗行动开始。 (3)和(4) 再流区(205-230oC)。钎料膏中的金属颗粒熔化，在液态表面张力作用下形成焊点表面。 (5) 冷却区。焊点强度会随冷却速率增加而稍微增加，但太快将导致过大热应力(应于515oC/秒)。,再流温度曲线,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,39,5.1.2再流过程实际温度曲线的测定,优化的再流温度曲线是SMT组装中得到优质焊点的最重要因素之一。 再流温度曲线的影响参数中最主要的是传送带速度和每个加热区的温度。 设定再流温度曲线的辅助工具：温度曲线仪、热电偶、焊锡膏参数。,图：将热电偶附着在PCB焊盘及元器件引线/金属化层之间,热电偶附着方法： (1) 采用Sn-Ag合金的高温软钎焊； (2) 用少量热导膏覆盖住热电偶，再用高温胶带粘住； (3) 高温胶，如氰基丙烯酸盐粘合剂。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,40,5.2 焊锡膏的再流过程及工艺参数的影响,5.2.1 再流温度曲线参数及其影响,图 预热不足或过多的再流温度曲线,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,41,5.2.2 钎料膏的再流过程及工艺参数的影响,再流温度曲线参数及其影响,图 再流太多或不足,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,42,5.2.3 焊锡膏的再流过程及工艺参数的影响,再流温度曲线参数及其影响,图 冷却过快或不足,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,43,5.3.1 焊锡膏再流焊缺陷分析,钎料球,钎料球直径不能超过焊盘与印制导线之间的距离；600mm2的范围内不能出现超过5个钎料球。,工艺认可标准,产生原因,(1) 丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使钎料膏弄脏PCB； (2) 钎料膏在氧化环境中暴露过多，吸入水分过多； (3) 加热不精确，太慢且不均匀； (4) 加热速率太快且预热时间过长； (5) 钎料膏干得太快； (6) 助焊剂活性不足； (7) 太多颗粒很小的钎料合金粉末； (8) 再流过程中助焊剂的挥发不适当。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,44,5.3.2 焊锡膏再流焊缺陷分析,桥连,产生原因,(1) 钎料膏粘度过低； (2) 焊盘上钎料膏过量； (3) 再流峰值温度过高。,开路,产生原因,(1) 钎料膏量不足； (2) 元件引线的共面性不好； (3) 钎料熔化及润湿不好； (4) 引线吸锡或附近有连线孔。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,45,6 焊接技术新进展,主要内容 1.惰性气体保护焊接 2.穿孔再流焊 3.焊料无铅化 4.免清洗焊接工艺,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,46,穿孔再流焊工艺步骤,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,47,3. 焊料无铅化-1,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,48,3. 焊料无铅化-2,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,49,3. 焊料无铅化-3,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,50,再流焊工艺窗口的大幅缩小,如采用Sn-Ag-Cu钎料(熔点为217oC)，再加上5oC的控制限制，实际的工艺窗口只有8oC。如此之窄，对于电子组装绝对是一个挑战。同时，工艺过程的温度实时监控更为重要。,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,51,3. 焊料无铅化-4,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,52,3. 焊料无铅化-5,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,53,3. 焊料无铅化-6,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,54,3. 焊料无铅化-7,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,55,3. 焊料无铅化-8,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,56,3. 焊料无铅化-9,CEPREI,信息产业部电子第五研究所,57,4 免清洗技术,基本概念 免清洗的优越性 免清洗材料 （Flux、元器件、PCB、VOC） 免清洗工艺,