《電子焊接工藝技術(shù)》PPT課件.ppt

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CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,1,電子焊接工藝技術(shù),信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所 電子元器件可靠性物理及其應(yīng)用技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 主講：羅道軍 Luodj@ 020-87237161,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,2,電子焊接工藝技術(shù),主要內(nèi)容 焊接基本原理 焊接材料 手工焊 波峰焊 再流焊 電子焊接工藝新進(jìn)展,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,3,一、焊接基本原理,焊接的三個(gè)理化過程： 1. 潤濕 2. 擴(kuò)散 3. 合金化 Cu6Sn5，Cu3Sn,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,4,Young方程：,0o?90o,意味著液體能夠潤濕固體； 90o?180o,則液體不能潤濕固體。,1.1 潤濕角解析,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,5,G 單位面積內(nèi)母材的溶解量； ry 液態(tài)釬料的密度； Cy 母材在液態(tài)釬料中的極限溶解度； Vy 液態(tài)釬料的體積； S 液-固相的接觸面積； a 母材的原子在液態(tài)釬料中的溶解系數(shù)； t 接觸時(shí)間。,1.2 焊接過程－擴(kuò)散溶解,母材向液態(tài)釬料的擴(kuò)散溶解,溶解量計(jì)算公式：,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,6,1.3 焊接過程－－ 合金化,界面處金屬間化合物的形成,d 金屬間化合物層厚度; t 時(shí)間; D0 材料常數(shù), = 1.68?10-4 m2/s; Q 金屬間化合物長大激活能, = 1.09eV; n 時(shí)間指數(shù), = 0.5,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,7,1.4 不良焊接－圖例,焊接不良即潤濕角大于90o，和/或鋪展界面存在缺陷。 主要原因有兩點(diǎn)：(1) 母材表面的氧化物未被釬劑去除干凈，使得釬料難以在這種表面上鋪展。(2) 焊料本已良好潤濕母材，但由于工藝不當(dāng)，使得母材表面的金屬鍍層完全溶解到液態(tài)釬料中，或是形成了連續(xù)的化合物相，使已經(jīng)鋪展開的液態(tài)釬料回縮，接觸角增大。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,8,1.5 良好焊接－圖例,良好焊點(diǎn)的圖示,元器件引線焊接良好即意味著釬料在其表面潤濕良好，潤濕角小于90o。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,9,2.1 焊接材料－鉛錫焊料,鉛錫焊料的特性 1.錫鉛比例 2.熔點(diǎn) 3.機(jī)械性能（抗拉強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度） 4.表面張力與粘度（Sn－BS Pb－SB）,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,10,2.2 焊接材料－鉛錫焊料,焊料的雜質(zhì)含量及其影響,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,11,2-3 焊接材料－助焊劑,1. 助焊劑的作用,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,12,固體金屬的表面結(jié)構(gòu),2.3.1 助焊劑－作用,助焊劑要去除的對(duì)象——母材金屬表面的氧化膜,固體金屬最外層表面是一層0.2~ 0.3nm的氣體吸附層。 接下來是一層3~4nm厚的氧化膜層。所謂氧化膜層并不是單純的氧化物，而是由氧化物的水合物、氫氧化物、堿式碳酸鹽等組成。 在氧化膜層之下是一層1~10μm厚的變形層，這是由于壓力加工所形成的晶粒變形結(jié)構(gòu)，與氧化膜之間還有1~2μm厚 的微晶組織。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,13,2-4 焊接材料－助焊劑,助焊劑應(yīng)具備的性能,（1）助焊劑要有適當(dāng)?shù)幕钚詼囟确秶⒅感Ч?（2）助焊劑要有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)性能穩(wěn)定。 （3）助焊劑的殘留物不應(yīng)有腐蝕性且容易清洗； （4）不應(yīng)析出有毒、有害氣體，符合環(huán)保的基本要求； (5) 要有符合電子工業(yè)規(guī)定的水溶性電阻和絕緣電阻；,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,14,2-5 焊接材料－助焊劑,助焊劑的種類,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,15,3.1 手工烙鐵焊－工具,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,16,3-2 手工烙鐵焊－工具選擇,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,17,3.2 手工烙鐵焊－工具特性,烙鐵頭的特性 1.溫度 2.形狀 3.耐腐蝕性,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,18,3.2 手工烙鐵焊－焊錫絲選擇,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,19,3-2 手工烙鐵焊－方法,1.焊前準(zhǔn)備 2.焊接步驟 3.焊接要領(lǐng),CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,20,4.1 波峰焊－工藝流程,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,21,4.1 波峰焊－工藝流程比較,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,22,4.2.1 波峰焊－工藝步驟,工藝主要步驟-1 1.涂覆焊劑,溶解焊盤與引線腳表面的氧化膜，并覆蓋在其表面防止其再度氧化； 降低熔融焊料的表面張力，使?jié)櫇裥悦黠@提高。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,23,4.2.1 波峰焊－工藝步驟,2.預(yù)熱 90~120℃ 3.焊接 245±5℃ 3～5S,揮發(fā)助焊劑中的溶劑 活化助焊劑，增加助焊能力 減少高溫對(duì)被焊母材的熱沖擊 減少錫槽的溫度損失,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,24,4.2.2 波峰焊－工藝參數(shù)的設(shè)定,1.助焊劑比重（保持恒定） 2.預(yù)熱溫度（90～110℃，調(diào)溫或調(diào)速） 3.焊接溫度（245±5℃） 4.焊接時(shí)間（3～5S） 5.波峰高度（2/3 Board） 6.傳送角度 (5~7°),CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,25,4.2 波峰焊－參數(shù)的影響,高度與角度,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,26,4.2 波峰焊－焊后補(bǔ)焊,補(bǔ)焊內(nèi)容 1.插件高度與斜度 2.漏焊、假焊、連焊 3.漏插 4.引腳長度,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,27,4.2.1插件高度與斜度的規(guī)定,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,28,4.3 波峰焊設(shè)備－波峰焊機(jī),波峰焊機(jī),CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,29,4.3 波峰焊設(shè)備－助焊劑涂覆裝置,,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,30,4.3.1 波峰焊設(shè)備－部件,預(yù) 熱 器 強(qiáng)迫對(duì)流式（熱風(fēng)） 石英燈加熱（短紅外） 熱棒（板）加熱（長紅外）,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,31,4.3.1 波峰焊設(shè)備－部件,波峰發(fā)生器,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,32,4.3.2 波峰的形狀,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,33,4.3.1 波峰焊設(shè)備－部件,切引線機(jī),紙基砂輪式 鑲嵌式硬質(zhì)合金刀 全硬質(zhì)合金無齒刀,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,34,4.3.1 波峰焊設(shè)備－部件,傳輸機(jī)構(gòu),1.夾持印刷電路板的寬度能夠調(diào)整,以滿足不同尺寸類型的印刷電路板的需求. 2.運(yùn)行必需平穩(wěn),在運(yùn)行中能維持一個(gè)恒定的速度 3.為滿足產(chǎn)量及最佳焊接時(shí)間的需要,傳輸速度一般要求在0.25~3m/min范圍內(nèi)可無級(jí)調(diào)速 4.印刷電路板通過波峰時(shí)有微小的仰角,其角度一般要求在4~9°范圍內(nèi)可調(diào)整,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,35,4.3.1 波峰焊設(shè)備－部件,空氣刀,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,36,5 再流焊,再流焊類型： 1.對(duì)流紅外再流焊 2.熱板紅外再流焊 3.氣相再流焊（VPS） 4.激光再流焊,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,37,5.1 再流焊－工藝參數(shù),1.溫度曲線的確定原則； 2.實(shí)際溫度曲線的確定； 3.溫度曲線的測定方法,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,38,5.1.1 再流過程－溫度曲線的確定原則,焊錫膏的再流過程,(1) 預(yù)熱區(qū)(加熱通道的25-33%)。釬料膏中的溶劑開始蒸發(fā)。溫度上升必須慢(2-3oC/秒)，以防止沸騰和飛濺形成小錫珠，同時(shí)避免過大熱應(yīng)力。 (2) 活性區(qū)(33-50%, 120-160oC)。使PCB均溫。同時(shí)助焊劑開始活躍，化學(xué)清洗行動(dòng)開始。 (3)和(4) 再流區(qū)(205-230oC)。釬料膏中的金屬顆粒熔化，在液態(tài)表面張力作用下形成焊點(diǎn)表面。 (5) 冷卻區(qū)。焊點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)隨冷卻速率增加而稍微增加，但太快將導(dǎo)致過大熱應(yīng)力(應(yīng)于5～15oC/秒)。,再流溫度曲線,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,39,5.1.2再流過程－實(shí)際溫度曲線的測定,優(yōu)化的再流溫度曲線是SMT組裝中得到優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的最重要因素之一。 再流溫度曲線的影響參數(shù)中最主要的是傳送帶速度和每個(gè)加熱區(qū)的溫度。 設(shè)定再流溫度曲線的輔助工具：溫度曲線儀、熱電偶、焊錫膏參數(shù)。,圖：將熱電偶附著在PCB焊盤及元器件引線/金屬化層之間,熱電偶附著方法： (1) 采用Sn-Ag合金的高溫軟釬焊； (2) 用少量熱導(dǎo)膏覆蓋住熱電偶，再用高溫膠帶粘?。?(3) 高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,40,5.2 焊錫膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響,5.2.1 再流溫度曲線參數(shù)及其影響,圖 預(yù)熱不足或過多的再流溫度曲線,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,41,5.2.2 釬料膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響,再流溫度曲線參數(shù)及其影響,圖 再流太多或不足,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,42,5.2.3 焊錫膏的再流過程及工藝參數(shù)的影響,再流溫度曲線參數(shù)及其影響,圖 冷卻過快或不足,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,43,5.3.1 焊錫膏再流焊缺陷分析,,,釬料球,,釬料球直徑不能超過焊盤與印制導(dǎo)線之間的距離；600mm2的范圍內(nèi)不能出現(xiàn)超過5個(gè)釬料球。,工藝認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn),,產(chǎn)生原因,(1) 絲印孔與焊盤不對(duì)位，印刷不精確，使釬料膏弄臟PCB； (2) 釬料膏在氧化環(huán)境中暴露過多，吸入水分過多； (3) 加熱不精確，太慢且不均勻； (4) 加熱速率太快且預(yù)熱時(shí)間過長； (5) 釬料膏干得太快； (6) 助焊劑活性不足； (7) 太多顆粒很小的釬料合金粉末； (8) 再流過程中助焊劑的揮發(fā)不適當(dāng)。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,44,5.3.2 焊錫膏再流焊缺陷分析,,橋連,,產(chǎn)生原因,(1) 釬料膏粘度過低； (2) 焊盤上釬料膏過量； (3) 再流峰值溫度過高。,,開路,,產(chǎn)生原因,(1) 釬料膏量不足； (2) 元件引線的共面性不好； (3) 釬料熔化及潤濕不好； (4) 引線吸錫或附近有連線孔。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,45,6 焊接技術(shù)新進(jìn)展,主要內(nèi)容 1.惰性氣體保護(hù)焊接 2.穿孔再流焊 3.焊料無鉛化 4.免清洗焊接工藝,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,46,穿孔再流焊工藝步驟,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,47,3. 焊料無鉛化-1,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,48,3. 焊料無鉛化-2,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,49,3. 焊料無鉛化-3,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,50,再流焊工藝窗口的大幅縮小,如采用Sn-Ag-Cu釬料(熔點(diǎn)為217oC)，再加上5oC的控制限制，實(shí)際的工藝窗口只有8oC。如此之窄，對(duì)于電子組裝絕對(duì)是一個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí)，工藝過程的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控更為重要。,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,51,3. 焊料無鉛化-4,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,52,3. 焊料無鉛化-5,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,53,3. 焊料無鉛化-6,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,54,3. 焊料無鉛化-7,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,55,3. 焊料無鉛化-8,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,56,3. 焊料無鉛化-9,CEPREI,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,57,4 免清洗技術(shù),基本概念 免清洗的優(yōu)越性 免清洗材料 （Flux、元器件、PCB、VOC） 免清洗工藝,