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1、焊接技术,技术处,一、焊接质量对企业的影响,1.对产品质量近期的影响 （1）生产过程直通率下降 （2）产品早期失效上升 2.对产品质量的远期影响 MTBF(平均故障间隔时间 )下降,3.对企业的影响,（1）产品早期失效-眼前的兴衰 （2）寿命期内失效-后续再发展 受阻 （3）超寿命期失效-名牌企业、 后续发展资金雄厚,二、焊接原理,1.润湿 （1）三种不同玻璃板的物理现象,（2）定义：润湿是发生在液体与固体接触后的一种物理现象 结论：同一种液体作用在不同的固体表面发生的润湿是不一样的，被加热的固体表面有利于液体的润湿发生。,2.润湿角,润湿完成后，液体与固体的交接面总是形成一个角度，我们称之为
2、润湿角，其定义为：液体与固体的接触面与液体表面的切线之间所形成的夹角。如下图所示,3.焊锡在铜表面的润湿,熔化的焊锡等效于液体，在铜板表面也能发生润湿现象。,4.扩散与合金层,当两种金属都被加热且靠的很近时，一种金属中的原子能够向另一种金属晶格中扩散且发生化学变化。,在焊接过程中，若对焊锡SnPb63维持一定的热能提供，焊锡中的锡原子就会向铜中扩散，生成一种锡化铜（Cu6Sn5 Cu3Sn ）的合金层。 锡化铜（Cu6Sn5 Cu3Sn ）是一种很硬、抗拉强度高、导电性能好的固体。,(1)合金层未完整生成，仅是一种半附着性结合，强度很低，导电性差（ 35m） 。,合 金 层,5.焊点的形成及其
3、润湿角的判定,（1）焊点的形成,（2）焊点润湿角的判定,a 焊点的润湿性好，呈弯月形状，插装元件的润湿角应小于90，以1545为最好，见图(a)；片式元件的润湿角小于90，焊料应在片式元件金属化端头处全面铺开，形成连续均匀的覆盖层，见图(b)。,(a) 插装元器件焊点 (b)贴装元件焊点 插装元器件和贴装元件焊点润湿示意图,焊点质量要求（GB9491标准） ： A、焊点应外形光滑，焊料适量，最多不得超过焊盘外缘，最少不应少于焊盘面积的80%，金属化孔的焊点焊料最少时其透锡面凹进量不得大于板厚的25%,引线末端清楚可见； B、焊点表面光洁，结晶细密，无针孔、麻点、焊料瘤； C、焊料边缘与焊件表面
4、形成的润湿角应小于30度； D、焊点引线露出高度为0.51mm。引线总长度（从印制板表面到另一面的引线顶端）不大于4mm； E、焊点不允许出现拉尖、桥接、引线（或焊盘）与焊料脱开或焊盘翘起以及虚焊、漏焊现象； F、波峰焊后允许存在少量疵点（如漏焊、连焊、虚焊），但疵点率单块板不应超过2 。 G、焊锡点经振动试验和高低温试验后，机电性能仍应符合产品技术要求。,三、实现焊接的必备条件,1.被焊金属可焊性良好,2.被焊金属表面清洁,油垢、手指印（金属氯化物）影响润湿和扩散.,3.有合适的助焊剂,尽管元器件引线都进行了处理（镀：锡、铅锡、银、银钯），但由于长期存放在空气中均受到了不同程度的氧化，助焊剂
5、能有效的去掉氧化膜。,四、对焊接的理性认识,金属的可焊性 润湿角 润湿的实质 焊点形成的两个过程 焊接的必备条件 焊接的实质,五、焊接常用的工具和材料,1. 电烙铁: 是我们人工手动焊接使用的工具，它的好坏直接影响焊点的好坏。 （1）烙铁的种类 按功率分为低温烙铁高温烙铁和恒温烙铁。 A低温烙铁通常为30W40W50W等，主要用于普通焊接。 B高温烙铁通常指60W或60W以上烙铁主要用于大面积焊接例如高压電源线的焊接等。 C恒温烙铁又可分为恒温烙铁和温控烙铁(温度可以调节)，主要用于IC或多脚密集元件的焊接。,五、焊接常用的工具和材料,（2）电烙铁的工作温度：通电5分钟之内电烙铁头应达到的温度
6、，一般为： 30W 310-410 ，我司新购的一般为350 左右； 40W 320-420 ，我司新购的一般为380 左右； 50W 340-440 ，我司新购的一般为410 左右； （3）电烙铁工作温度曲线：,（4）电烙铁使用注意事项： A新烙铁通电后要立即挂锡，切勿使用沙纸或硬物清洁烙铁头 ； B经常用润湿海绵清洁烙铁头，并保持烙铁头上锡，以降低烙铁头氧化速度。严禁甩打手柄（包括甩锡行为）; C空载时间不得超过15分钟; D严禁焊接时施压过大、敲打手柄或甩锡行为； E更换烙铁头时，请选择原装厂家的烙铁头并确认烙铁头型号是否正确（特别是温控烙铁）； F长时间连续使用电烙铁时，应每周一次拆开
7、烙铁头清除氧化物 。,五、焊接常用的工具和材料,（5）烙铁头选择依据： A 烙铁头的大小与热容量有直接关系，烙铁头越大，热容量相对越大，烙铁头越小，热容量也越小。进行连续焊接时，使用越大的烙铁头，温度跌幅越少 ； B短而粗的烙铁头传热比长而细的烙铁头快，而且比较耐用。扁的、钝的烙铁头比尖锐的烙铁头能传递更多的热量。一般来说，烙铁头尺寸以不影响邻近元件为标准。选择能够与焊点充份接触的几何尺寸能提高焊接效率; C在较密集的电路板上进行焊接，使用较幼细的烙铁头能减低锡桥的形成机会。需要较多锡量时，可使用镀锡层表面面积较大的烙铁头。若焊点位置被一些较高的电子元件围绕而难于接触，可使用形状较长且细的烙铁
8、头。,（6）烙铁头的分类： 分B型/LB型 、 C型/CF型 、K型、I型 、 D型/LD型 、H型等。 A B型（圆锥形）烙铁头无方向性，整个烙铁头前端均可进行焊接，适合一般焊接 ； B C型（斜切圆柱形）用烙铁头前端斜面部份进行焊接，用于焊接面积大的焊点; C K型（刀形）使用刀形部份焊接，竖立式或拉焊式焊接均可，属于多用途烙铁头； D I 型烙铁头尖端幼细 ，适合精细的焊接或焊接空间狭小的情况，也可以修正焊接芯片时产生的锡桥。,烙铁形状,根据烙铁头形状,烙铁头可分为以下各种类型：,根据烙铁头前端形状，可分为以下各种类型：,烙铁头,适用于贴片等 小器件焊接,适用于常规 性焊接,适用于大器件
9、 焊接,适用于中小器件焊接,适用于大器件焊接,适用于特殊器件焊接,-08-,2. 焊锡： （1）成分：SnPb ，含锡量60 65%。 （2）特点：熔点较低为183，耐腐蚀性好，对被焊金属的润湿能力强，导电性良好。 （3）焊锡丝：按锡丝的直径分为0.60.81.01.2等多种，其锡铅比重通常为60:40或65:35，另外有2的助焊剂(主要成分为松香)。 注意沒有助焊剂的锡丝称为死锡助焊剂比重虽小但在生产中若是沒有则不能使用。,五、焊接常用的工具和材料,焊接材料 (分类: 焊锡线、焊锡膏、焊膏条、焊球等),焊锡又分为有铅焊锡和无铅焊锡,有铅銲錫 Sn (錫) - 37%Pb (鉛) 无铅銲錫 S
10、n(錫) - 9.0% Zn(鋅) Sn(錫) - 3.5% Ag(銀) - 10% Bi(鉍) Sn(錫) - 3.5% Ag(銀) - 0.7% Cu(銅) Sn(錫) - 3.5% Ag(銀) Sn(錫) - 0.7% Cu(銅),区分 合金成分 熔 点 环境保护,183 铅流失,危害环境,210230 保护环境,锡线规格,-05-,3.助焊剂,（1）成分：松香（树脂）+稀释剂（酒精等）。 （2）作用：除去被焊金属表面的氧化膜， 防止被焊金属再氧化，降低焊锡的表面涨力，增大其润湿能力。 （3）助焊剂的助焊原理：松香与被焊金属表面的氧化物（氧化铜）反应生成液态的松香酸铜， 焊锡下沉致使松香
11、酸铜浮于表面，隔绝了空气中的氧气。,4.润湿海绵：,（1）海绵含水量的标准 将海绵泡入水中取出后对折，握住海绵稍微用力挤压，直至海绵不流出水并保持潮湿状态。 若海面含水过多，会导致烙铁头温度急剧下降，既降低了烙铁头的使用寿命，也严重影响生产节拍。 （2）作用： 可以消除焊接过程中产生的杂质，且成本低。,六、焊接温度与焊接时间,1.焊接温度（2455） 虽然SnPb63的熔点在183，但位提高其润湿能力一般选焊接温度为2455，同时试验证明在这一温度下扩散所生成的合金层厚度在1235m强度最高。 2.焊接时间（ 34s） 焊接时间的长短直接影响焊点的质量，同时也与所形成合金层的厚度有关，时间短焊
12、锡只是附着在被焊金属上，没有扩散的发生，更谈不上合金层的生成。时间长CuSn5厚面脆，强度大大下降。,七、焊接的机械化作业波峰焊,1.波峰焊的构造及其工艺过程,2.波峰焊的工艺参数,（1）助焊剂比重：0.830.01g/cm3(松香基)； 0.800.01g/cm3(免清洗) （2）预加热温度（基板焊接面温度） ：单层板焊接面：11010；多层板焊接面：12010（3）焊接温度：255 265 （4）焊接时间：30.5S （5）牵引角度：4度10度 （6）波峰高度：710mm （7）压锡深度：板厚的1/24/5 （8）冷却温度：常温风冷,3.波峰焊的温度梯度曲线,八、SMT表面贴装技术（Sur
13、face Mounted Technology）,八、SMT表面贴装技术（Surface Mounted Technology）,1.回流焊 （1）焊料 : SnPb （63/37）粉末焊膏，免清洗助焊剂，含量在10%左右，粒度为30-45m，储存环境为冰箱内28 。 （2）工艺过程：,点胶品质控制,贴装合格的判定,各温区温度参考设定,锡膏板：,点胶板：,（3）回流焊温度曲线,电视模块加工工艺流程：,工艺流程A： PCB的A面点贴片胶 贴片 固化检验（质控点）翻版 B面手工插件或机插 波峰焊接 反检（质控点）调试包装运输 工艺流程B： PCB的A面丝印焊膏 贴片 回流焊接检验（质控点） A面手
14、工插件或机插 波峰焊接 反检（质控点）调试包装运输 工艺流程C：PCB的A面丝印焊膏 贴片 A面回流焊接 检验（质控点）翻版 PCB的B面丝印焊膏 贴片 B面回流焊接检验（质控点）调试包装运输 工艺流程D：PCB的A面丝印焊膏 贴片 A面回流焊接 检验（质控点）翻版 PCB的B面点/印贴片胶 贴片 固化检验（质控点） 翻版A面手工插件或机插 波峰焊反检（质控点）调试包装运输,2.无铅焊,（1）焊料 （a）Sn99.7/Cu0.3(227) （b）Sn96.3/Ag3/Cu0.7(217219) （2）特殊技术要求 （a）SnCu合金要求以260的最低温度老获 得与SnPb63同样级别的正向润湿
15、力。 （b）焊接温度高，为防止氧化，一般进行充N2焊接。 （c）焊锡槽要求用含钛不锈钢板制作。 （d）要求有预加热温度提升装置 （e）要求有急冷装置，冷却速率20/s,2.无铅焊,1、 WEEE(废弃电力电子设备限制)/RoHS(有害物质限制) 欧盟通过立法,限制Pb,Hg,Cd,Cr等有害物质的应用 执行时间：2006年7月1号 2、 JEDEC（美国电子器件工程联合委员会） 0.2wt%Pb JEIDA（日本电子工业发展协会） 0.1wt%Pb EUELVD（欧洲寿命测试方法指南） 0.1wt%Pb,无铅化组装,元器件 湿度敏感性, 翘曲, 较高的回流温度, 元件管脚,爆裂, 芯片失效),
16、波峰焊 助焊剂, 锡渣的形成, 焊接角, 焊接环境, 污染,印刷电路板 (较高的回流温度, 氧化, 翘曲, 表面处理, 分层),回流焊接 峰值温度, 润湿, 焊接环境, 板上温差, 冷却速率对微结构的影响,焊接材料 合金, 助焊剂, 润湿性, 可靠性, 应力,锡膏沉积 密度,助焊剂残留, 印刷特性,使用寿命,氧化,无铅化组装的复杂性,返修与返工 高温下多次回流., 焊盘及周围元件的损坏,焊盘的清洁平整问题,无铅化装配并不是简单的将有铅焊料替换成无铅焊料！,无铅化带来的问题,成本的增加 印刷电路板焊盘表面处理方式的影响 元器件管脚焊盘表面处理方式的影响 铅污染 元器件的可靠性问题 印刷电路板的可
17、靠性问题 多次受热的影响 锡须带来短路的危险 焊点可靠性 热循环老化 焊点可靠性 机械性能 焊点可靠性 冲击和震动 电气可靠性,插件元件管脚: 锡 (电镀或侵蘸) 贴片元件管脚: 粗锡 (针对低寿命的应用)或镍阻层粗锡 元件焊球: Sn4wt%AgCu 分立元件： 粗锡,元器件管脚表面主要的无铅化处理方式：,OSP ，有机防护剂 ENIG ，化镍沉金 ImAg ，沉银 HASL，热风整平（SnCu）,印刷电路板铜焊盘表面主要的无铅化处理方式：,各种合金形成的不同的外观形貌,Sn/Pb,Sn/3Ag/0.5Cu,Sn/3Ag/0.7Cu/3Bi,Sn/3.5Ag,Sn/58Bi,Sn/2Cu,S
18、n/3Bi/8Zn,Sn/3.5Ag/0.5Cu/8In,组件在无铅工艺中常见的缺陷 焊盘剥离 焊点空洞/气泡 焊点开裂/脆裂 黑盘 润湿不良 锡须,组装后的检查,组装后检查的方法 目视 光学显微镜 电子扫描显微镜 X-Ray 切片和染色实验 简单的剪切实验 老化和热循环测试,由于焊点的多变性,区别是好的焊点或是坏的 焊点比较困难 对于无铅焊点或混合焊点的外观验收标准尚 未有统一的标准 最终的品质检查标准留给了制造商定,对于焊点外观的检查标准,总 结,无铅化的脚步很快就要来临 欧洲和亚洲市场面临立法和竞争的压力 还没有最好的适合无铅的合金 工艺上的问题 由于高温使得回流的工艺窗口缩小 由于温度的升高需对元器件和印刷电路板重新认证 无铅锡膏的可焊性有所降低 空洞随着无铅锡膏的使用而增加，特别是同时使用有铅元件 无铅焊点的检查标准和相关检查设备程序将需要做修改或补充 由于受多次高温，返修及返工工艺需要进一步研究发展 在全面无铅化实施之前必须关注混合组装工艺 可靠性问题 对于金属间化合物多变性对可靠性的影响还不太了解 有铅和无铅相混合的过渡期而带来的可靠性问题 对于新的合金尚未有现存的可靠性模式,谢谢大家！,