大功率LED焊接知识.docx
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大功率LED焊接知识
大功率LED焊接知识
SMT简介
SMT就是表面组装技术SurfaceMountedTechnology的缩写,是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺，表面组装技术是一种无需在印制板上钻插装孔直接将表面组装元器件贴﹑焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术，具体的说表面组装技术就是一定的工具将表面组装元器件引脚对准预先涂覆了了粘剂接剂和焊膏的焊盘图形上，把表面组装组件贴装元器件贴装到未钻安装孔的PCB表面上，然后经过波峰焊或回流焊使表面组装元器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。
一、SMT的特点
1.组装密度高，电子产品体积小重量轻,贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右,一般采用SMT之后,电子产品体积缩小40%~60%,重量减轻60%~80%
2.可靠性高抗振能力强焊点缺陷率低
3.高频特性好减少了电磁和射频干扰
4.易于实现自动化,提高生产效率
5.降低成本达30%~50%节省材料能源设备人力时间等
二、为什么要用表面贴装技术（SMT）
1.电子产品追求小型化,以前使用的穿孔插件元件已无法缩小。
2.电子产品功能更完整,所采用的集成电路（IC）已无穿孔元件,特别是大规模高集成IC,不得不采用表面贴片元件。
3.产品批量化,生产自动化,厂方要以低成本高产量,出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力。
4.电子元件的发展,集成电路（IC）的开发,半导体材料的多元应用。
5.电子科技革命势在必行,国际潮流，大势所趋。
三、SMT工艺流程及作用
1、单面板生产流程
供板印刷红胶（或锡浆）贴装SMT元器件回流固化（或焊接）检查测试包装
2、双面板生产流程
（1）一面锡浆﹑一面红胶之双面板生产流程:
供板丝印锡浆贴装SMT元器件回流焊接检查供板（翻面）丝印红胶贴装SMT元器件回流固化波峰焊接检查包装
（2）双面锡浆板生产流程
供板第一面（集成电路少,重量大的元器件少）丝印锡浆贴装SMT元器件回流焊接检查供板第二面（集成电路多﹑重量大的元器件多）丝印锡浆贴装SMT元器件回流焊接检查包装
丝印其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上,为元器件的焊接做准备。
所用设备为丝印机丝网印刷机,位于SMT生产线的最前端。
点胶是将胶水滴到PCB的的固定位置上,其主要作用是将元器件固定到PCB板上。
所用设备为点胶机,位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。
贴装其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。
所用设备为贴片机,位于SMT生产线中丝印机的后面。
固化其作用是将贴片胶融化,从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。
所用设备为固化炉,位于SMT生产线中贴片机的后面。
回流焊接其作用是将焊膏溶化,使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。
所用设备为回流焊炉,位于SMT生产线中贴片机的后面。
清洗其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。
所用设备为清洗机,位置可以不固定,可在线上,也可不在线上。
检测其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。
所用设备有放大镜，显微镜，线上测试仪，ICT，飞针测试仪，自动光学检测，AOIX-RAY检测，系统功能测试仪等位置根据检测的需要,可以配置在生产线合适的地方。
返修其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。
所用工具为烙铁，返修工作站等。
配置在生产线中任意位置。
助焊剂
助焊剂的主要作用是对金属表面进行清洁，使焊料能更好的发生浸润作用，获得良好的焊接作用，是一种化学反应。
助焊剂分类：
a）按化学构成分类：
（1）无机类：
a，无机酸：
有腐蚀性，禁止使用：
b，无机盐：
主要有氧化锌、氧化铵，不宜采用；
c，无机气体：
只有在高温下具有活性
（2）有机类：
a，非松香有机助焊剂：
有机酸、有机卤素、胺和氨化物，其腐蚀性和温度不稳定性，限制使用；
b，松香有机助焊剂：
①纯松香有助焊剂，缺点：
与许多金属反应的固有化学性弱，因此焊接前必须进行净化处理。
②活性松香助焊剂。
b）按残留物的清洗方式分类：
（1）清洗型助焊剂：
由活性剂、成膜剂、添加剂和溶剂
（2）免清洗型助焊剂：
是指焊后残留物极微且无害，而无需再清洗。
由于这类助焊剂中的固体成份只有5%，因此又称为低固型助焊剂。
（3）水洗型助焊剂：
最大特点是焊剂成份在水中溶解度大，活性强，助焊性能好，焊后残留物易溶于水中。
c）新型的免清洗助焊剂：
（1）低因免清洗助焊剂应具备以下条件：
a．固体含量不超过5%；
b．不含卤素；
c．助焊性扩展率不小于80%；
d．波峰焊接后PCB的绝缘电阻应大于1×1011Ω。
（2）由于清洗助焊剂是一种低因含量的焊剂，其活性弱，助焊剂中的活性剂被树脂包裹，在焊接过程中，随着预热温度升高助焊剂开始激活，温度达到预热温度时，树脂破裂，助焊剂放出活性，同时有机成份开始汽化，随着温度升高，助焊剂活性逐渐增强，在进入焊接温度区时活性最强，助焊剂基本挥发，冷却后活笥消失，PCB板上遗留下极少的残留焊接温度区时活性最强，助焊剂基本挥发，冷却后活性消失，PCB板上遗留下极少的残留物。
（3）免清洗技术的发展：
免清洗技术的核心是大力发展和推广免清洗助焊剂。
a．ODS（臭氧耗损物资）禁用。
b．VOC（挥发性有机化合物）限用。
在一般情况下，其化学性能极为稳定，几乎不分解，但是在大气中大量积累并漂浮到臭氧层时，氟氯烃受强烈的紫外线辐射下，其分子中的氯被分离成活性氯，成为臭氧分子分离的触媒剂，使臭氧分子不断分解为氧分子，臭氧层不断遭到破坏，辐射加剧，严重危害人类的身体健康。
锡膏
锡膏主要由金属合金颗粒；助焊剂；活化剂；粘度控制剂等四部份组成。
其中金属颗粒约占锡膏总体积的90。
5%。
我们常用的锡膏型号有：
有铅锡膏:
63Sn/37Pb;62Sn/36Pb/2Ag
无铅锡膏:
96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu
2.波峰焊、回流焊的适用范围
几乎所有的电子产品，只要有线路板上有贴片或插件要加工的都会用到波峰焊，回流焊。
比如，手机，电脑板卡，数码相机芯片，记忆芯片，mp3，mp4，DVD，CD，电视机，收音机，功放，遥控器，LED，电磁炉，MD机，ADSL调制解调器。
回流焊基础知识
回流焊是用于SMT（贴装）组装，是SMT流程中非常关键的一环，其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起，如不能较好地对其进行控制，将对所生产产品的可靠性及使用寿命产生灾难性影响。
回流焊的方式有很多，较早前比较流行的方式有红外式及气相式，现在较多厂商采用的是热风式回流焊，还有部分先进的或特定场合使用的再流方式，如：
热型芯板、白光聚焦、垂直烘炉等。
以下将对现在比较流行的热风式回流焊作简单的介绍。
1、热风式回流焊
现在所使用的大多数新式的回流焊接炉，叫做强制对流式热风回流焊炉。
它通过内部的风扇，将热空气吹到装配板上或周围。
这种炉的一个优点是可以对装配板逐渐地和一致地提供热量，不管零件的颜色和质地。
虽然，由于不同的厚度和元件密度，热量的吸收可能不同，但强制对流式炉逐渐地供热，同一PCB上的温差没有太大的差别。
另外，这种炉可以严格地控制给定温度曲线的最高温度和温度速率，其提供了更好的区到区的稳定性，和一个更受控的回流过程。
2、温区分布及各温区功能
热风回流焊过程中，焊膏需经过以下几个阶段，溶剂挥发；助焊剂清除焊件表面的氧化物；焊膏的熔融、再流动以及焊膏的冷却、凝固。
一个典型的温度曲线（Profile：
指通过回焊炉时，PCB上某一焊点的温度随时间变化的曲线）分为预热区、保温区、回流区及冷却区。
（见上图）
①预热区：
预热区的目的是使PCB和元器件预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。
升温速率要控制在适当范围内（过快会产生热冲击，如：
引起多层陶瓷电容器开裂、造成焊料飞溅，使在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点；过慢则减弱了助焊剂的活性作用），一般规定最大升温速率为4℃/sec，上升速率设定为1-3℃/sec，ECS的标准为低于3℃/sec。
②保温（活性）区：
指从120℃升温至160℃的区域。
主要目的是使PCB上各元件的温度趋于均匀，尽量减少温差，保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，到保温区结束时，焊盘、锡膏球及元件引脚上的氧化物应被除去，整个电路板的温度达到均衡。
过程时间约60-120秒，根据焊料的性质有所差异。
ECS的标准为：
140-170℃，MAX120sec；
③回流区：
这一区域里的加热器的温度设置得最高，焊接峰值温度视所用锡膏的不同而不同，一般推荐为锡膏的熔点温度加20-40℃。
此时焊膏中的焊料开始熔化,再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿焊盘和元器件。
有时也将该区域分为两个区，即熔融区和再流区。
理想的温度曲线是超过焊锡熔点的“尖端区”覆盖的面积最小且左右对称，一般情况下超过200℃的时间范围为30-40sec。
ECS的标准为PeakTemp.:
210-220℃，超过200℃的时间范围：
40±3sec；
④冷却区：
用尽可能快的速度进行冷却，将有助于得到明亮的焊点并饱满的外形和低的接触角度。
缓慢冷却会导致PAD的更多分解物进入锡中，产生灰暗毛糙的焊点，甚至引起沾锡不良和弱焊点结合力。
降温速率一般为-4℃/sec以内，冷却至75℃左右即可，一般情况下都要用冷却风扇进行强制冷却。
3、影响焊接性能的各种因素
工艺因素
焊接前处理方式，处理的类型，方法，厚度，层数。
处理后到焊接的时间内是否加热，剪切或经过其他的加工方式。
焊接工艺的设计
焊区：
指尺寸，间隙，焊点间隙导带（布线）：
形状，导热性，热容量被焊接物：
指焊接方向，位置，压力，粘合状态等
焊接条件
指焊接温度与时间，预热条件，加热，冷却速度焊接加热的方式，热源的载体的形式（波长，导热速度等）
焊接材料
焊剂：
成分，浓度，活性度，熔点，沸点等
焊料：
成分，组织，不纯物含量，熔点等
母材：
母材的组成，组织，导热性能等
焊膏的粘度，比重，触变性能
基板的材料，种类，包层金属等。
回流焊缺陷及对策
1
片式元件大量移位
大量小型片式元件偏离焊盘，有曼合顿现象和焊料球产生
预热区温度上升太快，达到平顶时间过短，焊膏回流焊时溶剂沸腾溅射引起元件移位
开路、焊料球污染电路板
将预热区温度控制在1—4℃充分干燥焊膏，人工焊接移位元件并清除溅射的焊料
2
焊料球
焊点周围有许多微小焊珠
预热区温度上升太快，达到平顶时间过短焊膏质量差,焊盘氧化严重
短路,虚焊,焊料球污染电路板
调整回流焊工艺参数使之与焊膏相适应,使用工作寿命长的焊膏,人工去除焊料球并维修焊点.
3
曼哈顿现象
片式元件一端脱离焊盘或直立
焊盘设计间距太大,焊前元件贴装位置偏差大,元件两端升温不均匀
开路
按规范设计焊盘,提高元件贴装位置精度,调整预热温度或预热时间,人工维修焊点
4
小三极管移位
小三极管焊端偏离焊盘
焊盘设计不规范,焊前元件贴装位置偏差大
短路79,虚焊
按规范设计焊盘,提高元件贴装位置精度,人工维修移位的三极管
5
IC引脚桥焊
细间距IC引线之间有焊料桥联
预热区温度较高,时间较长,焊膏中活化剂在未达到峰值温度前已挥发,焊膏印刷太厚,桥印,元件贴装位置偏差太大
短路,虚焊
降低预热温度缩短预热时间以减少焊膏印刷模板厚度,减少印刷间隙和重印次数,提高贴片精度,人工维修焊点.
6
冷焊
焊点发黑,焊膏未完全熔化
回流焊参数错误,焊接温度太低,传送速度太快,印制板相隔太近
虚焊,开路
严格按焊膏生产厂家提供的或经试验认可的回流焊温度曲线焊接电路板,人工维修冷焊焊点或将电路板在正确的工艺下再回流焊一次.
7
边界焊点
焊点焊料不足,局部没有焊料润湿
焊膏印刷薄,焊料已丢失,元件引脚异面,元件可焊性差,焊盘设计不合理
焊点可靠性差,虚焊
增加模板厚度,加大焊膏印刷间隙,控制好元器件质量,改善印制板焊盘设计,防止焊料丢失,人工维修边界焊点
8
焊点焊料过量
焊点焊料凸出,焊料高度超过了元件焊端厚度
焊膏印恻太厚
焊点可靠性差,引发电路故障
改进焊膏印刷质量,人工去除焊点上多余的焊料
9
元件引脚未润湿
焊料能润湿焊盘,但不能润滑湿元件引脚,焊点表面没有弯月反射面,润湿角大于90O
元件引脚氧化严惩元件引奔脚已被污物污染
虚焊,开路
保证元件可焊性,改善元件储运,使用条件,缩短储存时间,防止元件被异物污染,控制好元件入库质量,人工维修焊点
10
轴芯
焊点焊料不是集中在元件引线与焊盘接触的地方,而是集中在引线的上部,焊料能润湿元件引线而没有润湿焊盘
印制板可焊性差,焊盘和元件引线回流焊时温差大
开路,虚焊
改善印制板可焊性,调整回流焊工艺,充分预热印制板,缩小焊盘与元件引线之间的温差.
11
焊点或元件开裂
焊点或元件有裂纹或开裂
印制板变形,检测探针冲击焊点
开路
印制板和元器件在贴装前进行干燥处理
波峰焊知识
波峰焊是属于传统的THT（插装）组装设备，主要是焊接PCB板上的插件。
波峰焊的关键部位分为：
喷雾系统，预热区，焊接区，冷却区，运输系统，控制系统。
喷雾系统
喷雾系统是保证焊接质量的第一个环节，其主要作用是均匀地涂覆助焊剂，除去PCB和元器件焊接表面的氧化层和防止焊接过程中再氧化。
助焊剂的涂覆一定要均匀，尽量不产生堆积，否则将导致焊接短路或开路。
预热区
主要是对PCB板进行预热作用，其作用是：
1、升温助焊剂中的溶剂。
因为助焊剂中会添加一些高沸点溶剂,预热的目的是让它们提前升温,并不能使它们挥发太多,确保在过锡液时既不产生锡珠,又能保证里面的活化成份均匀一致地在板面上发挥作用.hbORe
2、活化助焊剂,增加助焊能力。
因为在室温下助焊剂中的还原氧化膜的作用很缓慢,必须通过加热使助焊剂的活性提高,达到去除氧化物的作用。
3、减少焊接时的高温对母材的热冲击。
4、减少锡缸的温度损失。
预热温度不够或不预热的PCB板与锡面接触的时候,由于溶剂挥发和PCB板的本身的热耗损,锡面的温度会明显下降,从而影响润湿、扩散的进行.而且PCB离开锡面时多余的焊锡来不及流回锡缸就凝固了,造成焊点桥连、拉尖.因此必须通过预热温度来减少锡缸的温度损失才能得到良好的焊点。
预热区的预热方式：
1、热风预热。
2、红外加热器加热。
3、热风和红外加热器结合的方式加热。
焊接区
焊接区的作用是焊接PCB板上的插件，
我公司的波峰焊整机结构由10个部分组成
1、外观机架；2、升降系统；3、运输系统；4、喷雾系统；5、预热系统；6、焊接系统；
7、冷却系统；8、自动进板系统；9、电路控制系统；10、调宽系统。
一、外观系统
整机外观设计采用流线型：
视角美观，方便维护人员的修理和保养，同时操作人员可以方便的监控到每个系统的运作。
二、升降系统
1、整个系统起到一个调节角度的作用；2、现采用高精度丝杆，轴承安装用链条、手轮摇动，带动丝杆做升降运行。
三、运输系统
1、系统整体是支撑在升降系统上面，系统主要是把经插好的电子元件的电路板运送到机器内进行多道工序的自动加工。
2、现采用铝型材轨道前后转动装置（内装进口轴承），使用齿轮，安装在轨道两端，把安装好钛爪的链条安装在轨道上，采用进口变速马达带动链爪运行，（速度可调，可根据客户要求确定）。
四、喷雾系统
1、系统是整机内的第一道工序加工：
主要是把助焊剂，全自动的准确均匀的喷在经运送到的电路板上。
2、现采用抽拉式全不锈钢箱体，高精度滑轨，滑轨上安装进口喷头，使用进口马达皮带，带动滑动板进行全自动的左右移动运行，可自动调宽窄。
五、预热系统
1、系统是整机内第二道工序加工，系统能让PCB进行充分的预热和助焊剂的挥发确保焊接后的效果。
2、现采用抽拉箱式全热风循环；使用进口发热管加热，进口高温马达风轮进行热风循环式运行。
六、焊接系统
1、焊接系统是整机内的第三道工序，主要作用是经运输送到的电路板进行全自动的焊接（元器件脚）。
2、现采用钛合金或316不锈钢板材料制造的锡炉耐腐蚀容量小，加热使用特制高压单头发热管，进口高温马达运送。
无级变频技术可独立精确的控制波峰高度升降和进出采用高精度丝杆和进口轴承转动，现使用手轮、转动（或自动）。
七、冷却系统
1、系统是整机内的第四道工序，其作用是经运输送到的电路板经过焊接后高温回损坏电子元器件，需进行快速冷却，确保焊点的共晶效果。
2、现采用外置大功率冷风机，全不锈钢增压冷风口进行冷却。
八、自动进板系统
1、该系统是运输系统的辅助系统，方便操作人员的现场操作和自动导轨连接（插件线、剪脚机），它能全自动帮助接送电路板到机内进行加工。
2、现采用有自动张紧功能的活体型设计，用手伞齿跟随运输带动不锈钢链条运转。
九、电路控制系统
整机运行一切指令采用全自动控制。
十、调宽窄系统
1、系统主要是根据客户要求随意调节所需要的宽度，保证可加工多种型号电路板。
2、现采用高精度吊式丝杆，涡轮涡杆，用手轮转动丝杆做调宽窄运行。
波峰焊缺陷及对策
现象
产生原因
预防对策
焊料不足
PCB预热和焊接温度太高，使熔融焊料的黏度过低。
预热温度在120-160℃，有较多贴装元器件时温度取上限;锡波温度为260±5℃，焊接时间3-5s。
插装孔的孔径过大，焊料从孔中流出。
插装孔的孔径比引脚直径0.15-0.4mm（细引脚取下限，粗引脚取上限）。
细引线大焊盘，焊料被拉到焊盘上，使焊点干瘪。
焊盘设计要符合波峰焊要求。
金属化孔质量差或助焊剂流入孔中。
反映给印制板加工厂，提高加工质量。
波峰高度不够。
不能使印制板对焊料产生压力，不利于上锡。
波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3处。
印制板爬坡角度偏小，不利于焊剂排气。
印制板爬坡角度为4-6°
焊料过多
焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度过大。
锡波温度为260±5℃，焊接时间3-5s。
PCB预热温度过低，由于PCB与元器件温度偏低，焊接时原件与PCB吸热，使实际焊接温度降低。
根据PCB尺寸，是否多层板，元器件多少，有无贴装元器件等设置预热温度（120-160℃）。
焊剂活性差或比重过小。
更换焊剂或调整适当的比重。
焊盘、插装孔、引脚可焊性差。
提高印制板加工质量，元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中。
焊料残渣太多。
。
每天结束工作后应清理残渣。
焊点拉尖
PCB预热温度过低，由于PCB与元器件温度偏低，焊接时原件与PCB吸热，使实际焊接温度降低。
根据PCB尺寸，是否多层板，元器件多少，有无贴装元器件等设置预热温度（120-260℃）。
焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度过大。
锡波温度为250±5℃，焊接时间3-5s。
温度略低时，传送带速度应调慢一些。
电磁泵波峰焊机的波峰高度太高或引脚过长，使引脚底部不能与波峰接触。
因为电磁泵波峰焊机是空心波，空心波的厚度为6-10mm左右。
波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3处。
插装元器件引脚成形要求原件引脚露出印制板焊接面0.8-3mm。
助焊剂活性差
更换助焊剂。
插装元器件引线直径与插装孔的孔径比例不正确，插装孔过大，大焊盘吸热量达。
插装孔的孔径比引脚直径0.15-0.4mm（细引脚取下限，粗引脚取上限）。
焊点桥接或短路
PCB设计不合理，焊盘间距过窄。
符合DFM设计要求。
插装元器件引脚不规则或插装歪斜，焊接前引脚之间已经接近或已经碰上。
插装元器件引脚应根据印制板的孔径及装配要求进行成形，如采用短插一次焊工艺，要求原件引脚露出印制板焊接面2-5mm，插装时要求元件体端正。
PCB预热温度过低，由于PCB与元器件温度偏低，焊接时原件与PCB吸热，使实际焊接温度降低。
根据PCB尺寸，是否多层板，元器件多少，有无贴装元器件等设置预热温度（120-160℃。
焊接温度过低或传送带速度过快，使熔融焊料的黏度过大。
锡波温度为260±5℃，焊接时间3-5s。
温度略低时，传送带速度应调慢一些。
助焊剂活性差。
更换助焊剂。
润湿不良、漏焊、虚焊
元器件焊端，引脚，印制板得焊盘氧化或污染，或印制板受潮。
元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期。
对印制板进行
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