康佳电子焊接工艺培训教材.doc

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彩电焊接工艺培训教材

彩电焊接工艺

培训教材

彩电制造（工艺）部焊接组编写

目录

第1章焊接生产工艺流程…..…

1．1SMT生产工艺流程……………………………………………………………………

1．2彩电焊接工艺流程图…………………………………………………………………

第2章　表面安装用的印制电路板

2．1基板材料…………………………………………………………………………………

　　2、1．1纸基CCL…………………………………………………………………………

　　2、1．2玻璃布基CCL…………………………………………………………………

　　2、1．3复合基CCL…………………………………………………………………

　　2、1．4金属基CCL…………………………………………………………………

　　2、1．5揉性CCL…………………………………………………………………

　　2、1．6陶瓷基板…………………………………………………………………

第3章　焊接机理和可焊性测试

3.1焊接机理

3.1.1锡的亲和性……………………………………………………………………

3.1.2焊接部位的冶金反应…………………………………………………………………

3.1.3润湿与润湿力…………………………………………………………………

3.1.4扩散与金属间化合物…………………………………………………………………

3.1.5锡铜界面合金层…………………………………………………………………

3.1.6表面张力与润湿力…………………………………………………………………

3.1.7润湿程度与润湿角…………………………………………………………………

第4章　焊接材料

4．1锡铅焊料……………………………………………………………………………

　　4、1．1特性…………………………………………………………………………

　　4、1．2铅的作用…………………………………………………………………………

　　4、1．3合金相图…………………………………………………………………………

　　4、1．4焊锡丝…………………………………………………………………………

　　4、1．5无铅焊料………………………………………………………………………

4．2助焊剂…………………………………………………………………………………

4．2．1分类…………………………………………………………………………

4．2．2常见的四种类型焊剂………………………………………………………

4．2．3焊剂的评价……………………………………………………………………

4．2．3焊剂的评价……………………………………………………………………

4．2．4使用原则……………………………………………………………………

第5章　焊锡膏与印刷技术………………………………………………………………

5．1锡膏……………………………………………………………………………

5．1．1锡膏特性……………………………………………………………

5．1．2几种常见的锡膏………………………………………………

5．1．3锡膏的评价………………………………………………

5．1．4SMT工艺对锡膏的技术要求……………………………

5．1．5锡膏的发展方向……………………

5．2锡膏印刷技术………………………………

5．2．1印刷模板……………………………

5．2．2锡膏的印刷…………………………

5．2．3工艺参数的调整……………………

5．2．4缺陷的产生、原因及对策……………………

第6章　回流、波峰焊接工艺

6．1回流焊工艺……………………………………………………………………

6．2回流焊接温度曲线……………………………………………………………

6．3回流焊温度曲线工艺要求……………………………………………………

6．4波峰焊工艺…………………………………………………………

6．5波峰焊工艺参数控制要点…………………………………………………

6．6波峰焊中常见的缺陷…………………………………………………………

第7章　焊接质量的评估及检测

7．1检测方法……………………………………………………………………………

7．2焊点要求……………………………………………………………………………

7．3缺陷分类……………………………………………………………………………

7．4常见的主要缺陷……………………………………………………………

7．5常见的次要缺陷及检测标准…………………………………………………

7．6SMT中常见的质量缺陷及解决方法…………………………………………

第8章　电子产品组装中的静电防护………………………………………

8．1静电的产生……………………………………………………………………

8．2静电放电效应及危害…………………………

8．3静电敏感器件…………………………………

8．4手机生产线内的防静电措施…………………

8．5生产过程的防静电…………………

8．6SSD的贮存…………………………

第1章　　焊接生产工艺流程

1．1SMT生产工艺流程

SMT工艺有两类最基本的工艺流程，一类是“锡膏+回流焊”工艺，另一类是“贴片胶+波峰焊”工艺。

实际生产中，根据所用元器件和不同产品需求，可单独或混合使用这两类基本工艺，常用的有以下几种。

1．1.1单面锡膏+回流焊工艺

SMT印刷锡膏、贴片、过回流焊炉，出炉后即完成产品焊接生产工艺。

贴装元件

锡膏印刷

回流焊接

1．1．2.单面SMT贴片+波峰焊接工艺

　　　　该工艺流程的特点是利用PCB双面空间，电子产品的体积可以进一步减小，且仍使用通孔元件，价格低廉。

但设备要求增多，波峰焊过程中缺陷较多，难以实现高密度组装。

它的过程是在一面贴装元件，并用专用的贴片胶粘合、固化，然后在另一面插装通孔元件并固定，最后通过波峰焊将SMT贴片元件和通孔插装元件一次进行焊接，完成PCBA的组装过程。

翻转

插通孔元件

波峰焊

固化

贴装元件

涂胶

组装

1．1．3.单面锡膏+回流焊+单面SMT贴片+红胶固化+波峰焊工艺

　　　　该工艺流程的特点是充分利用PCB双面空间，是实现安装面积最小的方法之一，并仍保留通孔元件价廉的优点，多用于消费类电子产品组装。

它是在PCB板的一侧完成元件的回流焊接，然后在PCB的另一侧完成元件（表面贴装元件及通孔元件）的波峰焊接。

组装

波峰焊

插装

翻板

固化

贴片

点胶

翻板

回流焊接

贴片

印锡

1．1．4.双面锡膏+回流焊接工艺

　　　　该工艺流程的特点是采用双面锡膏－回流焊工艺，能充分利用PCB窨，并实现安装面积最小化，工艺控制复杂，要求严格，常用于密集型或超小型电子产品，移动电话是典型产品之一。

回流焊

印锡

翻板

回流焊

印锡

贴片

贴片

1．1．5.双面锡膏+回流焊接+治具+波峰焊接工艺

回流焊

印锡

翻板

回流焊

印锡

贴片

贴片

带治具过波峰焊

插装

组装

1．2彩电焊接工艺流程图

第2章表面安装用的印制电路板

2.1基板材料

用于PCB基板材料的品种很多，大体上可分为两大类，即有机类和无机类基板材料。

有机类基板材料是指用增强材料如玻璃纤维布（纤维纸、玻璃毡等），浸以树脂黏合剂，通过烘干成坯料，然后覆上铜箔，经高温高压而制成，这类基板称为覆铜箔层压板（CopperCladLaminatos，CCL），俗称为覆铜板，是制造PCB的主要材料。

无机类基板主要是陶瓷板和瓷釉包覆钢基板。

基材CCL的品种很多，若按所用增强材料品种来分，可分为纸基、玻璃纤维布基、复合基（CEM）和金属基四大类；按所用的有机树脂黏合剂又可分为酚醛树脂（PE）、环氧树脂（EP）、聚酰亚胺树脂（PI）、聚四氟乙烯树脂（TF）以及聚苯醚树脂（PPO）等；若按基材的刚柔来分，又可分为刚性CCL和挠性CCL。

2.1.1纸基CCL

按照NEMA标准，一般纸基CCL常用的牌号有XPC、XXXPC、FR-1、FR-2、FR-3等品种，粘合剂除FR-3为环氧树脂外，其余的为酚醛树脂。

以FR为代号的板材，表示其具有阻燃性能。

2.1.2玻璃布基CCL

在SMT产品中，环氧玻璃布基CCL是PCB制作的主要材料，环氧玻璃布起到增强作用，在主板弯曲时玻璃纤维能吸收大部分应力，因此玻璃布基CCL的机械性能是非常好的。

此外在制作多层板的过程中，可以采用高速钻孔技术，所制作的通孔孔壁光滑，金属化效果好，这是其它有机CCL无法做到的。

玻璃布基CCL还具有良好的电气性能和低吸水性，因此，玻璃布基CCL有优良的综合性能，能广泛适用在中、高档电子产品中制作PCB。

在NEMA标准中，玻璃布基CCL常用的标准牌号为G10、G11、FR-4、FR-5四种，FR-4、5为阻燃型，FR-4约占总用量的90%以上。

2.1.3复合基CCL

CCL的基材内部增强材料是由不同材料构成的刚性CCL，称为复合基（CompositeEpoxyMatereal，CEM），CEM主要品种有两种：

一种是CEM-1，它是的FR-3基础上改进而来。

FR-3是纸基浸渍环氧树脂与铜箔复合制成。

CEM-1则是在纸基浸渍环氧树脂后，再双面复合一层玻璃纤维布，然后再与铜箔复合热压而成。

CEM-3是由FR-4改良而成，CEM-3在结构上是采用玻璃毡（又称无纺布）浸渍环氧树脂，再两面合贴玻璃纤维布，然后与铜箔复合，热压成型。

它与FR-4的区别在于，采用玻璃毡取代大部分玻璃纤维布，在机械方面增大了韧性程度。

不足之处在于CEM-3的厚度、精度不及FR-4，焊后扭曲程度比FR-4高。

2.1.4金属基CCL

金属基CCL是由金属基板为底层或内芯，在金属板上覆盖有绝缘层，最外层为铜箔，三者复合而制得的。

根据金属基板所处的位置，常见的有金属基板型和金属芯基型。

2.1.5挠性CCL

挠性CCL可分为聚酯薄膜型覆铜板和聚酰亚胺型覆铜板，均具有阻燃性能。

2.1.6陶瓷基板

陶瓷基板材料通常是用纯度为96%左右的氧化铝或氧化铍烧结而成。

第3章焊接机理和可焊性测试

焊接是连接金属的一种方法，它既传统又成熟，现代焊接技术主要分为三大类：

第一类是熔焊，熔焊是直接将工件接口加热至熔化学状态，不加压力完成焊接的方法，如常见的氧气焊。

第二类是接触焊，又称为压焊，压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，也称为固态焊接，常用的压焊工艺是电阻焊，电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。

第三类是铅焊，其特点是采用熔点比母材熔点低的金属（即工程上说的铅料），焊接时在低于母材熔点、高于所用铅料熔点的温度下，借助铅料熔化填满母材间的间隙，然后冷凝形成牢固的接头。

铅焊与熔焊、压焊相比具有加热温度低、工艺过程简单、可对工件整体均匀加热、一次完成多零件连接且工件应力和变形小、母材的物性没有明显变化等到优点。

习惯上人们把焊接温度高于450℃的铅焊称为硬铅焊，低于450℃的铅焊称为软铅焊。

电子装配工程中的焊接对象通常是元器件与PCB上的焊盘，而焊盘材料通常是金属铜或在铜表面涂覆Ni/Au层，而焊料是Sn基合金。

铜属于高熔点金属，但电子装配工程中焊接温度一般仅在230℃～250℃，显然电子装配工程中焊接属于软铅焊，所用的铅料通常是锡基料，故又被称为锡焊。

电子线路的焊接过程是一个复杂的系统工程，从表面上看，焊接过程只不过是熔融焊料与被焊金属（母材）的结合，但其微观机理是非常复杂的，涉及物理学、化学、金属学、电学、材料学等相关知识，优良的锡基焊点不仅可以使电子产品有良好的电信号和功率的导通，而且还有持久的机械连接强度及良好的外观，此外焊点还具有散热的作用；焊锡既保证了元器件与PCB牢固连接，又保证了焊点的美观。

3.1焊接机理

3.1.1锡的亲和性

人类使用锡铅焊料已经有上千年的历史了，即使在无铅焊接中仍然离不开锡。

锡为什么能作为焊料呢？

首先，元素锡在元素周期表中是第五周期第四族主族元素，金属活性呈中性，它的熔点低，仅为231.9℃。

锡具有良好的亲和性，很多金属都能熔解在锡基焊料中，并能与锡结合成金属化合物。

此外，锡还具有性能稳定、存储量大等优点，锡的这些特性决定了它不仅能做焊料而且是最佳的焊接材料。

人类用它作为焊料已有几千年的历史，并且还将长期使用下去。

3.1.1焊接部位的冶金反应

焊接是依靠液态焊料填满母材的间隙并与之形成金属结合的一种过程。

例如，波峰焊是利用熔融焊料循环流动的波峰面与插装有元器件的PCB焊接面相接触，使之完成焊接的过程；再流焊则是将焊膏事先放置在元器件与PCB焊盘之间，加热后通过锡膏的熔化从而将元器件与PCB连接起来。

上述例子说明，焊接包括两个过程：

一是焊料在被焊金属表面铺展并填满焊缝的过程；二是焊料同被焊金属之间发生相互作用。

因此，要得到一个优质的焊点，首先必须在液态焊料充分地填满全部焊缝间隙，这只有在与母材之间有良好相互作用的条件下才能获得。

正是由于合金层的形成，才保证了焊点的电气接触性能和良好的附着力，形成合金后，被焊金属不再恢复到润湿前的那种形状。

当加热到200℃左右，并适当加入少量的助焊剂后，焊料就会很快熔化，冷却后会将元器件与PCB紧紧焊牢，若对焊接部位进行切片分析就会发现，在它们的结合部位，Sn与Cu生成了新的合金，其成份通常是Cu6Sn5，这个新的合金层的强度远远大于焊料本身的强度，同时它也揭示了锡焊的本质，即锡焊的过程（无论焊料是有铅焊料还是无铅焊料），均是在焊接部位发生了冶金反应，焊料中的锡与被焊金属铜生成了新的锡铜合金

5Sn+6Cu→Cu6Sn5

正是由于Cu6Sn5的存在，才能将元器件与PCB焊牢，所形成新的锡铜合金再也不会恢复到它们的原始状态。

在电子显微镜下可以看到Cu6Sn5的真实合金形态，它们呈现根须状，可以想像其牢固程度是非常高的。

接材料。

人类用它作为焊料已有几千年的历史，并且还将长期使用下去。

3.1.3润湿与润湿力

那么，在什么状态下才能形成良好的合金层呢？

首先，液态焊料与母材之间应能互相熔解，两种原子之间有良好的亲和力，这是其内因。

一般来说，元素周期表中位置相近，晶格类型相同的金属间互熔的比例比较大。

在焊接过程中，温度是一个关键因素，焊料首先要熔化、铺展并完全润湿被焊金属，此时，在结合部位，焊料中的锡原子与铜原子相互扩散而形成新的合金。

如果温度低于190℃，即使焊料处于融化状态也形成不了Cu6Sn5,或者说所形成的Cu6Sn5厚度不够，在较低的温度下形成的焊点在工程上有称为冷焊，这种焊点没有足够的机械性能和电气性能。

除温度之外，助焊剂也是实现理想焊接的另一个关键因素。

使用助焊剂的目的是为了有效地去除被焊金属表面的氧化层。

也就是说，焊料要铺展并完全润湿被焊金属，其被焊金属及焊料表面必须清洁，焊料与母材两者表面没有氧化层，更不应有污染。

洁净的金属表面均存在着原子引力所构成的力场，当焊料和母材原子接近两原子核间距之和时，两原子就会产生互相吸引以致结合，这时熔融焊料就会立即在母材表面铺展开来。

我们把熔融焊料在被焊金属表面上形成均匀、平滑、连续的过程称为润湿。

润湿是焊接的首要条件，没有润湿也就不可能焊接。

把熔融焊料与被焊金属间相互接触而导致润湿的原子之间的相互吸引力称为润湿力。

3.1.4扩散与金属间化合物

用焊料焊接金属（母材）时，伴随着润湿现象的出现，融化了的焊料与被焊金属之间发生相互作用。

从微观上讲，由于温度的升高，金属原子在晶格点阵中呈热振动状态，金属原子会从一个晶格点阵移动到其他晶格点阵中，在工程中这个现象称为扩散。

通常扩散分为四种类型：

表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散。

（1）表面扩散：

熔融焊料的原子沿被焊母材表面的扩散称为表面扩散，表面扩散的原因与两金属界面处原子间的引力有关。

（2）晶内扩散：

熔融焊料扩散到母材的晶粒中去的过程称为晶内扩散，也称为体扩散。

焊料向母材内部的晶粒扩散，沿着不同的方向，

（3）晶界扩散：

熔融焊料原子向母材晶界的扩散称为晶界扩散。

与晶内扩散相比，晶界扩散激活能比晶内扩散激活能小，所以晶界扩散较易发生。

用焊料焊接时，锡在铜中既有晶内扩散，又有晶界扩散。

（4）选择扩散：

用两种以上的金属元素组成的焊料焊接时，其中某一金属元素先扩散，或只有某一金属元素扩散，其他金属元素根本不扩散，这种扩散称为选择扩散。

例如，当锡铅焊料焊接某一金属时，通常情况焊料成分中的锡向母材扩散，而铅不扩散。

由于扩散的作用，两金属界面会形成一层薄薄的合金层，并且其性能已不同于原来的金属。

因此，可以说合金是焊料与被焊金属在焊接热的作用下通过扩散作用形成的，其成分和厚度取决于焊料与被焊金属之间的材质、焊剂的性质、焊接的工艺条件等，这里所说的工艺条件是指温度与时间。

3.1.5锡铜界面合金层

在焊接工艺中，锡能与多种金属形成金属间化合物。

以铜为例，当熔融状态的焊锡落在清洁的铜表面时，会出现锡焊料润湿铜层的现象，此时也立即会有锡原子扩散到铜中，而铜原子也在瞬间扩散到锡中，在230～250℃,1～3s时间内便可生成锡铜合金层。

初期的Sn-Cu合金结构为Cu6Sn5，厚度为1～3μm，此种新生化合物中铜含量约为40%（重量百分比），Cu6Sn5又称为η-相。

若温度进一步升高，或时间延长，此时合金层中的铜含量将由原先的40%增加到66%，Cu6Sn5就会转变为Cu3Sn，Cu3Sn又称为ε-相，特别是随着温度的升高将有更多的Cu6Sn5转变为Cu3Sn。

则意味着锡-铅焊料中锡扩散到母材中，只留下铅并形成一个富铅层。

合金层和铅层的界面处非常脆弱，当受到温度循环、振动、冲击等外力作用时即产生裂纹。

Cu6Sn5均是锡铜界面合金层，但性能却有本质上的区别。

Cu6Sn5是良性合金层，，它位于锡与铜的界面之间，呈球状结晶，强度高，是焊点电接触性能和强度的根本保证。

而Cu3Sn合金是是劣性合金层，它位于铜层与Cu6Sn5之间，呈骨针状结晶，脆性，直接影响到焊点的电接触和强度性能，并会造成不润湿现象，这是焊接过程中避免发生的。

在实际波峰焊中，当锡锅中铜含量超过0.5%时，它会导致锡铅合金的液体出现粘滞性和砂性，焊点容易出现桥接、虚焊、拉尖等不良现象。

为了增加液体的流动性和提高波峰焊的焊接效果，必须升高焊料的工作温度，但这又会导致Cu含量的增高和锡铅料氧化加剧的恶性循环，以致焊料报废。

我们应利用锡铜合金的生成以提高焊接质量，但又应避免Sn3Cu合金的过量存在，解决方法，一是严格控制焊接时间与温度，二是在焊料中加入能与同分子形成化合物而与被焊金属不能形成化合物的元素，如某些稀有元素，或焊料中增加Ag、Sb、也可抑制Cu的熔解速度。

3.1.6表面张力与润湿力

表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。

通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。

在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。

因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。

表面张力（surfacetension）是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。

表面张力在焊接过程中是一个非常重要的物理概念，它的存在会导致各种焊接缺陷，但表面张力是物质的特性，只能改变它，但不能取消它，可以通过下列方法减小表面张力。

1、表面张力一般都会随着温度的升高而降低，但用提高温度来增加可焊性的能力是有限的，过高的温度会导致焊点合金改变，焊点的导电性能变差，机械性能变脆，甚至使元器件受损，故不宜采用提高温度的办法来达到减低表面张力的目的。

2、改进SnPb合金比例，可以降低焊料的表面张力。

3、增加活性剂，可以去除焊料的表面氧化层并有效地减小焊料的表面张力。

4、改善介质环境，即当焊料四周采用不同的保护气体时，焊料的表面张力不一样。

3.1.7润湿程度与润湿角

焊料与母材之间的润湿程度通常取决于两者之间的清洁程度，但它很难进行量化分析，在焊接过程中，焊料与母材之间的润湿程度通常可以用焊料与母材之间的润湿角的大小来表示，即T.Yong在1805年提出的著名杨氏方程。

σ固气=σ液固+σ液气COSθ或COSθ=（σ固气-σ液固）/σ液气

若COSθ=1，θ=0°，完全润湿；

若1>COSθ>0，θ<90°,焊料能润湿金属表面

若COSθ<0，θ>90°,焊料不能润湿金属表面

若θ=180°,完全不润湿。

B

σ气液

B

θ

σ气液

气

C

θ

液

C

A

σ固气

σ液固

σ固气

σ液固

固

A

第4章　　焊接材料

人类使用锡铅焊料已有几千年的历史了。

早在我国商周时期的锡铜器具上已用到锡铅焊。

在古罗马时代，人们使用锡铅合金连接铅制水管，并且锡铅的比例为1:

2，与现代所用的比例非常接近。

为什么几千年来一直使用锡铅焊料呢？

主要由于锡有良好的亲和性，很多金属都能与锡结合成金属化合物，并且这些金属化合物具有良好的机械强度和导电性能。

近几年来尽管已逐渐停用锡铅焊