先進焊接與連接技術先進焊接與連接技術1先進焊接與連接技術2任務1：QFP器件激光無鉛釬焊工藝流程的確定先進焊接與連接技術激光再流焊基礎

再流焊也叫回流焊，是伴隨微型化電子產(chǎn)品的出現(xiàn)而發(fā)展起來的焊接技術，主要應用于各類表面組裝元器件的焊接。這種焊接技術的焊料是焊錫膏。預先在電路板的焊盤上涂上適量和適當形式的焊錫膏，再把SMT元器件貼放到相應的位置；焊錫膏具有一定粘性，使元器件固定；然后讓貼裝好元器件的電路板進入再流焊設備。傳送系統(tǒng)帶動電路板通過設備里各個設定的溫度區(qū)域，焊錫膏經(jīng)過干燥、預熱、熔化、潤濕、冷卻，將元器件焊接到印制板上。激光再流焊具有其他再流焊方法無可比擬的優(yōu)點，如加熱區(qū)域小、加熱速度快、冷卻快等，因此，在微電子焊接領域具有廣闊的應用前景。3圖4-1激光再流焊設備示意圖先進焊接與連接技術QFP器件再流焊順序QFP器件再流焊步驟1.取出冷藏的焊膏，并攪拌使之成分均勻，呈粘稠狀能，充分發(fā)揮活性作用備用。2.將印制電路板固定在印刷機上，使用模板漏板在焊盤上，圖敷焊膏，用貼片機從QFP存儲盒中吸取QFP器件，貼裝在印制電路板上，然后輕壓，使引腳與釬料接觸良好。3.打開冷卻水箱，設定好冷卻循環(huán)溫度并預運行10-20分鐘左右，同時開啟控制電腦，用夾具夾牢待釬焊的QFP器件，并平置于工作臺上，應用CNC控制軟件調(diào)整工作臺位置對焦并使鏡頭對齊待焊部位。4.根據(jù)待焊的QFP器件編寫工作臺CNC操作程序，調(diào)整釬焊每個引線的時間確定合適的激光參數(shù)。5.依次打開激光器和六軸工作臺的電源。6.利用工作臺空走程序檢測所編程序的正確性，確定無誤后開始進行釬焊，采用CNC軟件控制工作臺路徑。4先進焊接與連接技術焊接質(zhì)量的影響1.焊膏的影響。焊膏是由錫鉛等合金釬料粉末糊狀助焊劑均勻混合而成的膏狀體。焊膏在常溫下有一定的粘性，對釬焊細間距的器件來說，能選擇一種品質(zhì)優(yōu)良的焊膏非常重要。2.QFP元器件貼裝精度的影響。貼片技術就是把表面組裝元器件貼到印制板或基板相應部位上的技術。

3.再流焊工藝的影響再流焊的作用是將焊膏融化使表面組裝元器件與PCB板牢固粘接在一起，是表面貼裝技術特有的重要工藝，釬焊工藝質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響正常生產(chǎn)也影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，在激光與金屬的相互作用過程中，釬料熔化僅為其中一種物理現(xiàn)象，有時光能并非主要轉(zhuǎn)化為釬料熔化，而以其它形式表現(xiàn)出來，如汽化等離子體形成等。5先進焊接與連接技術焊后清洗與焊后檢測QFP焊后質(zhì)量檢測主要包括外觀質(zhì)量檢測和焊點質(zhì)量檢測。采用光學設備的圖形放大目測技術對QFP進行外觀質(zhì)量檢測，無漏裝、翹立、錯位、貼錯、裝反、引腳上浮、潤濕不良、漏焊、橋連、焊錫過量、虛焊、錫焊珠等不良現(xiàn)象。再利用激光/紅外檢測技術，對焊點進行質(zhì)量檢測，無缺陷。QFP器件進行完激光釬焊后，對釬焊好的QFP器件按上述步驟進行檢測。6先進焊接與連接技術7任務2：電路板波峰焊工藝流程的確定先進焊接與連接技術波峰焊原理

波峰焊是將熔融的液態(tài)焊料，借助與泵的作用，在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波，插裝了元器件的PCB置與傳送鏈上，經(jīng)過某一特定的角度以及一定的浸入深度穿過焊料波峰而實現(xiàn)焊點焊接的過程。8先進焊接與連接技術雙波峰波峰焊

單波峰：指錫液噴起時只形成一個波峰，一般在過一次錫或只有插裝件的PCB時所用。雙波峰：如果PCB上既有插裝件又有貼片元器件，這時多用雙波峰，因為兩個波峰對焊點的作用較大，第一個波峰較高，它的作用是焊接；第二個波峰相對較平，它主要是對焊點進行整形。如下圖所示。9圖4-2雙波峰焊示意圖先進焊接與連接技術波峰焊主要焊接參數(shù)

101.預熱：“預熱溫度“一般設定在90-110度，這里所講“溫度”是指預熱后PCB板焊接面的實際受熱溫度2.錫爐溫度：以使用63/37的錫條為例，一般來講此時的錫液溫度應調(diào)在245至255度為合適，盡量不要在超過260度3.鏈條（或稱輸送帶）的傾角：這一傾角指的是鏈條（或PCB板面）與錫液平面的角度；4.風刀：在波峰爐使用中，“風刀”的主要作用是吹去PCB板面多余的助焊劑，并使助焊劑在PCB零件面均勻涂布；5.錫液中的雜質(zhì)含量：在普通錫鉛焊料中，以錫、鉛為主元素；其他少量的如：銻（Sb）、鉍（Bi）、銦（In）等元素為添加元素以外，其他元素如：銅（Cu）、鋁（Al）、砷（As）等都可視為雜質(zhì)元素；先進焊接與連接技術選擇波峰焊

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隨著電子產(chǎn)品高密度小型化的設計要求，大量的PTH元件被SMT元件代替，這樣電路板上的PTH元件越來越少，有的電路板甚至兩面都布滿了SMT元件。普通的波峰焊采用波峰大面積焊接的方式已不再適用，會產(chǎn)生夾具制作等額外費用，甚至可能對焊接面存在的SMT元件產(chǎn)生影響。像這種通孔元件較少的電路板，可以考慮采用選擇性波峰焊設備。右圖所示的為選擇波峰焊設備。先進焊接與連接技術選擇波峰焊流程

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選擇波峰焊的一般流程為：助焊劑噴涂——預熱——焊接——預熱——焊接（1）助焊劑噴涂區(qū)和普通波峰焊一樣，選擇性波峰焊焊接PCB時也需要涂覆助焊劑來幫助焊接，幫助通孔元件的上錫。和普通波峰焊不一樣的是選擇焊的助焊劑噴涂采用噴嘴進行定點噴涂，助焊劑的噴涂量也可以精確控制。（2）預熱區(qū)預熱區(qū)上部采用熱風回流加熱，下部采用紅外加熱的方式。上部熱風回流加熱的最高可設置溫度為200℃，可設置最長加熱時間是3600s。下部紅外加熱共有八根四組加熱管，每兩根為一組，可不同時打開。（3）焊接區(qū)同助焊劑噴涂去類似，焊接區(qū)有一個焊錫缸儲存液態(tài)錫，液態(tài)錫通過缸內(nèi)的電動馬達驅(qū)動被卷上來形成一個圓柱形的錫波。錫波的高度可以控制，錫波的直徑也可以通過噴嘴大小來控制。先進焊接與連接技術焊接質(zhì)量控制

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取樣時，需要檢測的幾種元素如下：鉛、銀、銅、鎘。預熱區(qū)可以設置上預熱溫度和時間以及下部預熱溫度和時間，此溫度要根據(jù)板子的大小及厚度來設置，一般上部預熱溫度要高于下部預熱溫度，但不能相差太大，當然要根據(jù)實際情況來。焊接區(qū)需要設置上部加熱的溫度和時間，焊接溫度以及錫嘴型號。上部加熱起到對焊接中的PCB板一個保溫的作用，一般溫度可以比預熱區(qū)上部加熱溫度稍低。第二預熱區(qū)和第二焊接區(qū)可以參考第一預熱區(qū)和第一焊接區(qū)。當因為焊點較多需提高焊接速度而選擇使用第二焊接區(qū)時，第二預熱區(qū)可以不勾選。先進焊接與連接技術選擇性波峰焊常見缺陷分析及解決方法

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（1）橋接：橋接是選擇焊中一個比較常見的缺陷，元件引腳間距過近或者波峰不穩(wěn)都有可能導致橋接，可能原因如下，焊接溫度設置過低，焊接時間過短，焊接完成后下降時間過快，助焊劑噴涂量過少。一般這種情況下要檢查波峰和確認焊接坐標是否正確，可以通過提高焊接溫度或預熱溫度，提高焊接時間，增加下降時間，提高助焊劑噴涂量的方法來改善。（2）溢錫：發(fā)生這種情況一般要首先檢查通孔元件是否missing，看板子是否有明顯變形，爐溫設置是否過高導致PCB變形，其次要檢查元件引腳直徑和通孔直徑之間的配合。如果通孔過大而元件引腳過細就會導致溢錫的發(fā)生?？梢越档鸵珏a部位的波峰高度或焊接高度，降低助焊劑噴涂量。（3）上錫高度達不到：對于二級以上產(chǎn)品來說這也是一個比較常見的缺陷，一般來講一些金屬材質(zhì)的大元件如電源模塊等，由于他們大多與接地腳相接散熱較快上錫困難，當然一般上錫高度標準會有相應的放松。除此之外焊接溫度低，助焊劑噴涂量少，波峰高度低都會導致上錫高度不夠。提高預熱和焊接溫度，多噴涂些助焊劑等可以解決問題。（4）元件抬高：元件過輕或波峰抬高會導致波峰將元件頂上去，或者在插裝元件的時候元件沒有插到位，軌道速度過快或不穩(wěn)導致元件歪斜抬高。可以制作夾具將原件壓住，由于夾具的吸熱可能需要提高預熱或焊接溫度。

先進焊接與連接技術選擇性波峰焊常見缺陷分析及解決方法

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（5）元件缺失：看缺失的元件是在波峰焊接面還是非焊接面，如果是通孔元件缺失則可以同以上的元件抬高相同原因，焊接面SMT元件缺失時要注意焊接時是否焊接坐標設錯導致波峰帶到元件，波峰是否不穩(wěn)焊接時碰到附近的料。這種情況可以修正坐標或者將通孔附近的料用白膠點上保護起來，并將情況反饋給DFM團隊。（6）焊點空洞：元件引腳太短尚不能伸出通孔或元件引腳橫截面被氧化不上錫，可以加噴助焊劑。（7）拉尖：這是一個和橋接一樣發(fā)生頻率較高的缺陷種類，預熱和焊接溫度過低，焊接時間太短會導致拉尖的發(fā)生。（8）錫珠：有錫珠時要檢查助焊劑的質(zhì)量或者板子表面是否沾上錫膏，助焊劑中含水在焊接時會炸裂導致錫珠。（9）元件引腳變細，吃腳：可能是焊接溫度過高或焊接時間過長，也有可能是引腳間距太近，在焊接一個引腳時波峰帶到旁邊的引腳導致一些引腳被焊接了兩次。這種情況可以修改坐標參數(shù)盡量避免引腳焊兩次，引腳太近的可以一起焊接。（10）少錫：波峰溫度過低，波峰不穩(wěn)，波峰高度或焊接高度太低，焊接坐標設置錯誤都會導致少錫。修正坐標，清潔錫嘴，提高焊接溫度，提高波峰或焊接高度可以解決。先進焊接與連接技術波峰焊常見問題及注意事項

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1.常見問題的檢查。第一，檢查錫液的工作溫度。第二，檢查PCB板在浸錫前的預熱溫度。第三、檢查助焊劑的涂布是否有問題。第四，檢查助焊劑活性是否適當。第五，檢查錫爐輸送鏈條的工作狀態(tài)。第六、檢驗錫液中的雜質(zhì)含量是否超標。第七，為了保證焊接質(zhì)量，選擇適當?shù)闹竸┮彩呛荜P鍵的問題。第八、如果PCB板面上總是有少部分零件腳吃錫不良。第九、在保證上述使用條件都在合理范圍內(nèi)，如果仍出現(xiàn)PCB不間斷有虛焊、假焊或其他的焊接不良狀況。先進焊接與連接技術波峰焊常見問題及注意事項

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2.波峰焊機的保養(yǎng)。步驟一、波峰焊錫爐及發(fā)熱部分保養(yǎng)步驟二、波峰焊電氣部分保養(yǎng)步驟三、波峰焊機械部分保養(yǎng)步驟四、波峰焊噴霧部分保養(yǎng)先進焊接與連接技術18任務3：金絲熱超聲鍵合工藝的流程確定先進焊接與連接技術引線鍵合技術與熱超聲鍵合基礎

引線鍵合技術（WireBonding）作為現(xiàn)如今的一種主要的微電子領域內(nèi)的封裝技術，它是指使用細的金屬絲線（Al、Pt、Au等），利用熱能、壓緊力與超聲波能量等促進金屬絲線和基板上的焊盤產(chǎn)生緊密的焊合，實現(xiàn)芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通的技術，是屬于壓力焊接的一種。針對微電子封裝領域的要求不同，在工業(yè)上通常有熱壓引線鍵合、超聲引線鍵合以及熱超聲引線鍵合這三種引線鍵合定位平臺技術被廣泛采用。

19先進焊接與連接技術引線鍵合技術與熱超聲鍵合基礎1.熱壓鍵合是使用加熱以及劈刀壓緊力對芯片的金屬化層和金屬絲進行作用它要求基板和芯片的溫度通常要達到150℃作用，對表面的污染物很敏感，通常用于Au絲鍵合，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。2.超聲鍵合是充分使用超聲波的能量，完成了金屬引線材料和電極在常溫下的直接焊接。3.熱超聲鍵合工藝結(jié)合了熱壓工藝與超聲工藝這兩者之間的優(yōu)點，以其只需要比較低的加熱溫度、鍵合完成后鍵合的強度高并且對器件的可靠性非常有利等優(yōu)勢成為鍵合法的主流。三種鍵和方式的優(yōu)缺點如右表所示。20先進焊接與連接技術楔形鍵合與球形鍵合楔形鍵合和球形鍵合這兩種鍵合方式最主要的不一樣之處是球形鍵合方式每次循環(huán)的起始由打火桿造成一個金屬的焊球，然后利用劈刀將這個圓形球緊緊壓到芯片的金屬焊盤上形成為第一焊點（往往是芯片表面），而楔形鍵合則是不用在循環(huán)的最初形成焊球的，它是直接在加熱加壓和超聲的能量運行之下，將金屬引線焊到芯片的焊盤上。此外，通常來說，正因為球鍵合每一次鍵合的開始都需要打火成球，然后將這個球壓到焊盤上，因此需要準備的焊盤面積比楔鍵合要大。楔形鍵合和球形鍵合雖然有所不同，但歸納起來它們的基本的步驟都可以囊括為：一般是在芯片上構(gòu)建產(chǎn)生第一焊點，拉線成弧，然后去在引線框架或者基板上面最后構(gòu)造產(chǎn)生第二焊點。21先進焊接與連接技術引線鍵合的技術要求引線鍵合必須滿足下面的幾點要求：（1）引線材料易加工成絲，即可塑性好，易卷繞。（2）鍵合完成后，不會殘留會引起腐蝕的物質(zhì)。（3）鍵合后產(chǎn)生電阻很小，保證低歐姆接觸和良好的導電性。（4）鍵合過程中施加的功率和壓力等都應該在保證鍵合質(zhì)量的情況下，越小越好，使焊盤結(jié)構(gòu)不致?lián)p壞。（5）能與芯片表面的金屬化焊盤（在本文涉及到的所有任務里，此處的金屬化焊盤均為鋁焊盤）及基板材料（金）實現(xiàn)良好的鍵合。這才是鍵合的本質(zhì)。22先進焊接與連接技術檢驗與分析（1）將待測樣品放置在工作臺夾具上，并固定；裝載拉力測試鉤針以及測試模塊；初始化程序，選擇合適的群組，并選定進行測試的模塊量程。（2）用拉鉤勾住鍵合金線的中間頂部位置，并保持拉鉤垂直。（3）點“開始”按鈕，直到引線斷開或者鍵合點脫落后，電腦自動記錄下最大鍵合拉力強度后，并據(jù)實選擇斷裂類型，再進行下次測試。若鍵合不成功，則強度記為0。23先進焊接與連接技術金絲鍵合材料及設備24金絲鍵合平臺采用HYBOND626型號的熱超聲多功能引線鍵合設備，機器整體外觀見圖，該設備是一臺半自動的引線鍵合設備，通過更換劈刀類型就能完成楔焊或者球焊功能?？紤]到國軍標和公司雙重要求下要達到5g的拉斷力數(shù)值，本文選取25μm的純度為99.99%的Au絲作為鍵合引線材料，分別采用楔形劈刀和球形劈刀兩種不同的方式去進行楔形鍵合和球形鍵合，劈刀采用90°安裝方式，如圖所示。圖4-5金絲及任務實操設備先進焊接與連接技術檢驗與分析25

圖4-6楔形劈刀安裝方式先進焊接與連接技術設計楔形鍵合的任務方案楔形鍵合的任務方案常用參數(shù)26先進焊接與連接技術設計球形鍵合的任務方案球形鍵合的任務方案常用參數(shù)27先進焊接與連接技術28任務4：漆包線超聲鍵合工藝流程的確定先進焊接與連接技術漆包線的概念

漆包線是繞組線的一個主要品種,廣泛應用于航空航天、汽車制造和電子元器件等產(chǎn)品中。漆包線的質(zhì)量受原材料質(zhì)量，工藝參數(shù)，生產(chǎn)設備，環(huán)境等因素影響，因此，各種漆包線的質(zhì)量特性各不相同，但都具備機械性能，化學性能，電性能，熱性能四大性能。漆包線，有時也叫電磁線或絕緣線，是一種電工材料，它是在一根圓形的銅線表面加工一層薄薄的高強度聚酯絕緣層，起到與外界絕緣的作用。當作為內(nèi)外連接的介質(zhì)時，其末端必須和金屬終端（如插片、針、箱等）實現(xiàn)電接觸，并滿足一定的力學性能、導電性能和耐溫度疲勞性能等要求。29先進焊接與連接技術漆包線的基本焊接方法1.釬焊，其通過融化低熔點的釬料，將導線表面和基底充分潤濕、包裹，冷卻后形成焊點。需要中間材料釬料和助釬劑，增加了生產(chǎn)的成本。釬焊過程中會產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，容易污染環(huán)境，對人體健康也是不利。2.機械法，對于較細線徑的漆包線常釆用玻璃纖維砂輪磨去表層漆膜，而對于線徑較大的漆包線（線徑以上）則采用金屬絲砂輪機或四刃刮刀機將表層絕緣漆膜刮除。3.熱浸法，對于一些具有直接釬擇性的低焰點漆膜漆包線，可以浸入高溫搪錫槽中，使漆膜受熱裂解焊發(fā)并同時在裸線上掛錫。30先進焊接與連接技術漆包線超聲鍵合基礎知識1.熱壓焊是變形焊的一種，實際上是在冷壓擇的基礎上發(fā)展成的一種擇接工藝。由于設備簡單、易于操作和實現(xiàn)自動化，且質(zhì)量穩(wěn)定、成本低，不需要使用焊劑，所以不會腐燭接頭，另外焊接時接頭不會產(chǎn)生特別明顯的溫升，適合某些場合對溫度敏感的材料的擇接。熱壓焊被廣泛的應用于電氣行業(yè)、制品業(yè)等工業(yè)領域。其原理如右圖所示。2.超聲波焊接是利用超聲波的高頻機械振動能量，對工件接頭進行內(nèi)部加熱和表面清理，同時對工件施加壓力來實現(xiàn)焊接的一種壓焊方法。31先進焊接與連接技術漆包線超聲鍵合基礎知識漆包線進行微焊接時，存在以下四個方面的難點：1.尺寸微細：當前電子行業(yè)中使用的漆包線尺寸非常小，其線徑一般在之間，這就需要對焊接參數(shù)和工藝進行精確的控制，并對焊接操作者提出了更高的要求。2.絕緣層的存在：由于漆包線表面存在著一層絕緣層化合物，阻礙了兩待焊件金屬表面的直接接觸。3.熱慣性小：當前針對漆包線的微連接工藝中，在焊接預處理階段，為避免對漆包線的機械刮傷和其他污染，多釆用熱去除的方法去除漆包線的表層絕緣層。4.焊接壓力小而精確：漆包線焊接設備中加壓機構(gòu)對于漆包線的焊接至關重要。32先進焊接與連接技術漆包線超聲鍵合原理及焊接過程

超聲熱壓鍵合，目前在工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的應用是引線鍵合技術，該技術是對最早的熱壓引線鍵合技術的改進，由于超聲振動的作用，焊點形成時所必須的鍵合時間和溫度都大大降低