1、1,PCBA(組裝)基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介,2,PCBA(組裝)的主要工序,主 要 內(nèi) 容,軟釺焊焊接基礎(chǔ)知識(shí),輔助材料基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用,常見缺陷可能形成的原因及對(duì)策,3,1.0 PCB組裝的主要工序,1.1. PCBA是Printed Circuit Board Assemble的簡(jiǎn)稱，一般翻譯成電路板元件，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是安裝了元器件的電路板。 它是由PCB、元器件和電子輔料等通過(guò)一定的組合而形成的元件。,4,1.2. PCBA(組裝)的主要組裝形式,目前,1,2 型多用於電源板或通信背板等3,4,型已較為常見於電腦板，DVD主板，MP4 等較為複雜的產(chǎn)品,5,1.3. 元件表面貼裝（SMT）工序,表面貼

2、裝工序，是指通過(guò)回流焊爐熔化預(yù)先分配到印製板焊盤上的膏狀軟釺焊料,從而實(shí)現(xiàn)與表面組裝元器件的焊端或引腳與印製板焊盤之間機(jī)械和電氣的連接，屬於一種軟釺焊工藝。它適合於所有種類表面組裝元器件的焊接。 SMT主要的工序有錫膏印刷、元器件貼片和回流焊接三部分。,印刷機(jī),貼片機(jī),再流焊焊接爐,6,1.3.1. 錫漿印刷工位,1.3.1.1. 此工位元主要是由錫漿,範(fàn)本和錫漿印刷機(jī)構(gòu)成； 1.3.1.2. 錫漿(焊接物料)是通過(guò)錫漿印刷機(jī)經(jīng)過(guò)專用的印漿範(fàn)本印刷 到電路印製板上指定位置，再通過(guò)元件的貼片及再流焊來(lái)實(shí) 現(xiàn)對(duì)電子元器件的焊接；,錫漿印刷機(jī),錫漿,7,1.3.2.1. 此工位元主要是由電子錶面貼裝

3、元器件(SMD),供料器和貼裝機(jī) 構(gòu)成； 1.3.2.2. 電子錶面貼裝元器件(SMD)是通過(guò)元件供料器,編制的專用 貼裝軟體程式由貼裝機(jī)貼裝到電路印製板上指定位置，再通 過(guò)再流焊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子元器件的焊接； 1.3.2.3. 元件貼裝機(jī)分為高速貼裝機(jī)和泛用貼裝機(jī)； 高(中)速貼裝機(jī)：主要用於貼裝晶片元件和一些小的元器件 泛用貼裝機(jī)：主要用於貼裝IC,異型的和一些較大的元器件,1.3.2. 元器件貼裝工位,元件貼裝機(jī),8,1.3.3. 再流焊焊接工位,1.3.3.1. 此工位主要是由再流焊焊接設(shè)備構(gòu)成； 1.3.3.2. 電子錶面貼裝元器件(SMD)的焊接是將貼裝好元件的PCB經(jīng) 過(guò)已設(shè)定好焊接

4、參數(shù)的再流焊設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子元器件的焊 接； 1.3.3.3.再流焊設(shè)備主要有紅外線式加熱和熱風(fēng)式加熱方式.,再流焊焊接爐,9,SMT生產(chǎn)線,典型手機(jī)SMT生產(chǎn)線,10,1.4. 波峰焊焊接工序,波峰焊是指將熔化的軟釺焊料，經(jīng)過(guò)機(jī)械泵或電磁泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波峰，使預(yù)先裝有電子元器件的印製板通過(guò)焊料波峰，實(shí)現(xiàn)元器件焊端或引腳與印製板焊盤之間機(jī)械和電氣連接的焊接,是一種軟釺焊焊接工藝。 波峰焊的主要步驟有：元器件進(jìn)行成型、元器件插件或貼裝、通過(guò)焊料波峰進(jìn)行焊接和冷卻。(即先將成型後的元件按要求插裝在PCB上，再將裝載了元器件的 PCB在傳送裝置的帶動(dòng)下進(jìn)入波峰焊接系統(tǒng)中，首先進(jìn)行助焊劑的噴霧

5、，之後PCB進(jìn)入預(yù)熱區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，再進(jìn)行波峰焊接，冷卻後就完成了波峰焊接的基本流程),11,1.4.1. 元器件的預(yù)成型和插件,1.4.1.1. 此工位的主要工作是: 對(duì)某些必要的元器件必要的進(jìn)行預(yù)成型、 使加工後的元器件滿足貼裝,插件和波峰焊接.,元器件原型,加工後元器件和插件後,12,1.4.2. 波峰焊焊接,1.4.2.1. 此工位的主要工作是: 即先將成型後的元器件按要求插裝在PCB 相應(yīng)的位置上,再將裝載了元器件的 PCB在傳送裝置的帶動(dòng)下進(jìn) 入波峰焊接 系統(tǒng)中，首先進(jìn)行助焊劑的噴霧,之後PCB進(jìn)入預(yù)熱 區(qū)進(jìn)行預(yù)熱,再進(jìn)行波峰焊接,冷卻後就完成了波峰焊接的基本流 程.,波峰焊焊接爐,1

6、3,1.5. 手工焊焊接工序,此工序是指由操作者利用相應(yīng)的焊接工具,輔助材料和操作方法,將元器件焊接到電路板上指定位置. 此工序(位)主要是由焊接工具,輔助材料,電路板(PCB)和元器件而構(gòu)成的.,14,1.5.1. 手工焊焊接技術(shù)(1),長(zhǎng)期以來(lái)，從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)的人們總結(jié)了焊接的四要素：即材料、工具，方式方法和操作者，而最主要的是操作者的技能，對(duì)於初學(xué)者來(lái)講，即要瞭解基本焊接理論知識(shí)，又要掌握熟練的操作技能，才能確保焊點(diǎn)的焊接品質(zhì)。 1.5.1.1. 電烙鐵的握法 a）反握法: 用整只手握緊烙鐵,虎口靠近導(dǎo)線,拳眼靠近烙鐵頭.一般用於 焊接較大部件的焊接時(shí)採(cǎi)用這種握法. b）正握法: 是指

7、採(cǎi)用四指握住烙鐵,大拇指壓在烙鐵柄上,指向烙鐵頭方向,拳 眼靠近導(dǎo)線.這種握法適於中功率烙鐵或帶彎頭電烙鐵的操作. c）握筆法: 是指採(cǎi)用手形類似握筆.這種方法動(dòng)作穩(wěn)定,長(zhǎng)時(shí)間操作不易疲勞, 適於小功率烙鐵的操作,一般適合用於電路板上元器件的焊接.,15,1.5.1.2. 焊錫絲的兩種握持方法 方法1: 運(yùn)用左手的拇指、食指和小指夾住焊錫絲,另外兩個(gè)手指配 合,就能把焊錫絲連續(xù)向前送進(jìn),適合用於連續(xù)焊接的場(chǎng)合. 方法2: 只使用拇指和食指拿住焊絲送錫,不能連續(xù)送進(jìn)焊錫絲. 經(jīng)常使用電烙鐵進(jìn)行焊接的操作者,一般是把成卷的焊錫絲截成一尺長(zhǎng)（30cm）左右的一段後進(jìn)行操作.,16,1.5.2. 手工

8、焊焊接技術(shù)(2),1.5.2.1.手工焊接操作基本步驟 五步法,1準(zhǔn)備: 烙鐵頭和焊錫絲靠近,處?kù)峨S時(shí)可以焊接的狀態(tài),同時(shí)認(rèn)準(zhǔn)位置. 2加熱焊件: 烙鐵頭放在焊件上進(jìn)行加熱. 3熔化焊錫: 焊錫絲放在焊件上，熔化適量的焊錫. 4移開焊錫: 熔化適量的焊錫後迅速移開焊錫絲. 5移開烙鐵: 焊錫浸潤(rùn)焊盤或焊件的施焊部位後,移開烙鐵.注意移開烙鐵的速 度和方向. 上述的五步可以用數(shù)數(shù)的方法控制時(shí)間，即烙鐵接觸焊點(diǎn)後數(shù)一二（約兩秒），送入焊錫絲後數(shù)三四，即移開烙鐵。,17,1.5.2.2.手工焊接操作基本步驟 三步法,1.準(zhǔn)備: 烙鐵頭和焊錫絲靠近，處?kù)峨S時(shí)可以焊接的狀態(tài),同時(shí)認(rèn)準(zhǔn)位置. 2.加熱焊件

9、,熔化焊錫: 烙鐵頭同時(shí)加熱焊件和焊錫,熔化適量焊錫. 3.移開焊錫絲,移開烙鐵. 上述三個(gè)步驟整個(gè)過(guò)程24 秒內(nèi)完成，各步驟時(shí)間的控制，時(shí)序的準(zhǔn)備掌 握，動(dòng)作協(xié)調(diào)熟練，這些都是通過(guò)實(shí)踐解決的。,18,1.5.3.手工焊焊接技術(shù)(3),1.5.3.1. 手工焊焊接時(shí)的注意事項(xiàng) a）在手工焊焊接前,應(yīng)核對(duì)總和紀(jì)錄電烙鐵的溫度狀態(tài)並檢查烙鐵頭是否 氧化,變形和損壞,以保證焊接時(shí)的溫度和時(shí)間. b) 在手工焊焊接間歇和下班時(shí),應(yīng)注意對(duì)烙鐵頭及時(shí)進(jìn)行清潔(帶水的海綿)和塗 附適量的焊料,以避免其氧化. c）電烙鐵用後一定要穩(wěn)妥的放於烙鐵架上,並注意導(dǎo)線等物不要接觸到電烙鐵 加熱部位. e) 每個(gè)電烙鐵

10、都應(yīng)建立自己的維護(hù),保養(yǎng)和使用檔案,以保障其正常狀態(tài). f) 儘量使用夾具固定焊接件,以利於方便焊接的操作. g）由於焊錫絲成分中,含有鉛類等重金屬,因此操作時(shí)戴手套或操作後洗手,避免 食入. h) 焊劑加熱揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)是對(duì)人體有害的,一般烙鐵離開鼻子的距離至少不 要少於20cm,通常以30cm為宜. i) 焊接操作臺(tái)應(yīng)加有足夠排量的抽風(fēng)系統(tǒng).,19,2.0軟釺焊焊接基礎(chǔ)知識(shí)焊接的分類,2.1.1. 熔焊 2.1.2. 壓焊 2.1.3. 釺焊,釺焊,熔焊,2.1. 焊接的分類,壓焊,20,2.1. 焊接的分類,2.1.4. 超聲壓焊,金絲球焊,鐳射焊等,2.1.5. 通俗來(lái)講: a. 高

11、溫,大型的焊接為硬釺焊, 例如: 電焊,壓焊(碰焊,點(diǎn)焊)等; b. 較低溫,小型的焊接為軟釺焊, 例如: 電子元器件的焊接等.,21,2.2. 軟釺焊焊接基本原理-焊接特點(diǎn),電子裝配關(guān)鍵的連接技術(shù)：軟釺焊焊接技術(shù) 焊接技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn): 焊接點(diǎn)是電子元器件與PCB相應(yīng)電路的電氣連接點(diǎn).焊接點(diǎn)的晶格結(jié)構(gòu)決定了焊接點(diǎn)的強(qiáng)度也就決定了電子產(chǎn)品的性能和可靠性。,釺焊焊接學(xué)中,把焊接溫度低於450的焊接稱為軟釺焊,所用焊料為軟釺焊料.,2.2.1.軟釺焊焊接特點(diǎn): 釺焊焊料的熔點(diǎn)低於焊接件的熔點(diǎn). 通過(guò)加熱釺焊焊料使之熔化,潤(rùn)濕並焊接焊接件. 在焊接過(guò)程中焊接件不熔化. 焊接過(guò)程需要添加助焊劑.（清除氧

12、化層） 焊接過(guò)程是可逆的.（可維修且不損壞原焊接焊器件） 釺焊焊料可基本去除. (必要時(shí)),22,2.3. 軟焊釺焊接方法（通常應(yīng)用於電子產(chǎn)品的裝聯(lián)）,c). 再流焊焊接,b). 波峰焊焊接,a). 手工烙鐵焊接,23,在金屬進(jìn)行焊接時(shí),當(dāng)焊接金屬被加熱到一定的溫度範(fàn)圍則焊接金屬表面在助焊劑的活化作用下,對(duì)金屬表面的氧化層和污染物起到清洗作用,同時(shí)使金屬表面獲得足夠的啟動(dòng)能. 熔融的焊料在經(jīng)過(guò)助焊劑淨(jìng)化的金屬表面上進(jìn)行溶解,浸潤(rùn), 擴(kuò)散和冶金結(jié)合,在焊料和被焊接金屬表面之間生成金屬間結(jié)合層(焊縫),冷卻後使焊料凝固,形成焊點(diǎn). 焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度與金屬間結(jié)合層的晶格結(jié)構(gòu)和厚度有關(guān)。,2.4. 軟釺

13、焊焊接基本原理 - 錫焊機(jī)理,24,2.4.1. 軟釺焊焊接基本原理 物化反應(yīng),軟釺焊焊接就是: 被焊接金屬表面(例: 印製電路板), 助焊劑與熔融 焊料之間的相互作用(物化反應(yīng)).,2.4.1.1. 助焊劑與PCB的反應(yīng) a). 松香(助焊劑)去除氧化膜 - 松香的主要成分是松香酸,熔融點(diǎn)為 74.170呈活性反應(yīng), 300以上失去活性. 松香和 Cu2O反應(yīng)生 成松香酸銅. 松香酸在常溫下和300以上不能和Cu2O起反應(yīng). b). 溶融鹽去除氧化膜 - 一般採(cǎi)用氯離子Cl-或氟離子F-, 使氧化膜生成氯化物或氟化物. c). PCB被溶蝕 - 活性強(qiáng)的助焊劑容易溶蝕母材. d). 助焊劑中

14、的金屬鹽與母材進(jìn)行置換反應(yīng).,25,2.4.1.2. 助焊劑與焊料的反應(yīng) a). 助焊劑中活性劑在加熱時(shí)能釋放出的HCl與SnO起還原反應(yīng). b). 活性劑的活化反應(yīng)產(chǎn)生啟動(dòng)能, 減小介面張力, 提高浸潤(rùn)性. c). 焊料氧化, 產(chǎn)生錫渣.,2.4.1. 軟釺焊焊接基本原理 物化反應(yīng),2.4.1.3. 焊料與母材的反應(yīng) a). 潤(rùn)濕, 擴(kuò)散, 溶解,冶金結(jié)合, 形成結(jié)合層.,26,（a）潤(rùn)濕 （b）擴(kuò)散 （c）溶解 （d）冶金結(jié)合，形成結(jié)合層（IMC）,2.4.2. 軟釺焊焊接基本原理 - 焊接過(guò)程,27,潤(rùn)濕角:,焊點(diǎn)的最佳潤(rùn)濕角 : Cu-Pb/Sn 1545 ,當(dāng)=0時(shí)，完全潤(rùn)濕； 當(dāng)=

15、180時(shí)，完全不潤(rùn)濕；,=焊料和母材之間的介面 與焊料表面切線之間的夾角,（1）潤(rùn)濕,潤(rùn)濕是液體在固體表面漫流的物理現(xiàn) 象, 潤(rùn)濕是物質(zhì)固有的性質(zhì),潤(rùn)濕是焊 接的首要條件.,潤(rùn) 濕,28,分子運(yùn)動(dòng),(2) 潤(rùn)濕條件,(a) 液態(tài)焊料與PCB之間有良好的親和力,能互相溶解; 互溶程度取決於: 原子半徑和晶體類型. 因此潤(rùn)濕是物質(zhì)固有的性質(zhì). (b) 液態(tài)焊料與PCB表面無(wú)氧化層和其他污染物; 清潔的表面使焊料與銅萡原子緊密接近, 產(chǎn)生引力, 稱為潤(rùn)濕力. 當(dāng)焊料與被焊金屬之間有氧化層和其他污染物時(shí), 妨礙金屬原子自由接 近, 不能產(chǎn)生潤(rùn)濕作用. 這也是形成虛焊的原因之一.,潤(rùn) 濕,29,擴(kuò) 散,

16、(2). 潤(rùn)濕力與表面張力,熔融焊料在金屬表面潤(rùn)濕的程度除了與液態(tài)焊料與母材表面清潔程 度有關(guān),還與液態(tài)焊料的表面張力有關(guān). 表面張力與潤(rùn)濕力的方向相反, 不利於潤(rùn)濕. 表面張力是物質(zhì)的本性, 不能消除, 但可以改變.,表面張力 - 在不同相共同存在的體系中, 由於相介面分子與體相內(nèi) 分子之間作用力不同, 導(dǎo)致相介面總是趨於最小的現(xiàn)象. 由於液體內(nèi)部分子受到四周分子的作用力是對(duì)稱的，作用彼此抵消 合力=0. 但是液體表面分子受到液體內(nèi)分子的引力大於大氣分子對(duì) 它的引力, 因此液體表面都有自動(dòng)縮成最小的趨勢(shì). 熔融焊料在金屬表面也有表面張力現(xiàn)象.,(1). 表面張力,30,分子運(yùn)動(dòng),當(dāng)焊膏達(dá)到熔

17、融溫度時(shí)，在平衡的表面張力的作用下，會(huì)產(chǎn)生自定位效應(yīng)（self alignment）。表面張力使再流焊工藝對(duì)貼裝精度要求比較寬鬆，比較容易實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化與高速度。同時(shí)也正因?yàn)椤霸倭鲃?dòng)”及“自定位效應(yīng)”的特點(diǎn)，再流焊工藝對(duì)焊盤設(shè)計(jì)、元器件標(biāo)準(zhǔn)化有更嚴(yán)格的要求。如果表面張力不平衡，焊接後會(huì)出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋、橋接、等焊接缺陷。,(3). 表面張力在焊接中的作用,31, 熔融合金的粘度與表面張力是焊料的重要性能。 優(yōu)良的焊料熔融時(shí)應(yīng)具有低的粘度和表面張力，以增加焊料的流動(dòng)性 及被焊金屬之間的潤(rùn)濕性。 錫鉛合金的粘度和表面張力與合金的成分密切相關(guān)。,(4). 粘度與表面張力,(5). 焊接中降低表

18、面張力和黏度的措施,提高溫度升溫可以降低黏度和表面張力的作用。升高溫度可以 增加熔融焊料內(nèi)的分子距離，減小焊料內(nèi)分子對(duì)表面分子的引力。 適當(dāng)?shù)慕饘俸辖鸨壤齋n的表面張力很大，增加Pb可以降低表面張力。63Sn/37Pb表面張力明顯減小。 增加活性劑能有效地降低焊料的表面張力，還可以去掉焊料的表面氧化層。 改善焊接環(huán)境採(cǎi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)焊接可以減少高溫氧化。提高潤(rùn)濕性,32,融 解,融解是焊料到達(dá)共晶點(diǎn)溫度時(shí), 由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的物化過(guò)程. 不同的合金有著不同的共晶點(diǎn)溫度,例如電子行業(yè)常用的Sn/Pb(63/37)合金它們的共晶點(diǎn)溫度是: 183oC, Sn/Ag/Cu (SAC 305)合金它們的共

19、晶點(diǎn)溫度是: 217oC,33,冶金結(jié)合, 形成結(jié)合層,(a).金屬間擴(kuò)散,溶解結(jié)果的好壞是決定焊接點(diǎn)的焊接是否良好的根本原因,以63Sn/37Pb焊料為例: 共晶點(diǎn)溫度: 為183 焊接擴(kuò)散,溶解溫度: 210-230 冷卻後, 生成金屬間結(jié)合層: Cu6Sn5和Cu3Sn,焊接點(diǎn)冷卻凝固形成的微觀結(jié)構(gòu),紅色的箭指示的是 Cu3Sn 層,34,3.0. 輔助材料基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用,目前, 在電子產(chǎn)品焊接中,通常使用的焊料主要有有鉛和無(wú)鉛兩種. (a). 有鉛焊料使用的是Sn-Pb共晶合金, 其中Sn占63, Pb占37, 因此它也被稱為6337合金,其熔點(diǎn)是183. (b). 無(wú)鉛焊料使用的是S

20、n-Ag-Cu合金, 其中Sn占96.5, Ag占3, Cu占0.5, 因此它也被稱為SAC305合金, 其熔點(diǎn)是217-220.,(a). 焊劑也稱為助焊劑, 其分類方法很多, 通常焊劑分為無(wú)機(jī)助焊劑(如:ZnCl2, NH4Cl, HCl等), 有機(jī)助焊劑(有機(jī)酸, 有機(jī)鹵素等)和樹脂型助焊劑(如松香等).,3.1. 焊料,3.2. 焊劑,熔融焊料在被焊金屬表面所以能產(chǎn)生“潤(rùn)濕”和“擴(kuò)散”, 只有在被焊金屬和 焊料之間的距離達(dá)到互相作用的原子間距時(shí)才能發(fā)生, 而妨礙原子間互相 接近的是金屬表面的氧化層和雜質(zhì). 為了去除氧化層和防止焊接時(shí)金屬表 面氧化, 就必須使用焊劑. 焊劑除了通過(guò)化學(xué)作

21、用去除焊料和被焊金屬表 面的氧化膜外還可以改善焊接時(shí)的熱傳導(dǎo), 加快達(dá)到熱平衡, 保證焊接質(zhì) 量.,35,錫膏(Solder paste),錫膏是一種焊球和焊劑的混合物，通過(guò)加熱可以連接兩個(gè)金屬表面 就重量而言，90%是金屬 就體積而言，50%金屬 / 50%焊劑,溶劑,有機(jī)酸,穩(wěn)定劑,鹽酸鹽,助焊劑,金屬粉,松香,36,錫膏 (Solder paste),焊球 (Solder ball) 球形合金粉末 主要功能: 在兩個(gè)或多個(gè)金屬表面形成永久的金屬連接 助焊劑 (Flux) 基材、活性劑、觸變劑、溶劑 提供兩個(gè)主要功能： 1.使焊球混合能夠保持均勻. 2.它的化學(xué)作用可以將元件,PCB焊盤以及焊球表面的氧化物清除.,37,錫 線 (Solder wire),錫線主要用於手工焊接，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同有一系列的粗細(xì)規(guī)格。為了焊接的需要，錫絲中也需要有焊劑成分，其焊劑是包裹在金屬焊料裏面的（如圖5所示）。按品質(zhì)計(jì)算，錫絲中至少含有 2%到3的焊劑。,38,4.1. SMT 生產(chǎn)中常見缺陷和可能原因,a). 吹孔, 焊點(diǎn)中所出現(xiàn)的孔洞, 大者稱為吹孔, 小者叫做針孔, 皆由膏 體中的溶劑或水分快速氧化所致