焊接技术培训

多 层 板
纯 T H C
110~ 125
多 层 板
T H C 与 S M D 混 装
110~ 130
关键工艺参数的控制
2 焊接温度和时间
• 焊接过程是焊接金属表面、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过 程，必须控制好焊接温度和时间，如焊接温度偏低。液体焊料的黏度大，不 能很好地在金属表面润湿和扩散，容易产生拉尖和桥连、焊点表面粗糙等缺 陷；如焊接温度过高，容易损坏元器件，还会产生焊点氧化速度加快、焊点 发乌、焊点不饱满等问题。 • 根据印制板的大小、厚度、印制板上搭载元器件的大小和多少来确定 波峰焊温度，波峰温度一般为250±5℃（必须测打上来的实际波峰温度）。 由于热量是温度和时间的函数，在一定温度下焊点和元件受热的热量随时间 的增加而增加，波峰焊的焊接时间通过调整传送带的速度来控制，传送带的 速度要根据不同型号波峰焊机的长度、波峰的宽度来调整，以每个焊点接触 波峰的时间来表示焊接时间，一般焊接时间为3-4s。
在焊接区蒸发造成
－ 焊锡稳定下降 － 蒸气引发不良的热传导 － 蒸气造成小气孔 － 喷锡造成焊球或焊丝
黏性太低而容易给溶锡波峰冲除，造成润湿不良或焊球等问题。
助焊的活性不足。
决定预热设置的因素：
－ 板的设计（厚度、热容量等） － 助焊剂的比热和蒸发温度 － 助焊剂的量（潜热）
热风对流预热：
－ 风的流动同时带走蒸气 － 对通孔较有效 － 不会超温过热
一 焊接机理及可焊性测试
焊接机理分析
润湿(wetting)和铺展(spreading)
The flow and adhesion of a liquid to a solid surface, characterized by smooth, even edges. In reference to soldering wetting is the formation of a uniform, smooth, unbroken and adherent layer of solder onto a base metal. 润湿是指液体在固体表面的流动和连接，其特征是具有光滑和均 匀的边缘。对软钎焊而言，润湿是指软焊料在母材金属上形成一 均匀、光滑、不易破碎的连接层。
润湿天平法结果评价
零交时间：润湿力－时间曲线和零轴相交的时间 A级：小于1秒 B级：小于2秒
试验开始达到2秒的润湿力F2： A级：达到最大理论润湿力的50％ B级：2秒前达到正值
试验开始达到5秒的润湿力F5 A级：达到或超过F2 B级：达到或超过F2
一 波峰焊工艺
波峰焊主要用于传统通孔插装印制电路板电装工艺， 以及表面组装与通孔插装元器件的混装工艺。
Smooth laminar wave
不能兼顾高压作用和平缓作用 易造成桥连和虚焊（上锡不良）
Dual Wave soldering
关键工艺参数的控制
1 印制板预热温度和时间
•预热的作用： •a 将焊剂中的溶剂挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体 •b 焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化，可以去除印制板焊 盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物，同时起到 保护金属表面防止发生再氧化的作用 •c 使印制板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温产生热应 力损坏印制板和元器件。
底部或内部。
助焊剂涂布
气压喷嘴
Spray Fluxing 喷雾式
优点：
－ 适用于绝大部分的助焊剂 － 良好的重复性能 － 喷雾量的可控性较强 － 可以处理较长的引脚
缺点：
－ 通孔渗透能力较弱 － 助焊剂用量较大（不能回收） － 设备需经常清理 － 工艺框限较小 － 涂布厚度受助焊剂密度的影响
较深。需控制的紧。
形成良好焊点的基本过程
润湿
扩散
冶金化
最关键步骤，影响因素：PCB、元器件、焊料、焊剂 设备、工艺参数
Gas 气相
slg
sgs q
solder
sls
Pad(Device PCB)
影响焊接质量的因素
焊料和母材成分 若焊料与母材在液态和固态下均不 发生物理化学作用，则它们之间的润湿作用就很差； 反之则好。
Control drainage
Ripples
波峰技术 改良型
1986年型 波峰
双波峰焊接技术
PCB 传感器
PCB 传输方向
传送带
预热器
助焊剂
控制器
双波峰焊示意图
传感器 计数器
焊料锅
各自的特点
Single Wave soldering
High pressure turbulent wave
Bridging
波峰焊接工艺
Flow Soldering : Solder and Heat apply at the same time. Only one time flowing.
进板 助焊剂 预热 焊接 冷却/出板
波峰焊炉
波峰焊接技术的弱点
不适用于一些 SMD
组装密度的限制
热冲击问题
复杂的设备调整
波峰焊接工艺过程详解
随着温度升高和时间延长， Cu 原子渗透到Cu6Sn5 中，局 部结构转变为Cu3Sn（ε相）， Cu 含量由40%增加到66%。当 温度继续升高和时间进一步延长， Sn/Pb焊料中的Sn不断向Cu 表面扩散，在焊料一侧只留下Pb，形成富Pb层。 Cu6Sn5和富 Pb层之间的的界面结合力非常脆弱，当受到温度、振动等冲击， 就会在焊接界面处发生裂纹。
间隙 间隙是直接影响钎焊毛细填缝的重要因素。 毛细填缝的长度(或高度)与间隙大小成反比。
钎料与母材的相互作用 液态钎料与母材发生相互 溶解及扩散作用，致使液态钎料的成分、密度、粘度 和熔化温度区间等发生变化，这些变化都将在钎焊过 程中影响液态钎料的润湿及毛细填缝作用。
焊点界面处金属间化合物
焊点强度及可靠性
钎焊温度 加热温度的升高，液-气相界面张力减小， 有助于提高焊料的润湿能力。
母材表面氧化物 在有氧化物的母材表面上，液态焊 料往往凝聚成球状，不与母材发生润湿，也不发生填 缝。
母材表面粗糙度 母材表面的粗糙度，对焊料的润湿 能力有不同程度的影响。
影响软钎焊性的因素
焊剂 使用焊剂可以清除钎料和母材表面的氧化物， 改善润湿作用。
焊接技术培训
主讲：罗道军 20050514东莞生益电子
课程主要内容
1 焊接基本原理 2 波峰焊接工艺 3 再流焊接工艺 4 PCBA失效分析技术 5 无铅焊接简介
课程预期目标
熟悉焊接基本原理 掌握波峰焊接工艺参数的设置方法及常见缺 陷控制措施 掌握回流焊接工艺参数的设置方法和常见缺 陷控制措施 掌握常用的PCBA失效分析方法 了解无铅焊接技术的基本情况
影响焊点强度的因素： （1）金属间合金层（金属间化合物）质量与厚度； （2）焊接材料的质量； （3）焊料量（结合强度、应力分布）； （4）焊点形态（影响应力分布）。
合金层的影响
以63Sn/37Pb焊料与Cu表面焊接为例
当温度达到210-230℃时， Sn向Cu表面扩散，而Pb不扩散。 初期生成的Sn-Cu合金为：Cu6Sn5（η相）。其中Cu 的重量百 分比含量约为40%。
关键工艺参数的控制
1 印制板预热温度和时间
•印制板预热温度和时间要根据印制板的大小、厚度、元器件的大小 和多少、以及贴装元器件的多少来确定。预热温度在90~130℃（PCB 表面温度），多层板以及有较多贴装元器件时预热温度取上限，不 同PCB类型和组装形式的预热温度参考表。参考时一定要结合组装板 的具体情况，做工艺试验或试焊后进行设置。有条件时可测实时温 度曲线。预热时间由传送带速度来控制。如预热温度偏低或和预热 时间过短，焊剂中的溶剂挥发不充分，焊接时产生气体引起气孔、 锡球等焊接缺陷；如预热温度偏高或预热时间过长，焊剂被提前分 解，使焊剂失去活性，同样会引起毛刺、桥接等焊接缺陷。因此要 恰当控制预热温度和时间，最佳的预热温度是在波峰焊前涂覆在PCB 底面的焊剂带有粘性。
Cu
富Pb层
合金层的影响
金属间合金层厚度（μm）
*厚度为0.5μm时抗拉强度最佳；
*0.5~3μm时的抗拉强度可接受；
*＜0.5μm时，由于金属间 合金层太薄，几乎没有强度；
拉伸力 （千lbl/in2）
金属间合金层厚度与抗拉强度的关系
*＞3μm时，由于金属间合金层太厚， 使连接处失去弹性，由于金属间化 合物的结构疏松、发脆，也会使强 度小。
关键工艺参数的控制
3印制板爬坡(传送带倾斜)角度和波峰高度
印制板爬坡角度为3-7°，有利于排除残留在焊点和元件周围由焊 剂产生的气体，有SMD时，通孔比较少，爬坡角度应大一些。 适当的爬坡角度还可以少量调节焊接时间。 适当的波峰高度使焊料波对焊点增加压力和流速有利于焊料润湿 金属表面、流入小孔，波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3处。
关键工艺参数的控制
1 印制板预热温度和时间 预热温度参考表
P C B 类 型
组 装 形 式
预 热 温 度 （ ℃ ）
单 面 板 纯 T H C 或 T H C 与 S M C /S M D 混 装 90~ 100
双 面 板
纯 T H C
90~ 110
双 面 板
T H C 与 S M D 混 装
100~ 110
进板 助焊剂 预热 焊接 冷却/出板 避免余热造成损坏 方便手工处理
质量观Extension plate
solder
T形波峰
－ 较强的通孔渗透力 － 桥接问题
solder
宽平波峰
（倾斜导轨） － 减少桥接问题 － 处理高密度能力不强
单波峰焊接技术
Control penetration
助焊剂涂布
工艺能力较差，少用于SMT上