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              SMT產品手工焊接部分的基礎知識、技巧

              發布時間:2016-06-13 07:58:22 分類:資料中心

               隨著電子科技的飛速發展,電子組裝行業的進步,元器件封裝形式的不斷變化,使得手工焊接技術也在電子行業重新成為一個新話題。

               
                上個世紀的70年代,芯片封裝基本都采用DIP封裝,此封裝形式在當時具有適合pcb(印刷電路板)穿孔安裝,布線和操作較為方便等特點。70年代末80年代初中國電子科技人員開始關注國外的SMT技術發展,80年代初、中期我國最早規?;MSMT生產線。進入21世紀以來,中國SMT引進步伐大大加快。雖然中國SMT/EMS產業取得了突飛猛進的發展,但客觀來看還存在很多問題。
               
                隨著SMT電子元器件的封裝更新換代加快,由原來的直插式改為了平貼式,連接排線也由FPC軟板進行替代,元器件電阻電容經過了1206,0805,0603,0402后已向0201平貼式,BGA封裝后已使用了藍牙技術,這無一例外的說明了電子發展已朝向小型化、微型化發展,手工焊接難度也隨之增加,在焊接當中稍有不慎就會損傷元器件,或引起焊接不良,所以我們的一線手工焊接人員必須對焊接原理,焊接過程,焊接方法,焊接質量的評定,及電子基礎有一定的了解。
               
                一、焊接基礎
               
                手工焊接 / Hand Soldering :指以烙鐵頭為主要熱源以及其他手動設備,用手工操作的方式加熱錫料與被焊件(如元器件引腳焊端、焊盤、導線等)進行焊接/或拆焊的過程/作業。它是制造電子產品最基本、最有效的裝聯方法。
               
                1、潤濕:熔融焊料在被焊母材表面擴展形成附著層。
               
                在自然界中有很多這方面的例子,舉例來說,在清潔的玻璃板上滴一滴水,水滴可在玻璃板上完全鋪開,這時可以說水對玻璃板完全潤濕;如果滴的是一滴油,則油滴會形成一個球塊,發生有限鋪開,此時可以說油滴在玻璃板上能潤濕;若滴一滴水銀,則水銀將形成一個球體在玻璃板上滾動,這時說明水銀對玻璃不潤濕。焊料對母材的潤濕與鋪展也是一樣的道理,當焊料不加助焊劑在焊盤上熔化時,焊料呈球狀在焊盤上滾動,也就是焊料的內聚力大于焊料對焊盤的附著力,此時焊料不潤濕焊盤;當加助焊劑時,焊料將在焊盤上鋪開,也就是說此時焊料的內聚力小于焊料對焊盤的附著力,所以焊料才得以在焊盤上潤濕和鋪展。
               
                2、潤濕角:是指焊料與母材間的界面和焊料熔化后焊料表面切線之間的夾角,又稱接觸角
               
                3、擴散:伴隨著潤濕的進行,焊料與母材金屬原子間的相互擴散現象開始發生。通常原子在晶格點陣中處于熱振動狀態,一旦溫度升高。原子活動加劇,使熔化的焊料與母材中的原子相互越過接觸面進入對方的晶格點陣,原子的移動速度與數量決定于加熱的溫度與時間。
               
                二、助焊劑的作用
               
                助焊劑(FLUX)這個字來自拉丁文是"流動"(Flow in Soldering)。
               
                助焊劑主要功能為:
               
                1.除去氧化物
               
                要達到一個好的焊點,被焊物必須要有一個完全無氧化層的表面,但金屬一旦曝露于空氣中回生成氧化層,這中氧化層無法用傳統溶劑清洗,此時必須依賴助焊劑與氧化層起化學作用,當助焊劑清除氧化層之后,干凈的被焊物表面,才可與焊錫結合。
               
                助焊劑與氧化物的化學放映有幾種:
               
                a、相互化學作用形成第三種物質;
               
                b、氧化物直接被助焊劑剝離;
               
                c、上述兩種反應并存。
               
                2.防止再氧化
               
                當助焊劑在去除氧化物反應的同時,必須還要形成一個保護膜,防止被焊物表面再度氧化,直到接觸焊錫為止。所以助焊劑必須能承受高溫,在焊錫作業的溫度下不會分解或蒸發,如果分解則會形成溶劑不溶物,難以用溶劑清洗。
               
                3、降低被焊接材質表面張力
               
                在焊接過程中,焊料基本處于液體狀態,而元件管腳或焊盤則為固體狀態,當兩種物質接觸時,因液態物質表面張力的作用,會直接造成兩種物質接觸界面的減小,我們對這種現象的表面概括是“錫液流動性差”或“擴展率小”,這種現象的存在影響合金形成的面積、體積或形狀。這時需要的是助焊劑中“表面活性劑”的作用,“表面活性劑”通常指在極低的濃度下,就能夠顯著降低其他物質表面張力的一種物質,它的分子兩端有兩個集團結構,一端親水憎油另一端親油憎水,通過其外部表現可以看到,它由溶劑可溶性和溶劑不溶性兩部分組成,這兩個部分正處于分子的兩端,形成一種并不對稱的結構,它只所以能夠顯著降低表面張力的作用正是由這種特殊結構所決定的。
               
                助焊劑中表面活性劑的添加量很小,但作用卻很關鍵,降低“被焊接材質表面張力”,所表現出來的就是一種強效的潤濕作用,它能夠確保錫液在被焊接物表面順利擴展、流動、浸潤等。通常焊點成球、假焊、拉尖等類似不良狀況均與表面活性不夠有一定關系,而這種原因不一定是焊劑“表面活性劑”添加量太少,也有可能是在生產工藝過程中造成了其成分解、失效等,從而大大減弱表面活性作用。
               
                三、電烙鐵的結構
               
                (1)手柄 (2)電發熱器 (3)烙鐵頭 (4)控溫系統
               
                各部份的作用:
               
                烙鐵手柄——為操作者提供舒適而安全的使用手柄。
               
                電發熱器——電熱轉換,為烙鐵頭提供熱能。
               
                烙 鐵 頭—— 接受與儲存熱能,并將焊接所需的熱能或溫度,迅速而有效地傳遞到所需的 焊接處。
               
                控溫系統——以控制烙鐵頭達到所需要的焊接溫度,并保持其穩定性。
               
                電烙鐵的特性與參數
               
                1、輸入電功率(耗電量) 6、烙鐵頭漏電電壓
               
                2、電熱轉換率 7、電絕緣阻抗
               
                3、熱容量 8、使用壽命
               
                4、最高焊接溫度 9、操作與維修性
               
                5、復熱速率 10、價格
               
                烙鐵頭選擇的基本原則
               
                1、烙鐵頭的形體粗細或質量(即重量)輕重應與被焊接處所需的熱容量或焊接溫度相匹配。
               
                2、烙鐵頭形體的幾何形體(特別是其頭部)應與被焊接的空間位向相適用。
               
                3、烙鐵頭頭部的幾何形體應使其與被焊接處的接觸面積為最大。
               
                4、烙鐵頭柄部應與所用烙鐵身相匹配(即柄部的內徑或外徑與烙鐵身的配合應適宜而無松動)。
               
                5、烙鐵頭其使用壽命應較長(如耐高溫、耐腐蝕、不易磨損等)且價格適當。
               
                四、焊接溫度與時間
               
                1、手工錫焊溫度與時間
               
                1) 手工錫焊的溫度是烙鐵頭于被焊件相互接觸并能形成錫焊點所需的溫度(即焊接點處實際所能得到的溫度或專稱“焊接溫度”)。一般該溫度不高于錫料自身熔點溫度38℃或100°F,為宜。
               
                2) 手工錫焊的時間是指烙鐵頭與被焊件相互接觸并能形成錫焊點所需的時間(既烙鐵頭在焊接處停留的時間或專稱“焊接時間”)。一般應控制在1~5秒之間為宜。
               
                焊接時間選擇:
               
                1~2秒:小焊點、熱敏元器件、片式元器件(如電阻、電容)等。
               
                2~3秒:中焊點、紙基或玻璃纖維基的pcb板、通孔插裝元器件、多引腳貼裝器件、搪錫以及導線等。
               
                3~5秒:大焊點、玻璃纖維基的pcb板、焊接面積大或散熱快者以及屏蔽線或較粗的導線等。
               
                2、焊錫絲直徑選擇:
               
                0.8~1.0mm:小焊點、熱敏元器件、片式元器件、多引腳小間距的貼裝器件等。
               
                1.0~1.2mm: 中焊點、通孔插裝元器件、多引腳中、大間距的貼裝器件、搪錫以及導線等。
               
                1.0 ~2.0mm: 大焊點、搪錫、屏蔽線、較大或散熱快的接地、添錫拆焊等。
               
                一般焊錫絲的直徑應約等于焊盤直接的1/2。
               
                五、手工焊接步驟
               
                A、五步法:
               
                1、準備:清潔烙鐵頭并沾涂薄錫
               
                2、加熱:烙鐵頭對被焊件加熱
               
                3、送加錫絲:相被焊件供送錫絲
               
                4、移開錫絲:移轉烙鐵頭且移開錫絲
               
                5、抽離烙鐵頭:回待并抽離烙鐵頭
               
                B、兩點加錫法
               
                1、在烙鐵頭和被焊接件間加焊錫,形成熱橋。
               
                2、移動焊錫絲到烙鐵頭的對面,繼續加注焊料,達到滿意的焊點后成45度離開。
               
                六、手工焊接中常見的十種不良習慣:
               
                1、用力過大(全產生白斑、焊盤翹起或變形等)
               
                2、焊料熱橋不合適(會產生冷焊點及焊料流動不充分)
               
                3、錯誤的加熱頭尺寸(如果選擇過小的烙鐵頭:將會增加焊接時間,或導致冷焊點及焊料流動不充分;選擇過大的烙鐵頭:將會損壞機板及相鄰器件)
               
                4、濕度過高(會導致焊盤起翹及機板損傷)
               
                5、助焊劑使用不當(會增加腐蝕,電子遷移助長金屬須地增長)
               
                6、轉移焊接(指插裝元器件而言,會導致潤濕不良)
               
                7、修飾性重焊(增加金屬間化合層的增長)
              來源:SMT產品手工焊接部分的基礎知識、技巧

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