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1、 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering钎焊与电子组装技术钎焊与电子组装技术Soldering & Electronic Packaging Technology 赵兴科赵兴科 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering目录目录1 1 电子组装分级电子组装分级2 2 电子组装材料与元器件电子组装材料与元器件
2、3 3 电子组装的互联技术电子组装的互联技术4 4 金属连接原理金属连接原理5 5 电子组装的可靠性电子组装的可靠性 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering3 电子组装的互联技术电子组装的互联技术3.1 芯片互联技术芯片互联技术3.2 器件互联技术器件互联技术3.3 板卡互联技术板卡互联技术 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering E
3、ngineering3.2 器件互联器件互联3.2.1 印制电路板印制电路板印制电路板（PCB）是一种在覆铜箔绝缘基板上用印制、蚀刻、钻孔等手段制造出导体图形相元器件安装孔，构成电气互连，并给元器件提供机械支持的互连基板。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering60年代以来，PCB技术发展很快，从单面板至多层板（50层），从2.54mm通孔中心距之间走1根线（0.3mm线宽）发展至走6根线（0.07-0.05mm线宽。40年代中期晶体管发明之后就出现印
4、制电路板，以平面布线取代分支走线，至今仍然是电子组装与互连的主要基板。80年代以后，表面安装技术（SMT）兴起，正在逐渐取代常规的穿孔插入式技术（THT）。新兴的芯片组件技术（MCM）也离不开PCB技术。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering School of Mat
5、erials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering（1） 印制电路板的制造工艺印制电路板的制造工艺PCB制造工艺大致可分为三大类 加成法 减成法 多线法 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering加成法加成法在绝缘基板上用化学淀积法或真空薄膜淀积法，沉积一层薄范的金属铜，然后光刻腐蚀出所需的导体图形。其优点是线条精细，缺点是铜层粘附强度不同，制造成本高
6、。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering减成法减成法在覆铜绝缘基板上用光到法或丝网痈印法形成正相抗蚀保护膜，然后蚀刻出所需的导体图形。双面PCB的减成法的工艺流程为：CAD布线设计光绘制版贴膜（或丝印）曝光检验等；多层PCB的减成法制作工艺流程为：PCB数控钻孔孔金属化（化学沉铜）显影腐蚀印阻焊膜及字符贴膜曝光腐蚀测试通断多层层压贴膜腐蚀钻孔孔金属化印阻焊膜及字符外形加工检验等。减成法是当前最普遍的PCB制造工艺，适合大量生产，成本低。 School
7、 of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering多线法多线法利用计算机控制的专用布线设备，将绝缘漆包线布在涂有热塑性塑料的PCB上，带有超声加热的布线头将漆包线按规定的x、y坐标嵌入塑料内，线条可以密排，可以交叉（因为是绝缘的）。布完后待塑料固化，各层导线如需要互连点，按PCB一样钻孔和孔内金属化。其优点是不需照相制版，生产周期短，适合于多品种小批量生产；缺点是需要昂贵的专用设备。上世纪70年代后期推出的一种独特的多层PCB工艺。早期用线径0.10mm-0.15mm漆包线布
8、线，线中心距0.375mm；80年代中后期推出微线法，用直径0.05mm漆包线，布线中心距为0.20mm-0.125mm，故布线密度高。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering（1） 波峰焊的原理波峰焊的原理波峰焊是将已装好元件的PCB，由机械传送机构，先浸入焊剂槽，再通过经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的熔融焊料波峰，使全部焊点依次全部焊好，实现元器件焊端或引脚与PCB焊盘之间机械与电气连接的软钎焊群焊技术。根据机器所使用不同几何形状的波峰，波峰焊系统
9、可分许多种，如单波峰焊、双波峰焊等。3.2.2 波峰焊技术波峰焊技术 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering对通孔元件来讲，单个波峰就足够了。PCB板进入波峰时，焊锡流动的方向和PCB板的行进方向相反，可在元件引脚周围产生涡流，如同洗刷，将上面所有助焊剂和氧化膜的残余物去
10、除，在焊点到达浸润温度时形成浸润。对于混装元件有时需要双波峰焊接。两个波峰分别是湍流波和平滑（或层流）波。湍流波的湍流部分防止漏焊，它保证穿过电路板的焊料分布适当。焊料以较高速通过狭缝渗入，从而透人窄小间隙。喷射方向与电路板进行方向相同。单个湍流波不能很好地焊接，它会在焊点上留下不平整和过剩的焊料，需要第二层流波或平滑波予以消除。层流波实际上与传统的通孔插装组件使用的波一样。因此，当传统组件在一台机器上焊接时，就可以把湍流波关掉，仅用层流波对传统组件进行焊接。 School of Materials School of Materials Science & Science &
11、 Engineering Engineering波峰焊的基本流程为：将元件插入相应的元件孔中预涂助焊剂预烘（温度90-1000C，长度1-1.2m）波峰焊（220-2400C）切除多余插件脚检查。（2）波峰焊工艺流程）波峰焊工艺流程 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering 波峰高度 传送倾角 热风刀 焊料 助焊剂 预热工艺 参数的协调（3）波峰焊的主要工艺参数）波峰焊的主要工艺参数 School of Materials School of Mater
12、ials Science & Science & Engineering Engineering波峰高度波峰高度波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃锡高度。其数值通常控制在PCB板厚度的1/22/3，过大会导致熔融的焊料流到PCB的表面，形成桥连。传送倾角传送倾角波峰焊机在安装时除了使机器水平外，还应调节传送装置的倾角，通过倾角的调节，可以调控PCB与波峰面的焊接时间，适当的倾角，会有助于焊料液与PCB更快的剥离，使之返回锡锅内。热风刀热风刀所谓热风刀是PCB刚离开焊接波峰后，在PCB的下方放置一个窄长的带开口的“腔体”，窄长的腔体能吹出热气流，尤如刀状，故称“热风刀”。 Scho
13、ol of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering焊料焊料焊料的杂质主要是来源于PCB上焊盘的铜浸析，过量的铜会导致焊接缺陷增多。助焊剂助焊剂助焊剂涂敷之后的预热可以逐渐提升电路板的温度，并使助焊剂活化，减小组件进入波峰时产生的热冲击。还可以用来蒸发掉所有可能吸收的潮气，或稀释助焊剂的载体溶剂，以避免在过波峰时沸腾并造成焊锡溅射，或者产生蒸汽留在焊锡里面，形成中空的焊点或砂眼。 School of Materials School of Materials Science
14、 & Science & Engineering Engineering预热预热线路板通过传送带进入波峰焊机以后，经过助焊剂涂敷装置，利用波峰、发泡或喷射的方法涂敷到PCB板上。由于大多数助焊剂在焊接时必须要达到并保持一个活化温度，保证焊点完全浸润，因此线路板在进入波峰槽前要先经过一个预热区。波峰焊机预热段的长度由产量和传送带速度来决定。产量越高，PCB板需要的预热区越长，以满足浸润温度的需要。另外，由于双面板和多层板的热容量较大，因此它们比单向板需要更高的预热温度。工艺参数的协调工艺参数的协调波峰焊机的工艺参数带速，预热时间，焊接时间和倾角之间需要互相协调，反复调整。 Sch
15、ool of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering（4）波峰焊主要焊接缺陷及及预防措施）波峰焊主要焊接缺陷及及预防措施波峰焊广泛运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。随着元器件变得越来越小，PCB组装密度越来越密，另外由于免清洗助焊剂不含卤化物，固体含量不能超过2%，因此去氧化和助焊作用大大减小，使波峰焊工艺的难度越来越大。 School of Materials School of Materials Science &
16、Science & Engineering Engineering良好的焊点应该是外形饱满、内部致密。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering焊料不足焊料不足焊料不足是指焊点干瘪，焊点不完整，不饱满。插装孔及导通孔中焊料填充高度不足75%，大多是半润湿引起的。预防措施：预热温度控制在90130，复杂板取上限；锡波温度控制在（2505），焊接时间35s；插装孔的孔径比引脚直径大0.150.4mm （细引线取下限，粗引线取上限）；波峰高度一般控制在
17、PCB厚度的2/3处；PCB爬坡角度为37。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering漏焊、虚焊是指元器件焊端、引脚或PCB焊盘不沾锡或局部不沾锡。大多由于润湿不良造成。漏焊、虚焊漏焊、虚焊 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering预防措施：元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期。对PCB进行
18、清洗和去潮处理；波峰焊应选择三层端头结构的表面贴装元器件，元器件体和焊端能经受两次以上260波峰焊的温度冲击；SMD布局应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则。适当延长搭接后剩余焊盘长度；印制电路板翘曲度小于0.8%1.0%； 调整波峰焊机及导轨或PCB 传输架的横向水平； 大板采用导轨支撑或加工专用工装；PCB设计时大小元件尽量均匀布局；清理波峰喷嘴；使用合适的助焊剂。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering焊料过多焊料过多焊料过多是指元件焊端
19、和引脚周围被过多的焊料包围，或焊点中间裹有气泡，不能形成标准的弯月面焊点。预防措施：根据PCB 尺寸、是否多层板、元器件多少、有无贴装元器件等设置预热温度。PCB 底面温度在90130，有较多贴装元器件时预热温度取上限； 更换焊剂或调整适当的密度；提高PCB加工质量，元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中；锡的比例61.4%时，可适量添加一些纯锡，杂质过高时应更换焊料；每天结束工作后应清理残渣。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering焊点桥接或短路焊点桥
20、接或短路桥接又称连桥，是指元件端头之间、元器件相邻的焊点之间以及焊点与邻近的导线、过孔等电气上不该连接的部位被焊锡连接在一起。预防措施：除了对预热温度、锡波温度和焊接时间的控制，PCB 设计也必须合理，两个端头的长轴与焊接方向垂直，长轴应与焊接方向平行。将最后一个引脚的焊盘加宽；插装元器件引脚应根据PCB的孔距及装配要求进行成形，如采用短插一次焊工艺，焊接面元件引脚露出PCB表面0.83mm， 插装时要求元件体端正；提高助焊剂的活性；去除有害杂质，减低焊料的内聚力，以利于两焊点之间的焊料分开。目前解决桥接和短路的方法是风刀技术。 School of Materials School of Ma
21、terials Science & Science & Engineering Engineering焊料球焊料球又称焊锡球、焊锡珠，是指散布在焊点附近的直径为0.2mm0.4 mm的珠状焊锡，常出现在无铅波峰焊的印制电路板表面。焊锡珠不仅影响产品的外观，同时由于PCB上元器件引脚间距很小和布线很密，焊锡珠还会造成短路现象，影响产品的可靠性。预防措施：严格来料检验，元器件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期。对PCB进行清洗和去潮处理；采用亚光型阻焊膜；设计时尽量使阻焊膜远离焊点。 School of Materials School of Materials
22、 Science & Science & Engineering Engineering气孔气孔气孔是指分布在焊点表面或内部的气孔、针孔。在焊点内部比较大的吹气孔也称空洞。预防对策：严格来料检验；使用合适的焊料；PCB爬坡角度为37；每天关机前清理焊料锅表面的氧化物等残渣。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering冷焊和焊点扰动冷焊和焊点扰动又称焊点纹乱，是指焊点表面呈现焊锡紊乱痕迹。预防措施：检查电机是否有故障；检查电压是否稳定，人工取
23、、放PCB时要轻拿轻放；锡波温度为（2505），焊接时间35s。温度略低时，传送带速度调慢一些。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering板面脏板面脏，主要是由于焊剂固体含量高、涂覆量过多、预热温度过高或过低，或由于传送带太脏、焊料锅中氧化物及锡渣过多等原因造成的；PCB 变形变形，一般发生在大尺寸PCB，主要由于大尺寸PCB重量大或由于元器件布置不均匀造成重量不平衡所致，这需要PCB设计时尽量使元件分布均匀，在大尺寸PCB 中间设计支撑带；掉片现象掉片
24、现象，其主要原因是贴片胶质量差，或由于贴片胶固化温度不正确，过低或过高都会降低粘接强度。波峰焊时由于经不起高温冲击和波峰剪切力的作用，使贴装元器件掉在焊料锅中。微观缺陷微观缺陷，例如焊点晶粒大小、焊点内部应力、焊点内部裂纹、焊点发脆、焊点强度差等，这些要通过X 光、焊点疲劳试验等手段才能检测到。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering波峰焊设备的构造波峰焊设备的构造（5）波峰焊设备）波峰焊设备波峰焊设备的构造大体是一致的，因为按照焊接线路板的波峰焊工艺包括四个基本工序，即涂助焊剂予热波峰焊冷却。相应地，波峰焊设备包括涂助焊剂装置、予热装置、波峰焊装置和冷却装置等四个基本装置。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering
