焊接知识培训教材.doc

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焊接知识

培

训

教

材

编制:

李承华

佛山柏奇贸易公司出版

一、焊锡原理

1、润湿

所谓焊接即是利用液态的“焊锡”与基材接合而达到两种金属化学键合的效果。

A、特点：

以胶合不同，焊接是焊锡分子穿入基材表层金属的分子结构而形成一坚固完全金属的结构，当焊锡熔解时不可能完全从金属表面上把它擦掉，因为它已变成基层金属的一部份。

而胶合则是一种表面现象可以从原来表面被擦掉。

B、关于润湿的理解：

水滴在一块涂有油脂的金属薄板上，水形成水滴一擦即掉，这表示水未润湿或粘在金属薄板上，如果金属基材表面清洁并干燥，那么当他接触水后则水扩散金属薄板表面而形成薄面均匀膜层怎么摇也不会掉，这表示水已经润湿此金属板。

C、润湿的前提：

清洁

几乎所有的金属曝露在空气中时都会立刻氧化这将防碍金属表面的焊锡润湿作用，所以必须先清洁焊锡面后进行焊接作业。

D、锡的表面张力

焊锡湿度会影响表面张力，即温度愈高表面张力愈小，焊锡表面和铜板之间的角度，称为润湿角度它是所有焊点检验基础。

E、认识锡铅合金

锡铅合金与温度变化图

单位:

℃A

350

固

300熔

融C

250状

态液固混合状态

200BD

183.3共结晶点

150

E

100

0

19.725303540455055606365707580859095%

（锡铅合金比例）

上图说明:

锡铅合金在183.3℃时处于固体与液体的混合阶段,即半熔融状而在37/63时则可液体或固体直接变为固体或液体,而不经过半熔融状态。

故：

我们在183.3℃的温度上结合焊接时间,热吸收等因素;增加55℃-80℃来完成焊接.而采用63/37或60/40焊锡有以下三点原因：

①因其不经过半熔融状态而迅速固化或液化;因此可最快速度完成焊锡工作。

②能在较低温度时开始焊接作用，是锡炉合金中焊接性能最佳之一种。

③熔液之潜透力强，可扎根般地渗透金属表面之极细微间隙。

二、认识助焊剂.

助焊剂是所有锡焊作业中不可缺少的辅助性材料,其作用有:

①清除焊接金属表面氧化膜。

②在焊接物表面形成一层液态的保护膜;隔绝高温时四周的空气，防止金属表面的再氧化。

③降低焊锡表面张力，增加其扩散能力。

④焊接瞬间可以让熔融状焊锡取代，顺利完成焊接

其分类:

1、松香型2、免洗型3、水溶性4、环保型

而免洗型又分为免洗透明型，低活性和高活性

三、锡炉的基本知识

焊锡完成的基本条件是：

锡铅合金;焊接材料（基板与零件脚）;温度;辅助材料是助焊剂。

锡炉正是根据以上几个条件采用机械方式制作出来的。

A、锡炉的基本结构

1、完成助焊剂喷涂到PCB上的助焊剂槽及喷嘴。

焊接技术要求：

助焊剂必须均匀地涂覆在PCB焊接面上;故助焊剂必须形成又细又密的泡沫物与PCB接触，则发泡管及喷射嘴不得有堵塞现象，气压足够，为达到良好的效果，其助焊剂必须比重适宜，固体含量低（3%左右），且无水份否则将影响焊接。

2、预热板

作用：

使沾了助焊剂的线路板快速加热使水份蒸发并减少线路板上锡时的温差，同时可避免零件因热量提升过快而损坏，防止线路板突然受热而变形，其次是使松香能发挥最佳的助焊效果。

焊接技术要求：

助焊剂必须烤干而又不失效且PCB干燥，其焊锡面温度在焊接前达到80-120℃;为焊接作准备.为保证预热效果，预热板必须表面光洁以保持其热传导性保证预热效果。

3、锡槽

锡槽是完成焊接最关键的组成部分，他通过蜗轮转动在密室内形成一股强力的动力将锡喷上锡槽并形成波峰状。

前部波峰瀑布状的锡波通过快速移动刷掉因“遮蔽效应”而滞留在PCB焊锡面的助焊剂，让锡能够可靠完全的润湿PCB焊点，其仰冲的最佳角度为5度,以便让后部的平稳锡波进一步修整已被润湿但形状不规整的焊点，使之完美。

焊接技术要求：

1、焊接时锡波平稳，基板无颤动。

2、焊接时间：

245℃时其焊接时间在3-5S最佳

3、锡波无杂质,无氧化物、基板表面有助焊剂在上锡前包覆焊锡面

防止氧化。

4、焊接材料无水份受热蒸发且已达到一定的预热温度。

锡槽结构图

这就要求：

锡槽保持清洁,定时将氧化物等杂质清走，保持锡槽周围及输送带爪的清洁，锡槽定期放锡重新整理保持锡波平稳，马达定期加润滑油，锡槽的高度合适不让锡泵超负荷运行且尽量缩小旋转速度减小锡波荡漾并保护发热管。

输送带爪清洁避免将杂质及其它物质带入锡槽污染锡的质量。

4、输送带

输送带是完成焊接过程的机械化装置，它让焊接过程机械

化、标准化.减少人为因素造成的焊接不良。

其焊锡的技术

要求:

运行平稳无颤动，输送带爪无变形清洁。

链条必须定期

加润滑油以保证输送带运行平稳.而清洗槽是清洁输送带的自

动化装置，它可以预防爪子将杂质及其他物质带入锡槽所以必须

保证其运行正常。

PCBA过波峰状态图

锡炉的基本操作知识

1、焊锡及锡渣问题

 通常，组件没有均匀的受热质量,要保证所有的焊点达到足够的温度，以便形成合格的焊点是必要的。

重要的问题是要提供足够的热量，提高所有引线和焊盘的温度，从而确保焊料的流动性，湿润焊点的两面。

焊料的温度较低就会降低对元件和基板的热冲击，有助于减少浮渣的形成，在较低的强度下，进行焊剂涂覆操作和焊剂化合物的共同作用下，可使波峰出口具有足够的焊剂，这样就可减少毛刺和焊球的产生。

      焊锡槽中的焊料成份与时间有密切关系，即随着时间而变化，这样就导致了浮渣的形成。

这就是要从焊接的组件上①去除残余物和②其它金属杂质的原因及③在焊接工艺中锡损耗的原因。

以上这些因素可降低焊料的流动性。

在采购中，要规定的金属微量浮渣和焊料的锡含量的最高极限，在各个标准中，（如象IPC/J-STD-006都有明确的规定）。

在焊接过程中，对焊料纯度的要求在ANSI/J-STD-001B标准中也有规定。

除了对浮渣的限制外，对63％锡；37％铅合金中规定锡含量最低不得低于61.5％。

      波峰焊接组件上的金和铜浓度聚集比过去更快。

这种聚集，加上明显的锡损耗，可使焊料丧失流动性，减少张力并增强聚结力；从而产生焊接问题。

外表粗糙、呈颗粒状的焊点常常是由于焊料中的浮渣所致。

由于焊锡槽中集聚的浮渣或组件自身固有的残余物暗淡、粗糙的粒状焊点也可能是锡含量低的征兆，不是局部的特种焊点，故此属锡槽产生氧化锡导致锡损耗的结果。

这种外观也可能是在凝固过程中，由于振动或冲击所造成的（后面将讲到的冰柱的问题）。

      焊点的外观就能直接体现出工艺问题或材料问题。

为保持焊料“满槽”状态和按照工艺控制方案对检查焊锡槽分析是很重要的。

由于焊锡槽中有浮渣而“倒掉”焊锡槽中的所有焊锡，通常来说是不必要的，由于在常规的应用中要求往锡槽中添加焊料，使锡槽中的焊料始终是满的。

在损耗锡的情况下，添加纯锡有助于保持所需的浓度。

为了监控锡槽中的化合物，应进行常规分析。

如果添加了锡，就应采样分析，以确保焊料成份比例正确。

      浮渣过多是一个令人棘手的问题。

毫无疑问，焊锡槽中始终有浮渣存在，在大气中进行焊接时尤其是这样。

使用“高波峰”这对焊接高密度组件很有帮助，但暴露于大气的焊料表面太大，而使焊料氧化，所以会产生更多的浮渣。

焊锡槽中焊料表面有了浮渣层的覆盖，氧化速度就放慢了。

故在焊接过程中，使用锡槽中波峰的湍流和流动会产生更多的浮渣。

      推荐使用的常规方法是将浮渣撇去，要是经常进行撇削的话，就会产生更多的浮渣，而且耗用的焊料更多。

浮渣还可能夹杂于波峰中，导致波峰的不稳定或湍流，因此要求对焊锡槽中的液体成份给予更多的维护。

 2波峰的相关操作

      在波峰焊接工艺中，波峰是核心。

可将预热的、涂有助焊剂、无污物的PCBA通过输送带送到波峰处，接触具有一定温度的焊料，而后加热，这样助焊剂就会产生化学反应，焊锡合金通过波峰动力完成润湿形成互连，这是最关键的一步。

目前，常用的对称波峰被称为主波峰，设定预热温度，助焊剂型号，喷量，泵速度、波峰高度、浸润深度、传送角度及传送速度等，为达到良好的焊接特性提供全方位的条件。

应该对数据进行适当的调整，在离开波峰的后面（出口端）就应使焊锡运行降速，并慢慢地停止运行。

PCB随着波峰运行最终要将焊料推至出口。

在最挂的情况下，焊锡的表面张力和最佳化的板的波峰运行，在组件和出口端的波峰之间可实现零相对运动。

这一脱壳区域就实现了去除板上多余的焊锡。

故应提供充分合理的倾角，以致不产生桥接、毛刺、拉丝和焊球等缺陷。

      有时，波峰出口需具有热风流，以确保排除可能形成的桥接（短路）。

在PCB板的底部装上表面贴装元件后，有时会在形成的“苛刻的波峰”区域内形成气泡，或在PCBA贴片元件焊点处形成阴影部分，故在进行波峰整平之前，应使用湍流高波峰。

湍流高波峰的高竖直速度有助于保证焊料与引线或焊盘的接触。

在整平的二次波峰后面的振动部分也可用来消除气泡和“阴影”，保证焊锡实现满意的接触组件焊点。

      焊接工作站基本上应做到：

合理的助焊剂及喷量，合理的预热（PCBA保持80-120℃），高纯度焊锡（按标准63/37）、波峰温度（230～250℃）、接触波峰的总时间（3～5秒钟）、印制板浸入波峰中的深度（50～80％），平稳的传送轨道和在波峰与轨道零相对运动状态下焊点焊锡含量（克服锡薄的缺陷）等。

  3波峰焊接后的冷却

      通常在波峰焊机的尾部增设冷却工作站。

为的是保障铜锡金属间化合物形成焊点的可靠性；另一个原因是加速组件的冷却，在焊料没有完全固化时，避免板子移位。

快速冷却组件，以限制敏感元件长期暴露于高温下损伤性能。

然而，应考虑到急剧性冷却系统对元件和焊点的热冲击的危害性。

 4结论

      总之，要获得最佳的焊接质量，满足用户的需求，必须控制焊接前、焊接中的每一工艺步骤，因为波峰焊接的整个组装工艺的每一步骤都互相关联、互相作用，任一步有问题都会影内到整体的可靠性和质量。

焊接操作也是如此，所以应严格控制所有的参数、时间/温度、焊锡量、助焊剂成分及传送速度等等。

对焊接中产生的缺陷，应及早查明起因，进行分析，采取相应的措施，将影响质量的各种缺陷消灭在萌芽状态之中。

这样，才能保证生产出的产品都符合技术规范。

四、焊点品质的讨论

前面在焊锡原理中已经谈到锡必须与基板形成

共结