装配与焊接工艺.docx

1、装配与焊接工艺 装配与焊接工艺电子产品的电气连接，是通过对元器件、零部件的装配与焊接来实现的。安装与连接，是按照设计要求制造电子产品的主要生产环节。应该说，在传统的电子产品制造过程中，安装与连接技术并不复杂，往往不受重视，但以SMT为代表的新一代安装技术，主要特征表现在装配焊接环节，由它引发的材料、设备、方法改变，使电子产品的制造工艺发生了根本性革命。产品的装配过程是否合理，焊接质量是否可靠，对整机性能指标的影响是很大的。经常听说，一些精密复杂的仪器因为一个焊点的虚焊、一个螺钉的松动而不能正常工作，甚至由于搬运、振动使某个部件脱落造成整机报废。所以，掌握正确的安装工艺与连接技术，对于电子产品的

2、设计和研制、使用和维修都具有重要的意义。实际上，对于一个电子产品来说，通常只要打开机箱，看一看它的结构装配和电路焊接质量，就可以立即判定它的性能优劣，也能够判断出生产企业的技术力量和工艺水平。装配焊接操作，是考核电子装配技术工人的主要项目之一；对于电子工程技术人员来说，观察他能否正确地进行装配、焊接操作，也可以作为评价他的工作经验及其基本动手能力的依据。5.1 电气安装制造电子产品，可靠与安全是两个重要因素，而零件的安装对于保证产品的安全可靠是至关紧要的。任何疏忽都可能造成整机工作失常，甚至导致更为严重的后果。5.1.1 安装的基本要求5.1.1.1 保证导通与绝缘的电气性能电气连接的通与断，

3、是安装的核心。这里所说的通与断，不仅是在安装以后简单地使用万用表测试的结果，而且要考虑在振动、长期工作、温度、湿度等自然条件变化的环境中，都能保证通者恒通、断者恒断。这样，就必须在安装过程中充分考虑各方面的因素，采取相应措施。图5.1是两个安装示例。图5.1 电气安装示例图5.1(a)表示一台仪器机壳为接地保护螺钉设置的焊片组件。安装中，靠紧固螺钉并通过弹簧垫圈的止退作用保证电气连接。如果安装时忘记装上弹簧垫圈，虽然在一段时间内仪器能够正常工作，但使用中的振动会使螺母逐渐松动，导致连接发生问题。这样，通过这个组件设置的接地保护作用就可能失效。图5.1(b)表示用压片将电缆固定在机壳上。安装时应

4、该注意，一要检查压片表面有无尖棱毛刺，二要给电缆套上绝缘套管。因为此处要求严格保证电缆线同机壳之间的绝缘。金属压片上的毛刺或尖角，可能刺穿电缆线的绝缘层，导致机壳与电缆线相通。这种情况往往会造成严重的安全事故。实际的电子产品千差万别，有经验的工艺工程师应该根据不同情况采取相应的措施，保证可靠的电气连接与绝缘。5.1.1.2 保证机械强度在第4章关于印制电路板排版布局的有关内容里，已经考虑了对于那些大而重的元器件的装配问题，这里还要对此做出进一步的说明。电子产品在使用的过程中，不可避免地需要运输和搬动，会发生各种有意或无意的振动、冲击，如果机械安装不够牢固，电气连接不够可靠，都有可能因为加速运动

5、的瞬间受力使安装受到损害。如图5.2所示，把变压器等较重的零部件安装在塑料机壳上，(a)图的办法是用自攻螺钉固定。由于塑料机壳的强度有限，容易在振动的作用下，使塑料孔的内螺纹被拉坏而造成外壳的损伤。所以，这种固定方法常常用在受力不大的场合。显然，(b)图的方法将大大提高机械强度，但安装效率比前一种稍低，且成本也要略高一些。图5.2 安装的机械强度又如图5.3所示，对于大容量的电解电容器来说，早期产品的体积很大，一般不能安装在印制电路板上，必须加装卡子（见图(a)），或把电容器用螺钉安装在机箱底板上（图(b)、(c)）。近年来，电解电容器的制造技术不断进步，使比率电容（即电容量与其单位体积之比）

6、迅速增大，小型化的大容量电容器已经普遍直接安装到印制板上。但是，与同步缩小体积的其它元器件相比较，大容量的电解电容器仍然是印制板上体积最大的元器件。考虑到机械强度，图(d)所示的状态是不可靠的。无论是电容器引线的焊接点，还是印制板上铜箔与基板的粘接，都有可能在受到振动、冲击的时候因为加速运动的瞬间受力而被破坏。为解决这种问题，可以采取多种办法：在电容器与印制板之间垫入橡胶垫（图(e)）或聚氯乙烯塑料垫（图(f)）减缓冲击；使用热熔性粘合剂把电容器粘结在印制板上（图(g)），使两者在振动时保持同频、同步的运动；或者用一根固定导线穿过印制板，绕过电容器把它压倒绑住，固定导线可以焊接在板上，也可以绞

7、结固定（图(h)），这在小批量产品的生产中是一种可取的简单办法。从近几年国内外电子新产品的工艺来看，采用热熔性粘合剂固定电容器的比较多见。而固定导线多用于固定晶体振荡器，这根导线是裸线，往往还要焊接在晶体的金属外壳上，同时起到电磁屏蔽的作用（图(i)）；对晶体振荡器来说，更简单的屏蔽兼固定的方法，是把金属外壳直接焊接在印制板上，如图(j)所示。图5.3 电子产品装配的机械强度5.1.1.3 保证传热的要求在安装中，必须考虑某些零部件在传热、电磁方面的要求。因此，需要采取相应的措施。第3章里介绍了常用的散热器标准件，不论采用哪一种款式，其目的都是为了使元器件在工作中产生的热量能够更好地传送出去。

8、大功率晶体管在机壳上安装时，利用金属机壳作为散热器的方法如图5.4(a)所示。安装时，既要保证绝缘的要求，又不能影响散热的效果，即希望导热而不导电。如果工作温度较高，应该使用云母垫片；低于100时，可以采用没有破损的聚酯薄膜作为垫片。并且，在器件和散热器之间涂抹导热硅脂，能够降低热阻、改善传热的效果。穿过散热器和机壳的螺钉也要套上绝缘管。紧固螺钉时，不要将一个拧紧以后再去拧另一个，这样容易造成管壳同散热器之间贴合不严（见图5.4(b)），影响散热性能。正确的方法是把两个（或多个）螺钉轮流逐渐拧紧，可使安装贴合严密并减小内应力。图5.4 功率器件散热器在金属机壳上的安装5.1.1.4 接地与屏蔽

9、要充分利用接地与屏蔽的目的：一是消除外界对产品的电磁干扰；二是消除产品对外界的电磁干扰；三是减少产品内部的相互电磁干扰。接地与屏蔽在设计中要认真考虑，在实际安装中更要高度重视。一台电子设备可能在实验室工作很正常，但到工业现场工作时，各种干扰可能就会出现，有时甚至不能正常工作，这绝大多数是由于接地、屏蔽设计安装不合理所致。例如，如图5.5所示的金属屏蔽盒，为避免接缝造成的电磁泄漏，安装时在中间垫上导电衬垫，则可以提高屏蔽效果。衬垫通常采用金属编织网或导电橡胶制成。图5.5 金属屏蔽盒采用导电衬垫防止电磁泄漏5.1.2 THT元器件在印制电路板上的安装传统元器件在印制板上的固定，可以分为卧式安装与

10、立式安装两种方式。关于这两种方式的特点，已经在第4章里进行了介绍，这里仅补充与装配、焊接操作有关的内容。在电子产品开始装配、焊接以前，除了要事先做好对于全部元器件的测试筛选以外，还要进行两项准备工作：一是要检查元器件引线的可焊性，若可焊性不好，就必须进行镀锡处理；二是要根据元器件在印制板上的安装形式，对元器件的引线进行整形，使之符合在印制板上的安装孔位。如果没有完成这两项准备工作就匆忙开始装焊，很可能造成虚焊或安装错误，带来得不偿失的麻烦。5.1.2.1 元器件引线的弯曲成形为使元器件在印制板上的装配排列整齐并便于焊接，在安装前通常采用手工或专用机械把元器件引线弯曲成一定的形状整形，如图5.1

11、0所示。图5.6 元器件引线弯曲成形在这几种元器件引线的弯曲形状中，图(a)比较简单，适合于手工装配；图(b)适合于机械整形和自动装焊，特别是可以避免元器件在机械焊接过程中从印制板上脱落；图(c)虽然对某些怕热的元器件在焊接时散热有利，但因为加工比较麻烦，现在已经很少采用。在THT电路板上插装、焊接有引脚的元器件，大批量生产的企业中通常有两种工艺过程：一是“长脚插焊”，二是“短脚插焊”。所谓“长脚插焊”，如图5.11(a)所示，是指元器件引脚在整形时并不剪短，把元器件插装到电路板上后，可以采用手工焊接，然后手工剪短多余的引脚；或者采用浸焊、高波峰焊设备进行焊接，焊接后用“剪腿机”剪短元器件的引

12、脚。“长脚插焊”的特点是，元器件采用手工流水线插装，由于引脚长，在插装过程中传递、插装以后焊接的过程中，元器件不容易从板上脱落。这种生产工艺的优点是设备的投入小，适合于生产那些安装密度不高的电子产品。“短脚插焊”，如图5.11(b)所示，是指在对元器件整形的同时剪短多余的引脚，把元器件插装到电路板上后进行弯脚，这样可以避免电路板在以后的工序传递中脱落元器件。在整个工艺过程中，从元器件整形、插装到焊接，全部采用自动生产设备。这种生产工艺的优点是生产效率高，但设备的投入大。图5.7 “长脚插焊”与“短脚插焊”无论采用哪种方法对元器件引脚进行整形，都应该按照元器件在印制板上孔位的尺寸要求，使其弯曲成

13、形的引线能够方便地插入孔内。为了避免损坏元器件，整形必须注意以下两点： 引线弯曲的最小半径不得小于引线直径的2倍，不能“打死弯”； 引线弯曲处距离元器件本体至少在2mm以上，绝对不能从引线的根部开始弯折。对于那些容易崩裂的玻璃封装的元器件，引线整形时尤其要注意这一点。5.1.2.2 元器件的插装元器件插装到印制电路板上，无论是卧式安装还是立式安装，这两种方式都应该使元器件的引线尽可能短一些。在单面印制板上卧式装配时，小功率元器件总是平行地紧贴板面；在双面板上，元器件则可以离开板面约12mm，避免因元器件发热而减弱铜箔对基板的附着力，并防止元器件的裸露部分同印制导线短路。插装元器件还要注意以下原

14、则： 要根据产品的特点和企业的设备条件安排装配的顺序。如果是手工插装、焊接，应该先安装那些需要机械固定的元器件，如功率器件的散热器、支架、卡子等，然后再安装靠焊接固定的元器件。否则，就会在机械紧固时，使印制板受力变形而损坏其它已经安装的元器件。如果是自动机械设备插装、焊接，就应该先安装那些高度较低的元器件，例如电路的“跳线”、电阻一类元件，后安装那些高度较高的元器件，例如轴向（立式）插装的电容器、晶体管等元器件，对于贵重的关键元器件，例如大规模集成电路和大功率器件，应该放到最后插装，安装散热器、支架、卡子等，要靠近焊接工序，这样不仅可以避免先装的元器件妨碍插装后装的元器件，还有利于避免因为传送

15、系统振动丢失贵重元器件。 各种元器件的安装，应该尽量使它们的标记（用色码或字符标注的数值、精度等）朝上或朝着易于辨认的方向，并注意标记的读数方向一致（从左到右或从上到下），这样有利于检验人员直观检查；卧式安装的元器件，尽量使两端引线的长度相等对称，把元器件放在两孔中央，排列要整齐；立式安装的色环电阻应该高度一致，最好让起始色环向上以便检查安装错误，上端的引线不要留得太长以免与其他元器件短路，如图5.12所示。有极性的元器件，插装时要保证方向正确。图5.8 元器件的插装 当元器件在印制电路板上立式装配时，单位面积上容纳元器件的数量较多，适合于机壳内空间较小、元器件紧凑密集的产品。但立式装配的机械

16、性能较差，抗振能力弱，如果元器件倾斜，就有可能接触临近的元器件而造成短路。为使引线相互隔离，往往采用加套绝缘塑料管的方法。在同一个电子产品中，元器件各条引线所加套管的颜色应该一致，便于区别不同的电极。因为这种装配方式需要手工操作，除了那些成本非常低廉的民用小产品之外，在档次较高的电子产品中不会采用。 在非专业化条件下批量制作电子产品的时候，通常是手工安装元器件与焊接操作同步进行。应该先装配需要机械固定元器件，先焊接那些比较耐热的元器件，如接插件、小型变压器、电阻、电容等；然后再装配焊接比较怕热的元器件，如各种半导体器件及塑料封装的元件。5.2 手工焊接技术焊接是制造电子产品的重要环节之一，如果没有相应的工艺质量保证，任何一个设计精良的电子产品都难以达到设计要求。在科研开发、设计试制、技术革新的过程中制作一、两块电路板，不可能也没有必要采用