第十章電子產品裝焊工具及材料

1、第10章 電子產品裝焊工具及材料,10.1 電子產品裝焊常用五金工具1．尖嘴鉗頭部較細，適用于夾小型金屬零件或彎曲元器件引線，不宜用于敲打物體或夾持螺母。2．平嘴鉗小平嘴鉗鉗口平直，可用于彎曲元器件的管腳或導線。因其鉗口無紋路，所以，對導線拉直、整形比尖嘴鉗適用。但因鉗口較薄，不易夾持螺母或需施力較大部位。,3．斜嘴鉗 用于剪短焊接后的線頭，也可與尖嘴鉗合用，剝去導線的絕緣皮。4．剝線鉗專門用于剝有包皮的導線。使用

2、時應注意將需剝皮的導線放入合適的槽口，剝皮時不能剪斷導線。剪口的槽并攏后應為圓形。5．平頭鉗（克絲鉗）平頭鉗頭部較平寬，適用于螺母、緊固件的裝配操作。一般適用緊固M5螺母，但不能代替錘子敲打零件。,6、鑷子鑷子分尖嘴鑷子和圓嘴鑷子兩種。尖嘴鑷子主要用于夾持較細的導線，以便于裝配焊接。圓嘴鑷子主要用于彎曲元器件引線和夾持元器件焊接等，用鑷子夾持元器件焊接還起散熱作用。7．螺絲刀螺絲刀又稱為起子、改錐。有“╋”字形和“━”字形

3、兩種，專用于擰螺釘。根據螺釘大小可選用不同規(guī)格的螺絲刀。但在擰時，不要用力太猛，以免螺釘滑口。,10.2 電烙鐵,10.2.1 電烙鐵的分類及結構1．電烙鐵的分類電烙鐵是手工施焊的主要工具。合理選擇、使用電烙鐵是保證焊接質量的基礎。（1）按加熱方式分類電烙鐵可分為直熱式、感應式、氣體燃燒式等多種。目前最常用的是單一焊接用的直熱式電烙鐵。（2）按電烙鐵的功率分類電烙鐵可分為20W、30W、35W、45W、50W、75W、1

4、00W、150W、200W、300W等多種。,（3）按功能分類可分為單用式、兩用式、恒溫式、吸錫式等。恒溫式電烙鐵是指其內部裝有帶磁鐵式的溫度控制器，通過控制通電時間而實現溫度控制。恒溫式電烙鐵主要用于對集成電路和晶體管等元器件的焊接。吸錫電烙鐵是將活塞吸錫器和電烙鐵融為一體的拆焊工具?？梢栽诓鸷笗r，方便地吸收焊錫，具有使用靈活方便的特點。,2．電烙鐵的結構,（1）直熱式電烙鐵的結構直熱式電烙鐵主要由發(fā)熱元件、烙鐵頭、手柄、接線

5、柱等四部分組成。如圖所示。,a．發(fā)熱元件：發(fā)熱元件是電烙鐵中的能量轉換部分。俗稱烙鐵芯子。它是將鎳鉻發(fā)熱電阻絲纏在云母、陶瓷等耐熱、絕緣材料上制造而成。內熱式和外熱式的主要區(qū)別在于外熱式發(fā)熱元件在傳熱體的外部，內熱式發(fā)熱元件在傳熱體的內部，也就是烙鐵芯在內部發(fā)熱。顯然，內熱式能量轉換效率高，故同樣溫度的烙鐵，內熱式在體積、重量等方面都優(yōu)于外熱式。,b．烙鐵頭：烙鐵頭主要進行能量存儲和傳遞，一般用紫銅制成。在使用中，因高溫氧化和焊劑腐蝕會

6、變得凸凹不平，需經常修整。c．手柄：一般用木料或膠木制成，設計不良的手柄，溫升過高會影響操作。d．接線柱：這是發(fā)熱元件同電源線的連接處。一般電烙鐵有三個接線柱，其中一個是接金屬外殼的，接線時應用三芯線將外殼接保護零線。新烙鐵或換烙鐵芯時，應判明接地端，最簡單的方法是用萬用表測外殼與接線柱之間的電阻。,（2）直熱式電烙鐵的分類,直熱式電烙鐵可分為內熱式和外熱式兩種。a．內熱式電烙鐵：是指發(fā)熱元件（即烙鐵芯）安裝于烙鐵頭里面的電烙鐵。

7、具有發(fā)熱快，重量輕、耗電省、體積小、熱利用率高等特點。常用規(guī)格有20W、50W等幾種。由于它的熱效率高，20W就相當于40W左右的外熱式電烙鐵。,內熱式電烙鐵的發(fā)熱元件一般由較細的鎳烙電阻絲繞在瓷管上制成。對于20W的電烙鐵，其阻值約為2.5kΩ，溫度可達350℃。內熱式電烙鐵的烙鐵頭后端為空心，用于套接在連接桿上，并且用彈簧夾固定。當需要更換烙鐵頭時，需先將彈簧夾退出，同時用鉗子夾住烙鐵頭前端，慢慢拔出。切不可用力過猛，以免損壞連接

8、桿。,b．外熱式電烙鐵：,是指烙鐵頭安裝于發(fā)熱元件（即烙鐵芯）里面的電烙鐵。常用規(guī)格有25W、45W、75W、100W等幾種。電烙鐵的功率不同，其內阻不同。一般情況下，20W電烙鐵的阻值約為2 kΩ，45W電烙鐵的阻值約為1 kΩ，75W電烙鐵的阻值約為0.6 kΩ，100W電烙鐵的阻值約為0.5 kΩ。當所使用外熱式電烙鐵的功率未知時，可通過測量其阻值進行判斷。,10.2.2 對電烙鐵的要求,1．對電烙鐵的要求（1）溫度穩(wěn)定性好

9、，熱量充足，可連續(xù)焊接。（2）耗電少，熱效率高。（3）重量輕，便于操作。（4）結構堅固，壽命長，可以更換烙鐵頭，易修理。,2．對烙鐵頭的要求,（1）同焊料有良好的親和性。烙鐵頭必須是由易同焊料親和的金屬制成，否則，焊料會滴落下來，不易焊接。（2）導熱性好，能有效地將熱量從儲能部分傳送到接合部分。（3）機械加工性能好，使烙鐵頭在磨損后能得到修復。,10.2.3 電烙鐵的選用,電烙鐵的選用應根據被焊物體的實際情況而定，一般重點考

10、慮加熱形式、功率大小、烙鐵頭形狀等。1．加熱形式的選擇（1）內熱式和外熱式的選擇：相同瓦數情況下，內熱式電烙鐵的溫度比外熱式電烙鐵的溫度高。（2）當需要低溫焊接時，應用調壓器控制電烙鐵的溫度，電烙鐵的溫度與電源電壓有密切的關系，實際使用中往往通過調低電源電壓來降低電烙鐵的溫度。,三、電烙鐵的選用,（3）通過調整烙鐵頭的伸出長度控制溫度。（4）穩(wěn)定電烙鐵溫度的方法主要有以下幾種：加裝穩(wěn)壓電源，防止供電網的變化；烙鐵頭保持一定體積、

11、長度和形狀；采用恒溫電烙鐵；室內溫度保持恒定；避免自然風或電扇風等。,2．電烙鐵功率的選擇,（1）焊接小瓦數的阻容元件、晶體管、集成電路、印制電路板的焊盤或塑料導線時，宜采用30~45W的外熱式或20W的內熱式電烙鐵。應用中選用20W內熱式電烙鐵最好。（2）焊接一般結構產品的焊接點，如線環(huán)、線爪、散熱片、接地焊片等時，宜采用75~100W電烙鐵。（3）對于大型焊點，如焊金屬機架接片、焊片等，宜采用100~200W的電烙鐵。,3．烙鐵

12、頭形狀的選擇,10.3 焊料,焊料是易熔金屬，熔點應低于被焊金屬。焊料熔化時，在被焊金屬表面形成合金與被焊金屬連接在一起。焊料按成份可分為錫鉛焊料、銀焊料、銅焊料等。在一般電子產品裝配中，主要采用錫鉛焊料，俗稱焊錫。,10.3.1 錫鉛焊料,1．錫的特性物理特性：錫（Sn）是一種軟質低熔點金屬。熔點為232℃，導電率為12.1mm/Ω·mm2。金屬錫在高于13.2℃時為銀白色，低于13.2℃時呈灰色，低于–40℃時變?yōu)榉?/p>

13、末。純錫質脆，機械性能差?；瘜W特性：大氣中耐腐蝕性好，不失金屬光澤，不受水、氧氣、二氧化碳等物質的影響，并易同多種金屬形成金屬化合物。,2．鉛的特性,物理特性：鉛（Pb）是一種淺白色軟金屬，熔點為327.4℃，導電率為7.9 mm/Ω·mm2。鉛屬于對人體有害的重金屬，在人體中積蓄能引起鉛中毒。純鉛的機械性能也很差?；瘜W特性：有較高的抗氧化特性和抗腐蝕性，一般不與空氣、氧、海水、食鹽等發(fā)生反應，但受硝酸、氯化鎂的腐蝕。,3

14、．錫鉛焊料的特性,錫和鉛合成焊料后，具有一系列原錫、鉛不具備的優(yōu)點：（1）熔點低，易焊接，各種不同成份的錫鉛焊料熔點均低于錫和鉛的熔點，有利于焊接。（2）機械強度高，焊料的各種機械強度均優(yōu)于純錫和鉛。（3）表面張力小，粘度下降，增大了液態(tài)流動性，有利于焊接時形成可靠接頭。（4）抗氧化性好，使焊料在熔化時減小氧化量。,,,,,,,4．錫鉛焊料狀態(tài)圖,,,,,,,,,,,錫 0 10 20 30 40 5

15、0 60 70 80 90 100 %鉛 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 %,35030025020015010050,,液相線,固相線,半熔融態(tài),半熔融態(tài),,共晶點,T,℃,D,F,E,4．錫鉛焊料狀態(tài)圖,由圖可知，不同比例的錫和鉛組成的焊料熔點與凝固點各不相同，除純錫、鉛和共晶合金是在單一溫度下熔化外，其它焊料都是

16、在一個區(qū)域內熔化。圖中CTD線為液相線，溫度高于此線時為液相。CETFD為固相線，溫度低于此線時為固相。兩線之間的兩個三角形區(qū)域內，焊料處于半熔半凝固狀態(tài)。最適合于焊接的溫度應高于液相線50℃。,5．共晶焊錫,在圖中，T為共晶點，對應的錫鉛含量為錫是61.9%，鉛是38.1%，稱為共晶合金。它的熔點最低，為183℃，是錫鉛焊料中性能最好的一種，它有如下特點：（1）低熔點，使焊接時加熱溫度降低，可防止元器件損壞。（2）熔點和凝固點一

17、致，可使焊點快速凝固，不會因半熔狀態(tài)時間間隔而造成焊點結晶疏松，強度降低。這一點對自動焊接尤為重要，因為自動焊接傳輸中不可避免出現地振動。（3）流動性好，表面張力小，有利于提高焊點質量。（4）強度高，導電性好。,10.3.2 焊錫的物理性能及雜質影響,1．焊錫的物理性能由表可以看出，含錫量60%的焊料，抗張力強度和剪切強度都較好。而含錫量過高或過低，其性能都不太理想。一般常用焊錫含錫量為10~60%。,2．雜質對焊錫的影響焊錫

18、除含有錫和鉛外，還不可避免地含有其它微量金屬。這些微量金屬作為雜質，超過一定限量就會對焊錫性能產生很大影響。,10.3.3 常用焊錫,1．常用錫鉛焊料表給出了一般常用的錫鉛焊料的性能。 2．常用低溫焊錫 表給出了電子產品中幾種常用的低溫焊錫。,3．焊錫的形狀,焊錫一般做成絲狀、扁帶狀、球狀、餅狀等形狀。在手工電烙鐵焊接中，一般使用管狀焊錫絲。它是將焊錫制成管狀，在其內部充加助焊劑而制成。焊劑常用優(yōu)質松香添加一定活化劑。由于松

19、香很脆，拉制時容易斷裂，會造成局部缺焊劑的現象，故采用多芯焊錫絲以克服這一缺點。焊料成份一般是含錫量60~65%的錫鉛焊料。焊錫絲直徑有0.5mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.3mm、 2.5mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm多種。,10.4 焊劑,一、焊劑的作用及應具備的條件焊劑即助焊劑，是焊接過程中必不可少的輔助材料之一。,一、焊劑的作用及應具備的條件,1．焊劑的作用（1）

20、除去氧化膜：焊劑是一種化學劑，其實質是焊劑中的氯化物、酸類同氧化物發(fā)生還原反應，從而除去氧化膜。反應后的生成物變成懸浮的渣，漂浮在焊料表面，使金屬與焊料之間接合良好。（2）防止加熱時氧化：液態(tài)的焊錫和加熱的金屬表面都易與空氣中的氧接觸而氧化。焊劑在熔化后，懸浮在焊料表面，形成隔離層，故防止了焊接面的氧化。（3）減小表面張力，增加了焊錫流動性，有助于焊錫浸潤。（4）使焊點美觀，合適的焊劑能夠整理焊點形狀，保持焊點表面光澤。,2．焊劑

21、應具備的條件,（1）熔點低于焊料：在焊料熔化之前，焊劑就應熔化，發(fā)揮以上作用。（2）表面張力、粘度、比重均應小于焊料：焊劑表面張力必須小于焊料，因為它要先于焊料在金屬表面擴散浸潤。如果浸潤時粘性太大，就會阻礙擴散。如果比重大于焊料，則無法包住焊料的表面。（3）殘渣容易清除：焊劑或多或少都帶有酸性，如不清除，就會腐蝕母材，同時也影響美觀。（4）不能腐蝕母材：酸性強的焊劑，不單單清除氧化層，而且還會腐蝕母材金屬，成為發(fā)生二次故障的潛在

22、原因。（5）不會產生有毒氣體和臭味：從安全衛(wèi)生角度講，應避免使用毒性強或會產生臭味的化學物質。因此，當使用氟酸、磷酸、鹽酸等強酸時，必須考慮安全衛(wèi)生方面的規(guī)定。,二、焊劑的分類,焊劑大體上分為無機系列、有機系列和樹脂系列三種。在電子產品中，使用的最多、最普遍的是以松香為主體的樹脂系列焊劑。常用焊劑的分類如下：,,三、無機焊劑,無機焊劑活性最大，腐蝕性最強，常溫下即能清除金屬表面的氧化層。但這種很強的腐蝕作用極容易損壞金屬和焊點，焊后

23、必須用溶劑清洗。否則，殘留下來的焊劑具有很強的吸濕性和腐蝕性，會引起嚴重的區(qū)域性斑點，甚至造成二次故障。無機焊劑一般不用于電子元器件的焊接。因為焊點中象接線柱空隙，導線絕緣皮內，元件根部等很難用溶劑清洗干凈，留下隱患。無機焊劑中最常用的是焊油，它是將無機焊劑用機油乳化后，制成的一種膏狀物質。,四、有機焊劑,大部分有機焊劑是由有機酸、堿或它們的衍生物組成的。其活性次于無機焊劑，有較好的助焊作用，但也有一定的腐蝕性，殘渣不易清理，且揮發(fā)

24、物對操作者有害。同時，熱穩(wěn)定性差，呈活化的時間短，即一經加熱，便急速分解，其結果就有可能留下無活性的殘留物。因此，對熱穩(wěn)定性要求高的地方不適于用這種焊劑。,五、樹脂焊劑,1．松香焊劑將松樹、杉樹和針葉樹的樹脂進行水蒸氣蒸餾，去掉松節(jié)油后剩下的不揮發(fā)物質便是松香。松香主要由80的松香或希爾畢克酸、10~15%的海松酸或L—培爾美利克酸、松脂油組成。在常溫下幾乎沒有任何化學活力，呈中性。當加熱至74℃時便開始熔化，被封閉在內部的松香酸呈

25、活性，開始發(fā)揮酸的作用。隨著溫度的不斷升高，使金屬表面的氧化物以金屬皂的形式熔解游離（氧化銅→松香銅）。當溫度高達300℃左右時，就變?yōu)椴换钴S的新松香酸或焦松香酸，失去焊劑的作用。焊接完畢恢復常溫后，松香就又變成固體，固有的非腐蝕性，高絕緣性不變，而且呈穩(wěn)定狀態(tài)。目前，在使用過程中通常將松香溶于酒精中制成“松香水”，松香同酒精的比例一般為1：3為宜。也可根據使用經驗增減，但不能過濃，否則流動性能變差。,2．活性焊劑,由于松香清洗力不強

26、，為增強其活性，一般加入活化劑。如三乙醇氨等。焊接時活化劑根據加熱溫度分解或蒸發(fā)，只有松香殘留下來，恢復原來的狀態(tài)，保持固有的特性。常用國產樹脂焊劑見表所示,10.5 阻焊劑,一、阻焊劑的作用 在焊接時，尤其是在浸焊和波峰焊中，為提高焊接質量，需采用耐高溫的阻焊涂料，使焊料只在需要的焊點上進行焊接，而把不需要焊接的部位保護起來，起到一定的阻焊作用。這種阻焊涂料稱為阻焊劑。,阻焊劑的主要功能有以下幾點：,（1）防止橋接、拉尖、短路

27、以及虛焊等情況的發(fā)生，提高焊接質量，減小印制電路板的返修率。（2）因部分印制電路板面被阻焊劑所涂覆，焊接時受到的熱沖擊小，降低了印制電路板的溫度，使板面不易氣泡、分層。同時，也起到了保護元器件和和集成電路的作用。（3）除了焊盤外，其他部分均不上錫，節(jié)省了大量的焊料。（4）使用帶有顏色的阻焊劑，如深綠色和淺綠色等，可使印制電路板的板面顯得整潔美觀。,二、阻焊劑的分類,阻焊劑按照成膜方式可分為熱固化型阻焊劑和光固化型阻焊劑兩種。 1

28、．熱固化型阻焊劑熱固化型阻焊劑使用的成膜材料是酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、醇酸樹脂、聚脂、聚氨脂、丙烯酸脂等。這些材料一般需要在130~150℃溫度下加熱固化。其特點是價格便宜，粘接強度高。不足是加熱溫度高，時間長，能源消耗大，印制電路板易變形。現已被逐步淘汰。,2．光固化型阻焊劑光固化型阻焊劑使用的成膜材料是含有不飽和雙鍵的乙烯樹脂、不飽和聚脂樹脂、丙烯酸（甲基丙烯酸）、環(huán)氧樹脂、丙烯酸聚氨酸、不飽和聚脂、聚氨脂、丙烯酸脂等。它

29、們在高壓汞燈下照射2~3min即可固化。因而可以節(jié)省大量能源，提高生產效率，便于自動化生產。目前已被大量使用。,10.6 表面組裝設備,表面組裝設備是完成表面組裝工藝不可缺少的組成部分。一般來說，表面組裝設備中，貼片機決定SMT(Surface Mounting Technology)生產線的效率和精度，焊接設備決定產品的質量，絲網印刷機決定精度和質量，檢測設備則保證產品的質量。故表面組裝生產線中，一般以貼片機為重點，同時不可忽視印刷

30、、焊接、測試等設備。,根據組裝產品和組裝工藝的需要，還可以配置多臺貼片機；配置點膠機、上下料裝置(常稱為上、下板機)、轉板機(改變PCB在傳輸線上傳輸方向)和翻板機(雙面組裝時使PCB翻轉換面)等各種選擇；當組裝產品焊接后需要清洗時，還需配置清洗設備。根據組裝對象、組裝工藝和組裝方式的不同，SMT生產線有多種組線方式。采用再流焊接技術的成套SMT生產線基本組成如圖所示。,SMT的主要設備有3大類：涂布設備、貼片設備和焊接設備，下面簡要介

31、紹幾種最主要的表面組裝設備。,10.6.1 涂布設備,涂布設備用于焊膏和貼裝膠的涂敷，它直接影響表面組裝組件的功能和可靠性。焊膏涂敷通常采用絲網印刷機，貼裝膠涂敷則通常采用自動點膠機，下面簡要介紹這兩種設備。,1．絲網印刷機,焊膏的涂敷一般采用絲網印刷機。絲網印刷技術是采用已經制好的網板，用一定的方法使絲網和印刷機直接接觸，并使焊膏在網板上均勻流動，由掩膜圖形注入網孔。當絲網脫開印刷板時，焊膏就以掩膜圖形的形狀從網孔脫落到印刷板的相應

32、焊盤圖形上，從而完成了焊膏在印刷板上的印刷。,新型自動絲網印刷機采用電腦圖像識別系統(tǒng)來實現高精度印刷，刮刀由步進電機無聲驅動，容易控制刮刀壓力和印層厚度。如圖所示為DEK260自動絲網印刷機。,2．自動點膠機,在表面組裝的某些情況下，為了使元器件牢固地粘在印制板上，并在焊接時不會脫落，需要在被焊電路板的貼片元器件安裝處涂敷貼裝膠。目前的生產中，普遍采用點膠機分配貼裝膠。圖所示為CDS6700自動點膠機。,10.6.2 貼片設備,貼片機

33、是指各類能將SMT元件正確地貼裝在印制電路板上的專用設備的總稱。自動貼裝機是SMT生產線中最關鍵的設備，它是一種由計算機控制的自動拾取和貼裝SMC/SMD(Surface Mounted Components/Surface Mounted Devices)的機器人系統(tǒng)。它將SMC/SMD從料盒中取出，經過判定整形后，將SMC/SMD傳遞到印制板上的精確位置，并可靠粘接和固定。圖所示為松下Panasert mpa3高精度、高速貼片機。,

34、貼片機的基本結構各部分的功能簡述如下：,(1) 基座用來安裝和支撐貼片機的全部部件，應具有足夠的剛性。(2) 送料器用來容納各種包裝形式的元器件，并把元器件傳送到取料部位。(3) 印制電路板傳輸裝置(導軌)目前大多數采用導軌傳輸，也有采用工作臺傳輸的。,(4) 貼裝頭相當于機器人的機械手，從送料器中拾取元器件，并精確貼放到印制板的設定位置。(5) 對中系統(tǒng)的對中方式有機械對中、光學對中。光學對中包括3種方式，激光、全視覺、激光加視

35、覺。(6) 貼裝頭的X、Y軸定位傳輸裝置有機械絲杠傳輸，磁尺和光柵傳輸。,(7) 貼裝工具(吸嘴)，拾放元器件的工具。不同形狀、大小的元器件需要不同的吸嘴。(8) 計算機控制系統(tǒng)是貼片機所有操作的指揮中心。XYZ貼裝頭PCB送料器磁場尺基座導軌,10.6.3 焊接設備,焊接是使焊料合金和要結合的金屬表面之間形成合金層的過程，焊接設備是實現這一過程的設備。焊接質量的好壞與焊接設備有密切的關系。根據熔融焊料的供給方式不同，表面組裝技

36、術中主要采用波峰焊和再流焊兩種，相應的焊接設備也有兩種。,1．波峰焊設備,波峰焊是將熔化的焊料，經電動泵或電磁泵噴流成設計要求的焊料波形，使預先裝有電子元器件的印制板通過焊料波峰，實現元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣連接的軟釬焊。波峰焊接機的品牌、型號繁多，但工作原理基本相同。目前使用較多的波峰焊接機為全自動雙波峰型。它能完成焊接的全部操作，包括涂敷助焊劑、預熱、焊前預鍍焊錫、焊接以及焊接后的清洗、冷卻等操作。,,2．再流焊

37、設備,再流焊是通過重新熔化預先分配到印制板焊盤上的焊膏(焊料再流)，實現表面組裝元器件焊端或引腳與印制板焊盤之間機械與電氣連接的一種成組或逐點焊接工藝。目前，使用最廣泛的回流焊接機是熱風式回流焊接機。它采用優(yōu)化的變流速加熱區(qū)結構，在發(fā)熱管處產生高速的熱氣流，在電路板處產生低速大流量氣流，保證電路板和元器件受熱均勻，又不容易使元器件移位。圖所示為TN680C熱風式回流焊接機。有16個單獨控制的熱風溫區(qū)，完成預熱、熔化、降溫固化等過程。,