6章-SMT焊接技术2.ppt
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1、表面组装工艺技术2021/9/171波峰焊工艺波峰焊工艺Wave Soldering2021/9/172焊接技术概述焊接技术概述焊接是焊接是SMT中最主要的工艺技术,焊接质量是中最主要的工艺技术,焊接质量是SMA可靠性的关键,它直接影响电子装备的性能可靠性的关键,它直接影响电子装备的性能可靠性和经济利益,而焊接质量在很大程度上取可靠性和经济利益,而焊接质量在很大程度上取决于所用的决于所用的焊接方法焊接方法。SMT中采用的焊接技术主要有中采用的焊接技术主要有波峰焊波峰焊和和再流焊再流焊。一般情况下,波峰焊用于混合组装方式,再流焊一般情况下,波峰焊用于混合组装方式,再流焊用于全变面组装方式。用于全
2、变面组装方式。波峰焊与再流焊之间的基本区别在于波峰焊与再流焊之间的基本区别在于热源热源与与焊料焊料供给方式供给方式不同。不同。2021/9/173什么是波峰焊什么是波峰焊波峰焊是利用波峰焊机内的机械泵或电磁泵,将波峰焊是利用波峰焊机内的机械泵或电磁泵,将熔融焊熔融焊料压向波峰喷嘴料压向波峰喷嘴,形成一股平稳的,形成一股平稳的焊料波峰焊料波峰,并源源不,并源源不断地从喷嘴中溢出。装有元器件的断地从喷嘴中溢出。装有元器件的PCB以直线平面运动以直线平面运动的方式通过焊料波峰面而完成焊接的一种成组焊接工艺的方式通过焊料波峰面而完成焊接的一种成组焊接工艺技术。技术。2021/9/174热浸焊热浸焊热浸
3、焊接时,高温焊料大面积暴露在空气中,容易发生热浸焊接时,高温焊料大面积暴露在空气中,容易发生氧化。每焊接一次,必须刮去焊料表面的氧化物与焊剂氧化。每焊接一次,必须刮去焊料表面的氧化物与焊剂残留物,因而焊料消耗量加大。残留物,因而焊料消耗量加大。热浸焊接必须正确把握热浸焊接必须正确把握PCB浸入焊料中的深度。过深时,浸入焊料中的深度。过深时,焊料漫溢至焊料漫溢至PCB上面,会造成报废;深度不足时,则会上面,会造成报废;深度不足时,则会发生大量漏焊接。发生大量漏焊接。2021/9/175单波峰焊单波峰焊单波峰焊是借助焊料泵,把熔融状焊料不断单波峰焊是借助焊料泵,把熔融状焊料不断垂直向垂直向上地朝狭
4、长出口涌出上地朝狭长出口涌出,形成,形成2040mm高的波峰。高的波峰。这样可使焊料以一定的速度和压力作用于这样可使焊料以一定的速度和压力作用于PCB上,上,充分渗透入待焊接的元器件引线与电路板之间,使充分渗透入待焊接的元器件引线与电路板之间,使之完全湿润并进行焊接。之完全湿润并进行焊接。2021/9/176单波峰焊单波峰焊优点:与热浸焊接相比,单波峰焊可明显减少漏焊的比优点:与热浸焊接相比,单波峰焊可明显减少漏焊的比率。由于焊料波峰的柔性,即使率。由于焊料波峰的柔性,即使PCB不够平整,只要翘不够平整,只要翘曲度在曲度在3以下,仍可得到良好的焊接质量。以下,仍可得到良好的焊接质量。缺点:焊料
5、波峰垂直向上的力,会给一些较轻的元器件缺点:焊料波峰垂直向上的力,会给一些较轻的元器件带来冲击,造成浮动或空焊接。带来冲击,造成浮动或空焊接。2021/9/177双波峰焊双波峰焊前一波峰较窄,波高与波宽之比大于前一波峰较窄,波高与波宽之比大于1,峰端有,峰端有23排排交错排列的小峰头,在这样多头的、上下左右不断快速交错排列的小峰头,在这样多头的、上下左右不断快速流动的湍流波作用下,流动的湍流波作用下,焊剂气体都被排除掉焊剂气体都被排除掉,表面张力表面张力作用也被削弱作用也被削弱,从而获得良好的焊接效果。,从而获得良好的焊接效果。后一波峰为双方向宽平波,焊料流动平坦而缓慢,可以后一波峰为双方向宽
6、平波,焊料流动平坦而缓慢,可以去除多余焊料,消除毛刺、桥连等不良现象。去除多余焊料,消除毛刺、桥连等不良现象。2021/9/178双波峰焊双波峰焊为了适应各类为了适应各类SMC/SMD以及高密度组装的需要,在双以及高密度组装的需要,在双波峰的基础上,进行了各种各样的改进,实际采用的双波峰的基础上,进行了各种各样的改进,实际采用的双波峰类型主要有:波峰类型主要有:型波型波T型波型波型波型波O型旋转波型旋转波2021/9/179型波:型波:型波是由一个平坦的主波峰区和一个曲率的副波峰组型波是由一个平坦的主波峰区和一个曲率的副波峰组成。成。型波特点:型波特点:SMA与波峰接触时间较长,因此焊料对与波
7、峰接触时间较长,因此焊料对PCB的擦洗作用比较好。由于喷嘴前安置档板控制波峰的擦洗作用比较好。由于喷嘴前安置档板控制波峰形状,从而控制了波峰的速度特性,这样在喷嘴前面形形状,从而控制了波峰的速度特性,这样在喷嘴前面形成了较大的相对速度为零的区域,在其相对速度为零的成了较大的相对速度为零的区域,在其相对速度为零的那点进行焊接,有助于减少焊点拉尖、桥接现象。那点进行焊接,有助于减少焊点拉尖、桥接现象。2021/9/1710T型波:型波:T型波是在型波是在型波峰上把主峰缩短,副波延伸演变而型波峰上把主峰缩短,副波延伸演变而成。成。T型波特点是把波峰变得很宽。型波特点是把波峰变得很宽。PCB在通过在通
8、过T型波型波时,焊料已浸润了印制板的表面并从波峰中推出,时,焊料已浸润了印制板的表面并从波峰中推出,形成薄层。由于形成薄层。由于波峰很宽波峰很宽,这样,这样表面张力有充分表面张力有充分的的时间把多余的焊料拖回至波峰,减少桥接。时间把多余的焊料拖回至波峰,减少桥接。2021/9/1711型波:型波:在双波峰焊系统中,在双波峰焊系统中,SMA两次经过熔融焊料波峰,两次经过熔融焊料波峰,热冲击很大,热冲击很大,PCB易产生变形。为了解决该问题,易产生变形。为了解决该问题,研究开发出研究开发出型波。它是型波。它是型波的演变,在喷嘴型波的演变,在喷嘴出口处设置了出口处设置了水平方向微幅振动水平方向微幅振
9、动的垂直板,能使的垂直板,能使波峰产生垂直向上的扰动,从而获得双波峰的效波峰产生垂直向上的扰动,从而获得双波峰的效果。果。2021/9/1712O型旋转波:型旋转波:O型旋转波的设计思想是只采用一个主峰,但型旋转波的设计思想是只采用一个主峰,但对主峰的运动状态做了改进,它在喷嘴中装有对主峰的运动状态做了改进,它在喷嘴中装有一组一组S型栅栏并做往复运动,并导致液态焊料型栅栏并做往复运动,并导致液态焊料产生产生O型旋转运动。当与型旋转运动。当与SMC接触时,能有效接触时,能有效地包围着地包围着SMC的焊点,从而达到减低的焊点,从而达到减低“焊接死焊接死区区”的作用。的作用。2021/9/1713喷
10、射空心波喷射空心波:是从倾斜是从倾斜45的单向峰口喷出,锡流与的单向峰口喷出,锡流与SMA行走同向或逆向喷出。行走同向或逆向喷出。由于它们具有窜动现象,在焊接过程中有更由于它们具有窜动现象,在焊接过程中有更多的动能,有利于在紧密间距的片状元器件之间多的动能,有利于在紧密间距的片状元器件之间注入焊料,但湍流波与空心波峰形成的焊点是不注入焊料,但湍流波与空心波峰形成的焊点是不均匀的,还可能有桥接和毛刺存在。均匀的,还可能有桥接和毛刺存在。2021/9/1714波峰面:波峰面:波的表面均被一层氧化膜覆盖波的表面均被一层氧化膜覆盖它在它在沿焊料波表面的整个长度方向上,几乎沿焊料波表面的整个长度方向上,
11、几乎都保持静态都保持静态在波峰焊接过程中在波峰焊接过程中PCBPCB接接触到锡波的表面触到锡波的表面氧化皮破裂氧化皮破裂PCBPCB前面前面的锡波无褶皱地被推向前进的锡波无褶皱地被推向前进这说明整这说明整个氧化膜与个氧化膜与PCBPCB以同样的速度移动以同样的速度移动.2021/9/1715当当PCBPCB进入波峰面前端时进入波峰面前端时基板与引脚基板与引脚被加热被加热并在未离开波峰面之前并在未离开波峰面之前整个整个PCBPCB浸在焊料中浸在焊料中即被焊料所桥联即被焊料所桥联但在但在离开波峰尾端的瞬间离开波峰尾端的瞬间少量的焊料由于润少量的焊料由于润湿力的作用湿力的作用粘附在焊盘上粘附在焊盘上
12、并由于表面并由于表面张力的原因张力的原因 会出现以引线为中心收缩会出现以引线为中心收缩至最小状态至最小状态此时焊料与焊盘之间的润湿此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力。因此力大于两焊盘之间的焊料的内聚力。因此会形成饱满会形成饱满圆整的焊点圆整的焊点离开波峰尾部离开波峰尾部的多余焊料的多余焊料由于重力的原因由于重力的原因回落到锡回落到锡炉中炉中 。焊点成型过程:焊点成型过程:2021/9/1716波峰高度波峰高度波峰高度波峰高度 波峰高度是指波峰焊接中的波峰高度是指波峰焊接中的波峰高度是指波峰焊接中的波峰高度是指波峰焊接中的PCBPCBPCBPCB吃锡高度。吃锡高度。吃锡高度。
13、吃锡高度。其其其其数数数数值值值值控制在控制在控制在控制在PCBPCBPCBPCB板厚度的板厚度的板厚度的板厚度的1/21/21/21/22/32/32/32/3,过过过过大大大大会导致会导致会导致会导致熔融的焊料熔融的焊料熔融的焊料熔融的焊料流到流到流到流到PCBPCBPCBPCB的表面形成的表面形成的表面形成的表面形成“桥连桥连桥连桥连”,过低易造成空焊漏焊过低易造成空焊漏焊过低易造成空焊漏焊过低易造成空焊漏焊 。波峰高度波峰高度波峰高度波峰高度2021/9/1717 波峰焊波峰焊机机在安在安装时装时除了使除了使机机器水平外器水平外还应调还应调节传节传送送装装置的置的倾倾角角通过通过倾倾角
14、的角的调节调节可以可以调调控控PCBPCB与与波峰面的焊接波峰面的焊接时间时间会会有助于焊料液有助于焊料液面与面与PCBPCB更快的更快的分离分离使之返回使之返回锡炉锡炉內內。减少桥连、包。减少桥连、包焊的产生。焊的产生。焊接倾角焊接倾角焊接角度控制在焊接角度控制在5-7度度2021/9/1718波峰焊工艺基本流程波峰焊工艺基本流程波峰焊接流程波峰焊接流程波峰焊接流程波峰焊接流程炉前检验炉前检验炉前检验炉前检验预加热预加热预加热预加热喷涂助焊剂喷涂助焊剂喷涂助焊剂喷涂助焊剂波峰焊锡波峰焊锡波峰焊锡波峰焊锡冷却冷却冷却冷却板底检查板底检查板底检查板底检查2021/9/1719波峰焊设备基本构成波
15、峰焊设备基本构成波峰焊机通常由波峰焊机通常由印刷电路板印刷电路板传输系统传输系统,助焊剂助焊剂喷涂系统喷涂系统,印刷电路板印刷电路板预热预热、波峰发生器波峰发生器,冷却装置冷却装置与与电气电气控制系控制系统统等基本组成部分,另外可添加等基本组成部分,另外可添加热风刀热风刀、油搅拌油搅拌和和惰性惰性气体保护气体保护等。等。2021/9/17202021/9/17211、助焊剂喷涂装置、助焊剂喷涂装置在进行波峰焊之前,要将助焊剂施加到在进行波峰焊之前,要将助焊剂施加到SMA的底部,通的底部,通常采用的方式有:常采用的方式有:发泡式发泡式、鼓轮式鼓轮式、喷嘴喷射式等喷嘴喷射式等。(1)发泡式:将一个
16、有网孔的发泡圆筒(或多孔发泡式:将一个有网孔的发泡圆筒(或多孔石料),沉入配有发泡剂的液体助焊剂槽中,用石料),沉入配有发泡剂的液体助焊剂槽中,用洁净压缩空气吹入使其发泡,助焊剂通过泡沫喷洁净压缩空气吹入使其发泡,助焊剂通过泡沫喷头附着在印刷电路板的底面上。头附着在印刷电路板的底面上。会形成较高的溶会形成较高的溶剂挥发现象!剂挥发现象!2021/9/1722(2)波峰式:通过烟囱状管道,将焊剂泵送)波峰式:通过烟囱状管道,将焊剂泵送到管道口,形成焊剂波峰。再使到管道口,形成焊剂波峰。再使PCB板经过板经过焊剂波峰面,实现涂焊剂。焊剂波峰面,实现涂焊剂。1、助焊剂喷涂装置、助焊剂喷涂装置(3)刷
17、子:细密的硬毛刷在焊剂容器内连续)刷子:细密的硬毛刷在焊剂容器内连续不断地旋转,硬毛上附着的焊剂将被抛向不断地旋转,硬毛上附着的焊剂将被抛向PCB板的底部。板的底部。存在覆盖死角,需要对焊剂进行检测,效率低!存在覆盖死角,需要对焊剂进行检测,效率低!蒸发等原因,易造成焊剂的浪费!蒸发等原因,易造成焊剂的浪费!2021/9/1723(4)鼓轮式:通过旋转的网状鼓轮,从)鼓轮式:通过旋转的网状鼓轮,从鼓轮底部的槽液中汲取助焊剂。随着鼓鼓轮底部的槽液中汲取助焊剂。随着鼓轮的旋转,利用空气射流将焊剂从网状轮的旋转,利用空气射流将焊剂从网状物内,以细小雾滴的形式,吹至印刷电物内,以细小雾滴的形式,吹至印
18、刷电路板上。鼓轮的旋转速度控制着助焊剂路板上。鼓轮的旋转速度控制着助焊剂的涂覆量。的涂覆量。1、助焊剂喷涂装置、助焊剂喷涂装置焊剂进入高密度区域时会受限制!焊剂进入高密度区域时会受限制!(5)喷嘴喷射式:在喷射助焊剂的过程中)喷嘴喷射式:在喷射助焊剂的过程中,助焊剂被安置在一个密封的容器内,喷,助焊剂被安置在一个密封的容器内,喷射时呈现雾状,向上喷射至印刷电路板组射时呈现雾状,向上喷射至印刷电路板组件的底部。喷雾助焊剂的方式可以精确地件的底部。喷雾助焊剂的方式可以精确地控制整个施加的助焊剂量。控制整个施加的助焊剂量。2021/9/17242、预热系统、预热系统波峰焊设备采用预热系统以波峰焊设备
19、采用预热系统以升高升高印刷电路板印刷电路板组件和组件和助焊剂的温度助焊剂的温度,这样有助于,这样有助于1、减小减小印刷电路板进入焊料波峰时受到的印刷电路板进入焊料波峰时受到的热冲击热冲击,2、同时也有助于、同时也有助于助焊剂活化助焊剂活化。预热处理能使印刷电路板材料和元器件上的热应力预热处理能使印刷电路板材料和元器件上的热应力作用降低至最小的程度。作用降低至最小的程度。当印刷电路板组件的质量较重时,比如具有当印刷电路板组件的质量较重时,比如具有8层或层层或层数更多的多层板,通常情况下要求采用顶部加热措数更多的多层板,通常情况下要求采用顶部加热措施,以求给印刷电路板组件带来合适的温度,同时施,以
20、求给印刷电路板组件带来合适的温度,同时又不会产生底部过热的现象。又不会产生底部过热的现象。2021/9/1725(1)(1)强迫对流强迫对流 强迫热空气对流强迫热空气对流是一种有效的和高度均匀的预热是一种有效的和高度均匀的预热方式,尤其适合于水基助焊剂。这是因为它能够方式,尤其适合于水基助焊剂。这是因为它能够提供所要求的温度和空气容量,将水蒸发掉。提供所要求的温度和空气容量,将水蒸发掉。2、预热系统、预热系统2021/9/1726(2)(2)石英灯加热石英灯加热 石英灯是一种石英灯是一种短波长的红外线短波长的红外线(IR)加加热源,它能够做到快速地实现任何所要求热源,它能够做到快速地实现任何所
21、要求的预热温度设置。的预热温度设置。通过红外辐射加热的方法,它能够做通过红外辐射加热的方法,它能够做到快速地达到任何所设置的预热温度。到快速地达到任何所设置的预热温度。2、预热系统、预热系统2021/9/1727(3)(3)热棒(板)加热热棒(板)加热 加热棒的热量由具有较加热棒的热量由具有较长波长的红外线热源长波长的红外线热源所提供,所提供,这种热源实现温度变化的速度较为缓慢,通常用于实这种热源实现温度变化的速度较为缓慢,通常用于实现单一恒定的温度,能够很好地渗透到印刷电路板材现单一恒定的温度,能够很好地渗透到印刷电路板材料之中,以满足较快时间的加热。料之中,以满足较快时间的加热。2、预热系
22、统、预热系统2021/9/17283、焊料波峰、焊料波峰印刷电路板组件在完成助焊剂涂覆后,离开预热区,印刷电路板组件在完成助焊剂涂覆后,离开预热区,通过传输带穿过焊料波峰。通过传输带穿过焊料波峰。焊料波峰是由来自于容器内熔化了的焊料,上下往焊料波峰是由来自于容器内熔化了的焊料,上下往复运动而形成的,波形的长度、高度以及特定的流复运动而形成的,波形的长度、高度以及特定的流体动态特性体动态特性(例如紊流或层流例如紊流或层流),可以通过挡板的强,可以通过挡板的强迫限定来实施控制。迫限定来实施控制。随着涂覆助焊剂的印刷电路板通过焊料波峰,就可随着涂覆助焊剂的印刷电路板通过焊料波峰,就可以形成焊点。以形
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