焊接的基本知识.pptx

焊接的基本知识lLCD、LED、彩电元器件的焊接包括波峰焊、浸焊及手工焊接，我们要了解焊接的原理及焊接的过程，掌握焊接的要素及焊接的方法，才能使彩电元件的焊接达到良好的效果，下面先从焊接的原理讲起。焊接原理l焊接是电路装配中必不可少的工艺过程，将元件引脚与电路板焊在一起叫作焊接。广义的焊接包括电弧焊及气焊，这些焊接母材是熔化的；母材不熔化的焊接的典型例子是锡焊，锡焊又叫作钎（qian）焊,钎焊过程是将焊料、焊剂、母材在焊接热的作用下所发生的相互间物理化学作用的过程。从工艺的角度来看，锡钎焊的过程有三个步骤：（1）预热焊料和母材的接合面。（2）熔融的焊料在焊剂的帮助下，填入工件缝隙，与母材发生反应，扩散成界面合金薄层。（3）焊料冷却，结晶，把母材“粘连”在一起形成接头。这三个步骤是紧密联系的一个完整过程。锡钎焊l在彩电装配中常用锡铅合金焊料，焊料经过热的作用熔融并在金属母材表面产生润湿，焊锡扩散进母材，在界面上生成合金层进行结合。结合的条件有焊料成分、母材材料、加热温度、表面处理等。l润湿l钎焊的第一个阶段就是熔化的焊料在母材金属表面充分漫流后，产生润湿。印制板的表面敷了一层薄的紫铜层；元件的引脚是铁或黄铜做的，上面镀了一层锡的合金，这些母材都是金属，它们的表面看起来是很光滑的，但用显微镜放大就可以看出这些金属的表面是由无数个凹凸不平的小坑、小丘及划有伤痕的晶粒界面组成的。熔融的焊料就靠着这些凹凸及伤痕产生的毛细管力，来引起润湿漫流。润湿是否良好，可以用润湿角来表示，把母材与焊锡的接触角度定义为润湿角（见图1及图2），用来表示,90,称为润湿不足,30,表示润湿良好。=2030图1.润湿良好90图2.润湿不良l焊料对母材的润湿性，反映了焊料对于母材的可焊性。润湿不好的液体在固体表面的结合力很差，很容易被清除掉而不留痕迹。因此，在焊接前常用焊料金属来润湿母体金属（焊件和引线预涂锡），目的是用低熔点焊料作接合媒质，同时使焊件表面获得保护膜作为一种可焊性的保证，使焊接时两个相邻的焊接面有牢固可靠的结合，这层保护膜称为润湿膜或焊接镀膜，厚度一般在515微米之间。焊件可焊性主要反映在焊接时焊接镀层能被新熔融焊料所润湿，新加焊料能很快很好地与焊接镀层表面的“旧”焊料融合为一体。润湿与焊接镀层2 扩散作用与合金效应l与上述润湿现象同时产生的还有焊料对母材金属的扩散现象。由于扩散现象，在母材金属与焊料的边界会形成一层金属化合物层，即合金层（见图3）。合金层是由母材和焊料在焊接热的作用下通过扩散作用形成的。其成分和厚度取决于母材、焊料间的金属性质、焊剂的物理化学性质、焊接工艺条件。合金层焊料图3：合金层l如果是锡焊铜，其界面合金层为Cu6Sn5、Cu3Sn，厚度为310微米；如果是锡焊铁，合金层为FeSn2（锡化铁）,其厚度为0.5微米。由此可知，合金层随母材而不同，并且很薄。但合金层是锡焊中极为重要的结构层，没有合金层或合金量太少将出现假焊或虚焊。合金层3 焊剂（又叫助焊剂）l母材的表面必须是洁净的，没有妨碍焊料流动及与母材结合的氧化层与污物，只有在洁净的条件下，焊料与母材的原子间距最小，没有阻挡，能够让相互之间的原子引力足够大，产生吸引力，达到焊料的润湿及与母材的结合。l用于达到洁净目的的去垢剂称为焊剂或助焊剂。l焊剂的清洁作用是溶解氧化物及其它化合物，改善熔融金属对金属面的润湿或亲合性。l液体的表面都有表面张力，液态焊锡的表面张力很大，易趋向于球形体，不容易散开，其漫流性也较差。l焊剂被加热时，其温度接近于液气态转化的临界状态时，会使焊料的表面张力减小，提高流动性，使之易于漫流和润湿。31 对焊剂的要求有以下几点：l焊剂必须比焊料熔点低、比重小，以便在焊接过程中能充分发挥焊剂的活化作用。l要有较强的活性，才能迅速干净地去除母材表面镀层上的氧化层。l无腐蚀性，保证产品的可靠性及使用寿命。l高绝缘性能，不能降低电路板的绝缘强度，焊接完成后还能起到保护焊接面的作用。l表面张力要小，流动性要好，漫流面积要大，有较好的附着力，且焊接后不易碳化发黑，残留焊剂应色浅且透明。l焊接过程中不产生有毒气体和刺激性的气味，不污染环境。3.2 助焊剂的分类助焊剂的分类l焊焊剂剂按按状状态态分分类类：有液态助焊剂及干式焊剂两类，液态助焊剂用于波峰焊及浸焊；干式助焊剂用于加工在焊锡丝中，为了防止焊剂断芯，焊锡丝中的助焊剂被做成三芯形状，我们现在用的海宇牌焊锡丝就是三芯焊锡丝。干式助焊剂还有一种用途是涂在印制板上，它有保护焊接面不被氧化和助焊的双重作用。l焊焊剂剂按按“焊焊接接后后是是否否需需要要清清洗洗掉掉”来来分分类类：有免洗助焊剂及需清洗助焊剂，我们使用的都是松香型免洗助焊剂，即焊接后不必将残留的助焊剂用清洗剂来清洗掉，残留的助焊剂对母材金属没有腐蚀性，也不会降低电路应有的绝缘强度，并且有保护焊点不被氧化的作用。l焊焊剂剂按按其其是是否否含含松松香香来来分分类类：有普通松香型免洗助焊剂，低松香型免洗消光助焊剂，无松香型助焊剂等。我们现在用的是第1种；第2种也试用过，酸性较大，焊接效果不稳定，现已停用；第3种助焊剂不用松香，价钱较高，对电视机电路板不适合。33 焊剂的成分及其作用l焊剂的成分大多数为成膜物质，再加上有机溶剂及活化剂所组成。l成成膜膜物物质质：松香就是一种最常用的成膜物质，松香在常温时是中性的，加热后呈弱酸性，有去除氧化层的作用。焊接完成以后，松香残留在电路板上，形成一层紧密的有机膜，以保护焊点和基板，具有一定的防腐蚀性能和电气绝缘性能。另外，一些有机树脂（如：酚醛树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、聚氨脂树脂等）也都是具有一定的助焊能力的成膜物质。l有机溶液：有机溶液：常用乙醇或异丙醇作为焊剂的溶剂，它们能使有机酸很好地溶解，溶解物成分均匀，溶液电阻高，挥发性适中。我们使用的焊剂稀释剂就是焊剂的溶剂。33 焊剂的成分及其作用l活活化化剂剂：活化剂是在活性焊剂中起活化作用的有机酸，一般选分子量大、有热稳定性的脂肪酸或芳香酸。这些有机酸在常温下对金属有缓蚀作用，在焊接温度下能较强电离，发挥对金属氧化物的强溶和结合能力，起到化学清洗作用。l其其它它添添加加剂剂：焊剂中有时需根据特殊需要加入一些配合剂或添加剂，如：阻燃剂、缓蚀剂、消光剂、润湿剂、表面活性剂等。阻燃剂可以起到不会主动着火的作用；缓蚀剂可以起到在常温下对金属不产生腐蚀的作用；消光剂可以起到使焊点表面的反光程度减小，使补焊工人不眩目的作用。l4焊料（即焊锡）l41对焊锡的要求l熔点要低：电路的焊接，要求在较低的温度下进行，如果焊料的熔点在190度，实际焊接温度只要提高到240260度的范围。l抗蚀性要好：电子产品应能在高温、低温、高湿等环境条件下进行工作，为此，焊料必须有很好的抗蚀性能。41 对焊锡的要求l要有较好的结合强度：即在焊接温度和时间作用下，焊料对母体金属具有良好的润湿性。熔融焊料的表面张力要小，流动性好，有利于焊料的均匀分布，并为润湿创造条件。l凝固期要短：有利于焊点的成型，便于操作。l焊后表面外观性要好。l导电性要好，且有足够的强度。l价格不贵，来源较丰富。42 锡铅焊料的特性l科学家经过各种焊料成分的配比试验，发现锡铅二元合金可以相互熔化，组成典型的共晶合金，其状态如图4所示。从图中可以看出，当锡的成分为60%，铅的成分为40%时，锡铅合金没有半凝固状态，高于183度是液态，降到183度共晶点时，完全凝固。为共晶合金成分的锡铅焊料，具有最低的熔点，最小的凝固温度，最好的机械性能，最好的流动性和最大的漫流面积。图4：锡铅焊料状态图温度共晶点铅成分%半凝固半凝固固相线0102030405060708090100图4：锡铅焊料状态图液态325300275250225200175150125100锡成分%液相线1009080706050403020100摄氏度液相线43 焊料中的杂质及其影响l在焊料中，除了主要成分锡和铅以外，还会含有其它的微量金属及微量非金属元素，称为焊料中的杂质，它们对焊料均有一些不良的影响（见表1）。l在焊接过程中，元件引线（铁或铜等）及印制板上的铜箔都会有极微量的一部分熔入锡炉之中，使锡炉中的杂质含量不断增加，焊锡用得时间越长，杂质含量会越多。l所以，锡炉中的焊料要每隔半年进行一次取样化验，如果化验时发现杂质含量超过标准要求，就要换掉锡炉中锡的一部分或全部，以降低杂质的含量。l焊锡的价钱很贵，要30多元/一公斤，一炉锡有几百公斤重，故换一炉锡大约要化一万多元钱。所以我们要尽量设法减缓锡炉中的杂质含量的增加，延长换锡周期，就能节约很多钱。杂质名称机械特性焊接性能熔点其它允许含量锌ZN漫 流 性 和润 湿 性 下降多孔性表面粗糙0005%铝Al易氧化、腐蚀0006%镉Cd变脆漫流性和光泽下降半熔范围扩大多孔性、发白锑Sb变脆半熔范围变窄电阻增大080%铋Bi变脆熔点下降冷却时产生龟裂010%砷As变脆变硬成高水泡针状晶体005%铁Fe焊接性能下降熔点升高010%铜Cu变脆变硬颗粒状物90焊锡太少图12焊锡适当润湿良好图103013焊点质量外观的观察及鉴别l133焊锡量：良好的焊点焊锡量应该适当，焊点成圆锥形，如图10。如果堆锡过多，有可能掩盖焊点内部焊接不良的现象，并非焊锡越多，焊点强度越大，见图11。如果焊锡太少，马上不会有问题，但以后元件受振受力后焊点可能断裂，元件脚会脱焊，故也不能允许，见图12。l134其它焊接缺陷：如半边焊、连焊、搭焊、拉尖、虚焊、有焦块、波峰焊及浸焊没焊到、波峰焊溢锡、波峰焊卡伤铜箔、切脚引起铜断等等，这些焊接缺陷都很直观，要找出产生的原因来进行解决。l14结束语l焊接是彩电生产工序中的一个关键工序，各制造部的生产管理人员、工艺技术人员、质量检验人员、生产操作人员都应该知道焊接的原理及要素，掌握焊接的方法及要领，才能使产品的焊接质量不断提高，努力达到零缺陷的目标。l焊接的基本知识讲课到此结束，有不妥及不足之处,请各位指正及补充。l