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1、第10章 电子产品装焊工具及材料,10.1 电子产品装焊常用五金工具1尖嘴钳头部较细，适用于夹小型金属零件或弯曲元器件引线，不宜用于敲打物体或夹持螺母。2平嘴钳小平嘴钳钳口平直，可用于弯曲元器件的管脚或导线。因其钳口无纹路，所以，对导线拉直、整形比尖嘴钳适用。但因钳口较薄，不易夹持螺母或需施力较大部位。,3斜嘴钳 用于剪短焊接后的线头，也可与尖嘴钳合用，剥去导线的绝缘皮。4剥线钳专门用于剥有包皮的导线。使用时应注意将需剥皮的导线放入合适的槽口，剥皮时不能剪断导线。剪口的槽并拢后应为圆形。5平头钳（克丝钳）平头钳头部较平宽，适用于螺母、紧固件的装配操作。一般适用紧固M5螺母，但不能代替锤子敲打零
2、件。,6、镊子镊子分尖嘴镊子和圆嘴镊子两种。尖嘴镊子主要用于夹持较细的导线，以便于装配焊接。圆嘴镊子主要用于弯曲元器件引线和夹持元器件焊接等，用镊子夹持元器件焊接还起散热作用。7螺丝刀螺丝刀又称为起子、改锥。有“”字形和“”字形两种，专用于拧螺钉。根据螺钉大小可选用不同规格的螺丝刀。但在拧时，不要用力太猛，以免螺钉滑口。,10.2 电烙铁,10.2.1 电烙铁的分类及结构1电烙铁的分类电烙铁是手工施焊的主要工具。合理选择、使用电烙铁是保证焊接质量的基础。（1）按加热方式分类电烙铁可分为直热式、感应式、气体燃烧式等多种。目前最常用的是单一焊接用的直热式电烙铁。（2）按电烙铁的功率分类电烙铁可分为
3、20W、30W、35W、45W、50W、75W、100W、150W、200W、300W等多种。,（3）按功能分类可分为单用式、两用式、恒温式、吸锡式等。恒温式电烙铁是指其内部装有带磁铁式的温度控制器，通过控制通电时间而实现温度控制。恒温式电烙铁主要用于对集成电路和晶体管等元器件的焊接。吸锡电烙铁是将活塞吸锡器和电烙铁融为一体的拆焊工具。可以在拆焊时，方便地吸收焊锡，具有使用灵活方便的特点。,2电烙铁的结构,（1）直热式电烙铁的结构直热式电烙铁主要由发热元件、烙铁头、手柄、接线柱等四部分组成。如图所示。,a发热元件：发热元件是电烙铁中的能量转换部分。俗称烙铁芯子。它是将镍铬发热电阻丝缠在云母、陶
4、瓷等耐热、绝缘材料上制造而成。内热式和外热式的主要区别在于外热式发热元件在传热体的外部，内热式发热元件在传热体的内部，也就是烙铁芯在内部发热。显然，内热式能量转换效率高，故同样温度的烙铁，内热式在体积、重量等方面都优于外热式。,b烙铁头：烙铁头主要进行能量存储和传递，一般用紫铜制成。在使用中，因高温氧化和焊剂腐蚀会变得凸凹不平，需经常修整。c手柄：一般用木料或胶木制成，设计不良的手柄，温升过高会影响操作。d接线柱：这是发热元件同电源线的连接处。一般电烙铁有三个接线柱，其中一个是接金属外壳的，接线时应用三芯线将外壳接保护零线。新烙铁或换烙铁芯时，应判明接地端，最简单的方法是用万用表测外壳与接线柱
5、之间的电阻。,（2）直热式电烙铁的分类,直热式电烙铁可分为内热式和外热式两种。a内热式电烙铁：是指发热元件（即烙铁芯）安装于烙铁头里面的电烙铁。具有发热快，重量轻、耗电省、体积小、热利用率高等特点。常用规格有20W、50W等几种。由于它的热效率高，20W就相当于40W左右的外热式电烙铁。,内热式电烙铁的发热元件一般由较细的镍烙电阻丝绕在瓷管上制成。对于20W的电烙铁，其阻值约为2.5k，温度可达350。内热式电烙铁的烙铁头后端为空心，用于套接在连接杆上，并且用弹簧夹固定。当需要更换烙铁头时，需先将弹簧夹退出，同时用钳子夹住烙铁头前端，慢慢拔出。切不可用力过猛，以免损坏连接杆。,b外热式电烙铁：
6、,是指烙铁头安装于发热元件（即烙铁芯）里面的电烙铁。常用规格有25W、45W、75W、100W等几种。电烙铁的功率不同，其内阻不同。一般情况下，20W电烙铁的阻值约为2 k，45W电烙铁的阻值约为1 k，75W电烙铁的阻值约为0.6 k，100W电烙铁的阻值约为0.5 k。当所使用外热式电烙铁的功率未知时，可通过测量其阻值进行判断。,10.2.2 对电烙铁的要求,1对电烙铁的要求（1）温度稳定性好，热量充足，可连续焊接。（2）耗电少，热效率高。（3）重量轻，便于操作。（4）结构坚固，寿命长，可以更换烙铁头，易修理。,2对烙铁头的要求,（1）同焊料有良好的亲和性。烙铁头必须是由易同焊料亲和的金属
7、制成，否则，焊料会滴落下来，不易焊接。（2）导热性好，能有效地将热量从储能部分传送到接合部分。（3）机械加工性能好，使烙铁头在磨损后能得到修复。,10.2.3 电烙铁的选用,电烙铁的选用应根据被焊物体的实际情况而定，一般重点考虑加热形式、功率大小、烙铁头形状等。1加热形式的选择（1）内热式和外热式的选择：相同瓦数情况下，内热式电烙铁的温度比外热式电烙铁的温度高。（2）当需要低温焊接时，应用调压器控制电烙铁的温度，电烙铁的温度与电源电压有密切的关系，实际使用中往往通过调低电源电压来降低电烙铁的温度。,三、电烙铁的选用,（3）通过调整烙铁头的伸出长度控制温度。（4）稳定电烙铁温度的方法主要有以下几
8、种：加装稳压电源，防止供电网的变化；烙铁头保持一定体积、长度和形状；采用恒温电烙铁；室内温度保持恒定；避免自然风或电扇风等。,2电烙铁功率的选择,（1）焊接小瓦数的阻容元件、晶体管、集成电路、印制电路板的焊盘或塑料导线时，宜采用3045W的外热式或20W的内热式电烙铁。应用中选用20W内热式电烙铁最好。（2）焊接一般结构产品的焊接点，如线环、线爪、散热片、接地焊片等时，宜采用75100W电烙铁。（3）对于大型焊点，如焊金属机架接片、焊片等，宜采用100200W的电烙铁。,3烙铁头形状的选择,10.3 焊料,焊料是易熔金属，熔点应低于被焊金属。焊料熔化时，在被焊金属表面形成合金与被焊金属连接在一
9、起。焊料按成份可分为锡铅焊料、银焊料、铜焊料等。在一般电子产品装配中，主要采用锡铅焊料，俗称焊锡。,10.3.1 锡铅焊料,1锡的特性物理特性：锡（Sn）是一种软质低熔点金属。熔点为232，导电率为12.1mm/mm2。金属锡在高于13.2时为银白色，低于13.2时呈灰色，低于40时变为粉末。纯锡质脆，机械性能差。化学特性：大气中耐腐蚀性好，不失金属光泽，不受水、氧气、二氧化碳等物质的影响，并易同多种金属形成金属化合物。,2铅的特性,物理特性：铅（Pb）是一种浅白色软金属，熔点为327.4，导电率为7.9 mm/mm2。铅属于对人体有害的重金属，在人体中积蓄能引起铅中毒。纯铅的机械性能也很差。
10、化学特性：有较高的抗氧化特性和抗腐蚀性，一般不与空气、氧、海水、食盐等发生反应，但受硝酸、氯化镁的腐蚀。,3锡铅焊料的特性,锡和铅合成焊料后，具有一系列原锡、铅不具备的优点：（1）熔点低，易焊接，各种不同成份的锡铅焊料熔点均低于锡和铅的熔点，有利于焊接。（2）机械强度高，焊料的各种机械强度均优于纯锡和铅。（3）表面张力小，粘度下降，增大了液态流动性，有利于焊接时形成可靠接头。（4）抗氧化性好，使焊料在熔化时减小氧化量。,4锡铅焊料状态图,锡 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100%铅 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0%,35030025
11、020015010050,液相线,固相线,半熔融态,半熔融态,共晶点,T,D,F,E,4锡铅焊料状态图,由图可知，不同比例的锡和铅组成的焊料熔点与凝固点各不相同，除纯锡、铅和共晶合金是在单一温度下熔化外，其它焊料都是在一个区域内熔化。图中CTD线为液相线，温度高于此线时为液相。CETFD为固相线，温度低于此线时为固相。两线之间的两个三角形区域内，焊料处于半熔半凝固状态。最适合于焊接的温度应高于液相线50。,5共晶焊锡,在图中，T为共晶点，对应的锡铅含量为锡是61.9%，铅是38.1%，称为共晶合金。它的熔点最低，为183，是锡铅焊料中性能最好的一种，它有如下特点：（1）低熔点，使焊接时加热温度
12、降低，可防止元器件损坏。（2）熔点和凝固点一致，可使焊点快速凝固，不会因半熔状态时间间隔而造成焊点结晶疏松，强度降低。这一点对自动焊接尤为重要，因为自动焊接传输中不可避免出现地振动。（3）流动性好，表面张力小，有利于提高焊点质量。（4）强度高，导电性好。,10.3.2 焊锡的物理性能及杂质影响,1焊锡的物理性能由表可以看出，含锡量60%的焊料，抗张力强度和剪切强度都较好。而含锡量过高或过低，其性能都不太理想。一般常用焊锡含锡量为1060%。,2杂质对焊锡的影响焊锡除含有锡和铅外，还不可避免地含有其它微量金属。这些微量金属作为杂质，超过一定限量就会对焊锡性能产生很大影响。,10.3.3 常用焊锡
13、,1常用锡铅焊料表给出了一般常用的锡铅焊料的性能。2常用低温焊锡 表给出了电子产品中几种常用的低温焊锡。,3焊锡的形状,焊锡一般做成丝状、扁带状、球状、饼状等形状。在手工电烙铁焊接中，一般使用管状焊锡丝。它是将焊锡制成管状，在其内部充加助焊剂而制成。焊剂常用优质松香添加一定活化剂。由于松香很脆，拉制时容易断裂，会造成局部缺焊剂的现象，故采用多芯焊锡丝以克服这一缺点。焊料成份一般是含锡量6065%的锡铅焊料。焊锡丝直径有0.5mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.3mm、2.5mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm多种。,10.4 焊剂,一、焊剂的作
14、用及应具备的条件焊剂即助焊剂，是焊接过程中必不可少的辅助材料之一。,一、焊剂的作用及应具备的条件,1焊剂的作用（1）除去氧化膜：焊剂是一种化学剂，其实质是焊剂中的氯化物、酸类同氧化物发生还原反应，从而除去氧化膜。反应后的生成物变成悬浮的渣，漂浮在焊料表面，使金属与焊料之间接合良好。（2）防止加热时氧化：液态的焊锡和加热的金属表面都易与空气中的氧接触而氧化。焊剂在熔化后，悬浮在焊料表面，形成隔离层，故防止了焊接面的氧化。（3）减小表面张力，增加了焊锡流动性，有助于焊锡浸润。（4）使焊点美观，合适的焊剂能够整理焊点形状，保持焊点表面光泽。,2焊剂应具备的条件,（1）熔点低于焊料：在焊料熔化之前，焊
15、剂就应熔化，发挥以上作用。（2）表面张力、粘度、比重均应小于焊料：焊剂表面张力必须小于焊料，因为它要先于焊料在金属表面扩散浸润。如果浸润时粘性太大，就会阻碍扩散。如果比重大于焊料，则无法包住焊料的表面。（3）残渣容易清除：焊剂或多或少都带有酸性，如不清除，就会腐蚀母材，同时也影响美观。（4）不能腐蚀母材：酸性强的焊剂，不单单清除氧化层，而且还会腐蚀母材金属，成为发生二次故障的潜在原因。（5）不会产生有毒气体和臭味：从安全卫生角度讲，应避免使用毒性强或会产生臭味的化学物质。因此，当使用氟酸、磷酸、盐酸等强酸时，必须考虑安全卫生方面的规定。,二、焊剂的分类,焊剂大体上分为无机系列、有机系列和树脂系
16、列三种。在电子产品中，使用的最多、最普遍的是以松香为主体的树脂系列焊剂。常用焊剂的分类如下：,三、无机焊剂,无机焊剂活性最大，腐蚀性最强，常温下即能清除金属表面的氧化层。但这种很强的腐蚀作用极容易损坏金属和焊点，焊后必须用溶剂清洗。否则，残留下来的焊剂具有很强的吸湿性和腐蚀性，会引起严重的区域性斑点，甚至造成二次故障。无机焊剂一般不用于电子元器件的焊接。因为焊点中象接线柱空隙，导线绝缘皮内，元件根部等很难用溶剂清洗干净，留下隐患。无机焊剂中最常用的是焊油，它是将无机焊剂用机油乳化后，制成的一种膏状物质。,四、有机焊剂,大部分有机焊剂是由有机酸、碱或它们的衍生物组成的。其活性次于无机焊剂，有较好
17、的助焊作用，但也有一定的腐蚀性，残渣不易清理，且挥发物对操作者有害。同时，热稳定性差，呈活化的时间短，即一经加热，便急速分解，其结果就有可能留下无活性的残留物。因此，对热稳定性要求高的地方不适于用这种焊剂。,五、树脂焊剂,1松香焊剂将松树、杉树和针叶树的树脂进行水蒸气蒸馏，去掉松节油后剩下的不挥发物质便是松香。松香主要由80的松香或希尔毕克酸、1015%的海松酸或L培尔美利克酸、松脂油组成。在常温下几乎没有任何化学活力，呈中性。当加热至74时便开始熔化，被封闭在内部的松香酸呈活性，开始发挥酸的作用。随着温度的不断升高，使金属表面的氧化物以金属皂的形式熔解游离（氧化铜松香铜）。当温度高达300左
18、右时，就变为不活跃的新松香酸或焦松香酸，失去焊剂的作用。焊接完毕恢复常温后，松香就又变成固体，固有的非腐蚀性，高绝缘性不变，而且呈稳定状态。目前，在使用过程中通常将松香溶于酒精中制成“松香水”，松香同酒精的比例一般为1：3为宜。也可根据使用经验增减，但不能过浓，否则流动性能变差。,2活性焊剂,由于松香清洗力不强，为增强其活性，一般加入活化剂。如三乙醇氨等。焊接时活化剂根据加热温度分解或蒸发，只有松香残留下来，恢复原来的状态，保持固有的特性。常用国产树脂焊剂见表所示,10.5 阻焊剂,一、阻焊剂的作用 在焊接时，尤其是在浸焊和波峰焊中，为提高焊接质量，需采用耐高温的阻焊涂料，使焊料只在需要的焊点
19、上进行焊接，而把不需要焊接的部位保护起来，起到一定的阻焊作用。这种阻焊涂料称为阻焊剂。,阻焊剂的主要功能有以下几点：,（1）防止桥接、拉尖、短路以及虚焊等情况的发生，提高焊接质量，减小印制电路板的返修率。（2）因部分印制电路板面被阻焊剂所涂覆，焊接时受到的热冲击小，降低了印制电路板的温度，使板面不易气泡、分层。同时，也起到了保护元器件和和集成电路的作用。（3）除了焊盘外，其他部分均不上锡，节省了大量的焊料。（4）使用带有颜色的阻焊剂，如深绿色和浅绿色等，可使印制电路板的板面显得整洁美观。,二、阻焊剂的分类,阻焊剂按照成膜方式可分为热固化型阻焊剂和光固化型阻焊剂两种。1热固化型阻焊剂热固化型阻焊
20、剂使用的成膜材料是酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、醇酸树脂、聚脂、聚氨脂、丙烯酸脂等。这些材料一般需要在130150温度下加热固化。其特点是价格便宜，粘接强度高。不足是加热温度高，时间长，能源消耗大，印制电路板易变形。现已被逐步淘汰。,2光固化型阻焊剂光固化型阻焊剂使用的成膜材料是含有不饱和双键的乙烯树脂、不饱和聚脂树脂、丙烯酸（甲基丙烯酸）、环氧树脂、丙烯酸聚氨酸、不饱和聚脂、聚氨脂、丙烯酸脂等。它们在高压汞灯下照射23min即可固化。因而可以节省大量能源，提高生产效率，便于自动化生产。目前已被大量使用。,10.6 表面组装设备,表面组装设备是完成表面组装工艺不可缺少的组成部分。一般来说，表面
21、组装设备中，贴片机决定SMT(Surface Mounting Technology)生产线的效率和精度，焊接设备决定产品的质量，丝网印刷机决定精度和质量，检测设备则保证产品的质量。故表面组装生产线中，一般以贴片机为重点，同时不可忽视印刷、焊接、测试等设备。,根据组装产品和组装工艺的需要，还可以配置多台贴片机；配置点胶机、上下料装置(常称为上、下板机)、转板机(改变PCB在传输线上传输方向)和翻板机(双面组装时使PCB翻转换面)等各种选择；当组装产品焊接后需要清洗时，还需配置清洗设备。根据组装对象、组装工艺和组装方式的不同，SMT生产线有多种组线方式。采用再流焊接技术的成套SMT生产线基本组成
22、如图所示。,SMT的主要设备有3大类：涂布设备、贴片设备和焊接设备，下面简要介绍几种最主要的表面组装设备。,10.6.1 涂布设备,涂布设备用于焊膏和贴装胶的涂敷，它直接影响表面组装组件的功能和可靠性。焊膏涂敷通常采用丝网印刷机，贴装胶涂敷则通常采用自动点胶机，下面简要介绍这两种设备。,1丝网印刷机,焊膏的涂敷一般采用丝网印刷机。丝网印刷技术是采用已经制好的网板，用一定的方法使丝网和印刷机直接接触，并使焊膏在网板上均匀流动，由掩膜图形注入网孔。当丝网脱开印刷板时，焊膏就以掩膜图形的形状从网孔脱落到印刷板的相应焊盘图形上，从而完成了焊膏在印刷板上的印刷。,新型自动丝网印刷机采用电脑图像识别系统来
23、实现高精度印刷，刮刀由步进电机无声驱动，容易控制刮刀压力和印层厚度。如图所示为DEK260自动丝网印刷机。,2自动点胶机,在表面组装的某些情况下，为了使元器件牢固地粘在印制板上，并在焊接时不会脱落，需要在被焊电路板的贴片元器件安装处涂敷贴装胶。目前的生产中，普遍采用点胶机分配贴装胶。图所示为CDS6700自动点胶机。,10.6.2 贴片设备,贴片机是指各类能将SMT元件正确地贴装在印制电路板上的专用设备的总称。自动贴装机是SMT生产线中最关键的设备，它是一种由计算机控制的自动拾取和贴装SMC/SMD(Surface Mounted Components/Surface Mounted Devi
24、ces)的机器人系统。它将SMC/SMD从料盒中取出，经过判定整形后，将SMC/SMD传递到印制板上的精确位置，并可靠粘接和固定。图所示为松下Panasert mpa3高精度、高速贴片机。,贴片机的基本结构各部分的功能简述如下：,(1)基座用来安装和支撑贴片机的全部部件，应具有足够的刚性。(2)送料器用来容纳各种包装形式的元器件，并把元器件传送到取料部位。(3)印制电路板传输装置(导轨)目前大多数采用导轨传输，也有采用工作台传输的。,(4)贴装头相当于机器人的机械手，从送料器中拾取元器件，并精确贴放到印制板的设定位置。(5)对中系统的对中方式有机械对中、光学对中。光学对中包括3种方式，激光、全
25、视觉、激光加视觉。(6)贴装头的X、Y轴定位传输装置有机械丝杠传输，磁尺和光栅传输。,(7)贴装工具(吸嘴)，拾放元器件的工具。不同形状、大小的元器件需要不同的吸嘴。(8)计算机控制系统是贴片机所有操作的指挥中心。XYZ贴装头PCB送料器磁场尺基座导轨,10.6.3 焊接设备,焊接是使焊料合金和要结合的金属表面之间形成合金层的过程，焊接设备是实现这一过程的设备。焊接质量的好坏与焊接设备有密切的关系。根据熔融焊料的供给方式不同，表面组装技术中主要采用波峰焊和再流焊两种，相应的焊接设备也有两种。,1波峰焊设备,波峰焊是将熔化的焊料，经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波形，使预先装有电子元器件的印
26、制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。波峰焊接机的品牌、型号繁多，但工作原理基本相同。目前使用较多的波峰焊接机为全自动双波峰型。它能完成焊接的全部操作，包括涂敷助焊剂、预热、焊前预镀焊锡、焊接以及焊接后的清洗、冷却等操作。,2再流焊设备,再流焊是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的焊膏(焊料再流)，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的一种成组或逐点焊接工艺。目前，使用最广泛的回流焊接机是热风式回流焊接机。它采用优化的变流速加热区结构，在发热管处产生高速的热气流，在电路板处产生低速大流量气流，保证电路板和元器件受热均匀，又不容易使元器件移位。图所示为TN680C热风式回流焊接机。有16个单独控制的热风温区，完成预热、熔化、降温固化等过程。,
