《材料连接技术》PPT课件.pptx

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1、 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering材料连接技术材料连接技术Materials Welding and Joining Techniques 赵兴科赵兴科 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering电子组装互联与连接技术电子组装互联与连接技术5.1 电子组装概述电子组装概述5.3 板卡组焊技术板卡组焊技术 5.2 引线键合技术引线键合技术5.4 线缆连接技术

2、线缆连接技术 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering无焊绕接技术是用一种专用工具绕接器，对单股实心裸导线施加一定拉力，使之按规定的圈数紧密的缠绕在带有棱边的接线柱上，使导线与接线柱形成牢固连接接点的技术，从而达到可靠的电气连接。是一种不同于螺钉连接、焊接、压接、刺破接连的连接方式。绕接连接绕接连接5.4 电子组装机械连接技术电子组装机械连接技术 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineerin

3、g Engineering50年代美国贝尔电话实验室早期首次研究，并于1953年获得了成功应用于自动电话机。美国国家航空、空间管理局、联邦航空协会和国防部等部门相继采用了绕接工艺。1960年前后日本用于电话自动交换机、计算机、电视机和录音机等各种电子设备。英国、联邦德国、加拿大、法国、苏联、罗马尼亚、南斯拉夫等也相继采用。70年代初期，中东、远东、南美和非洲一些国家也开始采用绕接工艺。70年代大中型计算机的PCB-PCB和PCB分机都采用绕接工艺。绕接技术发展历史绕接技术发展历史40年代电话交换机的接线非常多，锡焊接点不够可靠，因此发明了绕接。School of Materials Schoo

4、l of Materials Science&Science&Engineering Engineering我国20世纪70年代中期首先开始在通讯设备和计算机设备上进行绕接工艺的试用和研究，并开始了绕接专用的工具、测试工具、接插件和导线的批量生产，研制了半自动绕接机。应用相继扩展到载波机、电气仪表及其它数控设备的制造上。1983年制定了我国邮电部YD304-83绕接标准。国际电工委员会于1971年制定了IEC(352)绕接技术标准，并于1979年颁布了该标准的修正草案。School of Materials School of Materials Science&Science&Enginee

5、ring Engineering绕接法的优点：绕接法的优点：接点强固耐久、抗老化、振动和腐蚀、可靠性高。在导线和接线柱之间完全是金属对金属接触，接触电阻小。操作简单、接点更换容易，现场维修方便。对热敏材料不造成热的损害。无热的烙铁、起火、烧着和锡焊冒烟对人体的伤害等危险。锡焊斑点、虚焊、松脂污染等、质量重复性好。省去了焊料或很贵的线夹和专用接头等。劳动生产率高，较锡焊节省50%工时。可靠性为锡焊连接的十倍以上，工作寿命长达到40年。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering绕接点

6、使用的导线头比锡焊点的长，多股导线不能进行绕接，直径大于1.32 mm的导线目前还不能进行绕接，生产或维修中需要改换错绕点时比锡焊麻烦，再进一步提高装配密度比较困难。尽管绕接有无可比拟的优点，但也存在一定的局限 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering（1）绕接技术的基本原理及其方法）绕接技术的基本原理及其方法根据“冷压连接”的技术原理，将两个金属表面施加足够的压力，保证接点的一定压强，使之产生塑性变形和表面原子层的强力结合，达到牢固的连接目的。由于接触压力，使导线和接线柱均形

7、成刻痕，产生气密区，提供了可靠的电气性能和机械性能。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering绕头是一个可以回转的心轴，沿轴心开孔的叫接线柱孔，用来套在固定的接线柱上；和轴心开孔平行的，在绕头边缘上的一个较长的小槽孔，即导线孔，用以容纳导线。绕头外面为固定的绕套，用以约束和限制导线。绕接工具是绕线枪，其操作部分是绕头。绕线枪有手动、气动、电动、用电动和气动的使用较多。School of Materials School of Materials Science&Science&E

8、ngineering Engineering绕接主要是一种依靠材料弹性的压力连接，和其它几种电气上常见的压力连接有一定的共同性，但比它们优越。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering无焊绕接接点必须满足的要求：在导线和接线柱之间应紧密接触；接触区域应气密，足以抵抗腐蚀；气密区域在工作寿命期内不致由于腐蚀或导线和接线柱内部

9、的应力松弛有显著的减小和减小到低于必需的最小尺寸；紧密接触的面积总和应大于导线截面，以防止局部过热或影响电性能；接点应在机械上稳定，从而在运输、安装及其后维修活动中所加于接点的力将不致破坏紧密接触区域；导线在绕接过程中不应因形变而硬化发脆，以致在振动、触碰或退绕时断裂。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering为了估计接点是否能在种种情况下满足这些要求，需要把这些要求转化为实际的试验。并且将工程上的和制造中的因素考虑进去。这些试验主要从电气和机械两个方面对接点的性能和可靠性作出评

10、价，采用的方法有：直观检查接点外形；测量接点对拉脱力的抵抗；退绕导线以检验接点的韧性；退绕导线，查看接触区域；测量接点的接触电阻及电阻变化；现场故障记录 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering 压连接压连接用专用压力钳将焊片与导线紧密压紧，达到分子间气密接触。电力工程中大电流连接一般采用压接。扁平电缆、双绞线电缆与连接器的连接都采用穿刺压接，既方便又可靠。School of Materials School of Materials Science&Science&Engin

11、eering Engineering可拆压接可拆压接-连接器连接器连接器是一种能使电路反复分开与连接的器件，一般包含插头和插座两部分，结构品种较多，详细请查阅连接器手册或产品样本。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering用线扎、电缆、扁平电缆、挠性印制电缆、同轴电缆进行互连与连接器连接。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering接触簧片是连接器的关键零件，其形状、

12、材料、预应力设计决定连接器的接触质量与可靠性。为确保接触可靠，获得稳定的低接触电阻，簧片必须对触点施加一定的法向力压力。簧片材料一般用铂青铜，弹性好，可热处理，永久疲劳变形小，但价格贵，一般用在重要场合锡磷青铜价格便宜，弹性差，易疲劳，一般用在普通场合制造。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering5.5 再流焊技术再流焊技术元器件基本组装工艺THT工艺或SMT工艺。前者采用通孔组装元器件和波峰焊；后者采用贴片元件和再流焊。如果同时使用两类元器件，则称为混合组装，简称混装。Sch

13、ool of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering再流焊是指预先在 PCB 焊接部位（焊盘）施放适量和适当形式的焊料，然后贴放表面组装元器件，经固化（在采用焊膏时）后，再利用外部

14、热源使焊料再次流动达到焊接目的的一种成组或逐点焊接工艺。目前再流焊技术主要包括：热板传导再流焊、红外辐射加热再流焊、热风炉再流焊、气相加热再流焊，这些焊接方法都属于整体加热方式。5.5.1 再流焊的工艺特点再流焊的工艺特点 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering方法方法优优 点点缺缺 点点热板热板设备结构简单，价格便宜

15、，初始投设备结构简单，价格便宜，初始投资和操作费用低；可以采用惰性气资和操作费用低；可以采用惰性气体保护；传到元器件上的热量相当体保护；传到元器件上的热量相当小；操作简单。小；操作简单。与有机印刷电路板不兼容；电路与有机印刷电路板不兼容；电路板的尺寸较小；温度分布不均匀；板的尺寸较小；温度分布不均匀；只适于单面组装，不能用于双面只适于单面组装，不能用于双面组装。组装。红外红外可采用不同熔点的焊膏；能活化焊可采用不同熔点的焊膏；能活化焊剂提高润湿性；溶剂挥发缓和，焊剂提高润湿性；溶剂挥发缓和，焊料飞溅小；可精确控制工艺。料飞溅小；可精确控制工艺。外形较高的元器件会遮蔽小型元外形较高的元器件会遮蔽

16、小型元器件；对器件表面反射率及质量器件；对器件表面反射率及质量敏感，温度差异大；芯部和边角敏感，温度差异大；芯部和边角加热不均匀。加热不均匀。热风热风焊接温度均匀、稳定，克服吸热差焊接温度均匀、稳定，克服吸热差异及荫屏效应等不良现象；可精确异及荫屏效应等不良现象；可精确控制再流焊温度曲线；适合于大批控制再流焊温度曲线；适合于大批量生产；采用量生产；采用 N2 气保护，可进行无气保护，可进行无钎剂再流焊；具有很高的生产能力钎剂再流焊；具有很高的生产能力和较低的操作成本。和较低的操作成本。工艺曲线设定复杂；如果射落的工艺曲线设定复杂；如果射落的气体不在适当的方向，就可能造气体不在适当的方向，就可能

17、造成元器件的移位和传输带上印刷成元器件的移位和传输带上印刷电路板发生移位。电路板发生移位。气相气相加热均匀，热冲击小；可在无氧的加热均匀，热冲击小；可在无氧的环境中进行焊接，焊前被焊件将不环境中进行焊接，焊前被焊件将不会再被氧化，确保了焊接的可靠性。会再被氧化，确保了焊接的可靠性。氟氯烷对大气环境有破坏作用，氟氯烷对大气环境有破坏作用，其应用受到了限制；设备与介质其应用受到了限制；设备与介质费用昂贵。费用昂贵。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering再流焊的主要工艺特征：用焊剂

18、将要焊接的金属表面洗净(去除氧化物等)，使之对焊料只有良好的润湿性；供给熔融焊料润湿金属表面，布焊料和被焊金属间形成金属间化合物。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering回流焊的温度曲线主要包括四个阶段。预热阶段预热阶段是把室温的PCB尽快加热，以达到特定目标。保温阶段保温阶段是指温度从120一150升至焊膏熔点的区域，其主要目的是使PCB上各元器件的温度趋十稳定，尽量减少温差。回流焊阶段回流焊阶段加热温度最高，元器件的温度快速上升至峰值温度。冷却阶段冷却阶段焊膏内的铅锡粉末已

19、经熔化，并充分润湿，被连接于表面。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering5.5.2 再流焊的主要焊接缺陷再流焊的主要焊接缺陷（1）桥联）桥联焊接加热过程中会产生焊料塌边，主要出现在预热和主加热两种场合。当预热温度在几十至一百度范围内时，溶剂粘度降低并流出。如果溶剂流量大，会将焊料颗粒挤出焊区外。熔融时溶剂如不能及时返回到焊区内，其内部的焊锡颗粒将滞留而形成焊料球。元器件端电极的完整性；PCB板布线设计焊脚间距；阻焊剂涂敷方法；焊膏涂敷精度。School of Material

20、s School of Materials Science&Science&Engineering Engineering（2）立碑）立碑(man哈顿现象哈顿现象)School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering立碑指片式元器件在遭受急速加热情况下发生翘立的现象。导致立碑的原因主要为急热。急热使元器件两端存在温差，电极端一边的焊料完全熔融后获得良好的湿润，而另一边的焊料未完全熔融而引起湿润不良，元件翘起。因此，加热时温度分布均衡，避免急热的产生。防止元器件翘立的主要因素有以下几点：选择

21、粘接力强的焊料；提高焊料的印刷精度；采用小的焊区宽度尺寸，以减少焊料熔融对元器件端部产生过大表面张力；适当减小焊料的印刷厚度；均衡加热，减小出现波动。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering（3）润湿不良）润湿不良润湿不良是指焊接过程中焊料和电路基板的焊接区(铜箔)或元器件的外部电极之间虚焊或少焊故障。润湿不良的主要原因是焊接表面受到污染或沾上阻焊剂，或是被接合物表面生成金属化合物层。银的表面有硫化物，或锡的表面有氧化物都会导致润湿不良；焊剂的吸湿作用会使活化程度降低，也可发生

22、润湿不良。在焊接基板表面和元器件表面要做好防污措施；应选择合适的焊料，并没定合理的焊接温度曲线。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering（4）黑焊盘）黑焊盘 黑焊盘指焊盘表面化银浸金镀层形态良好，但表层下的镍层已变质生成为镍氧化物的脆性黑色物质，对焊点的可靠件构成很大威胁。镍表面镀金过程因镍的氧化速度大于金的沉积速度，所以产生的镍的氧化物在末完全溶解之前就被金层覆盖，从而产生表面金层形态良好，实际镍层己发生变质的现象；沉积的金层原子之间比较硫松，金层下面的镍层得以有继续氧化的机

23、会。School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering（5）焊点空洞）焊点空洞焊点内部填充空洞的以现与助焊剂的蒸发不完全有关。焊接过程中助焊剂使用量控制不当时很容易出现填充空洞现象。少量空洞的出现对焊点不会造成太大影响，但大量出现就会影响焊点可靠性。空洞产生的主要原因：空洞产生的主要原因：锡膏中助焊剂的比例较大，难以在焊点凝固之前完全逸出；预热温度偏低，助焊剂中的溶剂难以完全挥发；焊接时问过短，气体逸出的时间不够；无铅焊锡合金凝固时一般存在4的体积收缩；操作过程中沾染的有机物也会产生空洞

24、现象 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering调整工艺参数，控制好预热温度以及焊接条件。锡膏中助焊剂的比例适当。避免操作过程中的污染情况发生。可以采用以下预防措施可以采用以下预防措施 School of Materials School of Materials Science&Science&Engineering Engineering（6）锡须）锡须锡须是镀层表面生长出来的细丝状锡单晶。锡须可能造成短路危险，引发灾难件后果。无铅环境下更容易出现锡须现象。可以采用以下方法防止锡须的发生可以采用以下方法防止锡须的发生加入N、Bi、Ni、Cu等元素；采用Ni、Cu等中间镀层；进行退火、回流等热处理