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手工拆焊QFP器件的方法

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1手工焊接基本要因

影响手工焊接结果的要因主要有操作间内湿度、焊接操作手法、形成焊点焊接时间、焊接时烙铁温度、选用的烙铁头规格尺寸以及选用的焊锡丝直径等。一个完美焊点的产生除了焊接材料具有可焊性,焊接工具(即电烙铁)功率合适,采用正确的操作方法之外,更重要的是操作者的技能水平,只有经过相当长时间的焊接练习,才能牢固掌握焊接技巧。有些人以为用电烙铁焊接非常容易,没有什么技术含量,这是非常错误的认识,只有通过焊接实践不断用心领会,不断总结才能拥有较高的焊接技能。

1.1充分了解手工焊接要素及焊接技巧对于一个焊接操作人员来说,充分了解基本的手工焊接要素及焊接技巧是必不可少的。烙铁头是一个储能元件,在元器件的焊接过程中,当烙铁头紧靠在相应要焊接的焊盘时,储存在烙铁头上的热能会通过金属间热传导的方式传递给焊盘,在助焊剂、焊锡丝热桥的作用下进而传递到整个焊点,焊点上实际温度逐渐升高,焊料混合物材料短时间内熔化,使焊点的温度达到所需熔融的理想状态。在实际电路板手工焊接操作中,需要根据印制板上器件焊盘的大小,通过温控烙铁的控制器适当调整焊接温度,要根据焊点的形状大小选择尺寸相匹配的烙铁头(烙铁头的宽度与焊盘宽度相应为参考),掌握恰当的焊接时间,这些要素掌握得当以后,手工焊接出来的焊点才能达到润湿良好、光亮,可靠性才好。焊接中烙铁主机上显示的温度与烙铁头端部的实际温度并不一致,二者之间总是存在着一定的温度差异。另外,烙铁头的形状和尺寸是热量传递效率影响的关键因素,假如所选择的烙铁头端面尺寸偏小,这样它与焊点之间存在较小的接触面,传递的热量受限制,容易出现较为常见的冷焊;反之,倘若所选择的烙铁头端面尺寸偏大,则其存储在烙铁头端面的热量会在短时间内传递给焊点,会损坏印制电路板焊盘,出现焊盘开裂起翘现象,也易损伤焊盘四周的印制板表层,出现烫伤、白班等情况。只有烙铁头尺寸大小合适,给焊点及时传输所需的适量热量,最终才能焊接出质量优良的焊点。

1.2调节焊接温度焊接开始之前,根据工艺和电路板的特殊要求,对烙铁主机的设置温度、烙铁头的实际温度分别进行测量。必须对烙铁的温度预先设置,通电加热后当烙铁的温度显示不再闪烁,表示烙铁内加热芯温度达到稳定,这时可以测试烙铁头端部的实际温度。本文所用的是白光191测试仪,可测范围在0~600℃之间。把加热稳定后的烙铁头接触测试台上的温度测试点,观察烙铁头的实际显示温度,并做好班前相应温度记录,这样可以确保每次在焊接前烙铁头的温度得到了调整,切实做到了温度补偿。

2QFP手工焊接方法

2.1烙铁头的选择QFP封装不同其焊盘的大小各异,要根据焊盘外形尺寸大小,选择与其尺寸对应的烙铁头,对于QFP器件的焊接,通常应选用马蹄外形的烙铁头,如图1所示。使用马蹄型烙铁头,焊料可以积储在烙铁头表面,操作时可以将烙铁头轻轻拖过每一组管脚,快速而高效地形成焊料连接。在实际操作过程中,应按照所焊器件焊盘的长短选择相应宽度的马蹄外形烙铁头,以马蹄形椭圆短轴的长度为参考,通常焊盘的宽度约等于烙铁头的宽度,针对尺寸不一的焊盘,及时选用相对应尺寸大小的烙铁头进行手工焊接操作。

2.2焊接温度与时间在手工焊接中,适度的焊接温度是形成良好焊点的关键所在。烙铁提供的热量过大,焊锡熔化较快,会增大焊点的焊锡量,而焊锡量过大会导致焊点变脆,还容易与相邻焊点搭连,形成短路。若是烙铁头供给的热量过小,则会不能充分熔化焊料,从而形成冷焊[3]。通过观察所焊焊点的形状及外观能够直观判断出焊点的质量。为了形成良好质量的焊点,对于有铅焊料,一般焊接烙铁头表面温度设置在(260±10)℃,焊接时间必须保持2~5s。当烙铁头、焊锡丝与被焊物接触时,温度升高到183℃熔点以上,焊料丝开始熔化,熔融状态下大约持续2~5s,该时间段内,焊盘与焊料间、管脚与焊料间形成焊料合金化合物,而后移开烙铁,在自然状态下冷却凝固焊点。

2.3选择合适的焊锡丝焊接QFP元器件至关重要的因素之一是选用合适直径的焊锡丝。焊锡丝的直径选择过大,会导致所焊焊点驻留过多焊锡量,容易引起桥接现象。实践表明,选用直径0.6mm焊锡丝,对于提高控制焊点的焊锡量效果显著。通常焊锡丝内含有一定量的助焊剂,焊接时需使用适量的助焊剂,其主要目的是增加焊锡的流动性,这样烙铁头牵引着焊锡溶液在表面张力的作用下光滑移动,在引脚和焊盘之间实现润湿。

2.4QFP器件的整形由于QFP器件管脚较多较软,容易因外力而导致其变形,通常在运输、周转、发放、清点、搪锡等过程中出现管脚左右错位和管脚共面性变化情况;因此,在焊装前需对变形的管脚进行整形,可借助镊子及刀片背对器件管脚进行整形,也可使用专门的方法和工具进行。只有管脚排列完好的器件才能保证良好的焊接连接。

2.5QFP器件的搪锡在批量不大的企业,由于器件存储的环境与时间不定,器件原包装年久损坏等原因,导致QFP器件的管脚存在不同程度的氧化。该氧化层严重影响焊点焊接质量,需要在焊接前对其管脚搪锡处理,将每边管脚分别均匀蘸取助焊剂,使用小锡锅手工搪锡,搪锡后立刻清洗器件管脚。

2.6QFP器件预固定使用真空吸笔将芯片移放在焊盘处,用表面贴装专用镊子(该镊子的单边较薄,能够轻松校正个别错位管脚),推动芯片壳体将芯片微微移动,使管脚分别调整到相应的焊盘上,仔细检查每个引脚,确认使其与对应的焊盘基本相吻合(偏移出焊盘不超出管脚宽度的1/4),注意控制引脚的偏移量不易过大,此时,需先用烙铁头沾适量焊锡(此时只能使用转移焊的方法),在芯片的对角上(或对边中心点的一个焊盘上)焊接预先固定,如图2所示。

2.7焊接首先,用小毛笔蘸取少量助焊剂,在引脚和焊盘上再均匀地涂上一层助焊剂,在刷涂助焊剂后不能使刷涂的助焊剂在电路板上形成流动的痕迹。用马蹄形烙铁头拖拉焊接,马蹄形烙铁头的端头处有一个凹陷处,该凹陷是焊料储液池,熔融焊料在马蹄形烙铁头椭圆形凹陷中存储要适量,焊料存储平齐储液池口为宜。焊接器件时,首先要清理烙铁头,熔化焊锡丝在烙铁头上,反复在高温海绵上擦拭,清除烙铁头上的异物,将焊料熔入焊料储液池内,而后使QFP焊盘引线外端与烙铁头轻微接触,再将烙铁头向上抬起,离开焊盘上表面0.5mm高度左右,这时引线和焊盘区会流入熔融后的焊锡溶液,形成需要的焊点。拖拉焊接时要规范操作姿势,使烙铁手柄与QFP器件一侧管脚线成30°~45°的倾斜角;拖拉焊接速度不可过快,大约拖过一个焊点的时间在1s左右,当烙铁头将要移动至每一边的末尾几个焊盘时,要快速将烙铁头抬起,避免焊盘上出现焊锡堆积,从而完成各边所有焊点的焊接。鸥翼型引脚合格的焊点标准是焊料的爬升高度在引线厚度的二分之一之上,有明显的焊盘脚跟和脚趾连接。焊接的最小末端连接宽度等于或大于其管脚宽度的3/4值。在焊接操作过程中,焊接作业人员的动作一定要精确、迅速、平稳、连贯和统一。当焊好了QFP的四个侧面以后,使用4~10倍的放大镜检查焊点之间是否有短路现象,如存在个别局部有短路等焊接不良情况,可再次在焊盘上施加少量助焊剂,第二次拖拉焊接,对于同一部位的连续焊接要少于两次;第二次拖拉焊接需等待上一次焊接后的焊点自然冷却后进行。允许对有缺陷的焊点进行返工,对于每一个焊点的返工次数应在3次以内。

3QFP器件焊接缺陷及手工拆卸方法

QFP元器件在手工焊接过程中常见的焊接不良有虚焊、桥连、错位和焊脚浮起等。

3.1虚焊虚焊对产品的可靠性是个极大的挑战,较大地危害着电子产品的质量。引起虚焊点的因素较多,常见的有以下几个方面。

3.1.1器件管脚可焊性差造成虚焊当QFP引脚表面被氧化后(一般情况是因为受到潮湿和存储时间较长造成的),焊接时焊锡无法完全润湿管脚表面从而形成虚焊点,表现形式主要为焊点干涩无光泽。需要预先对被氧化层进行预处理。

3.1.2虚焊出现在返修过程中在元器件返修过程中,拆除元器件之后,没有清除干净焊盘上残留的焊锡渣,焊盘上存在焊锡渣,再次焊接容易造成虚焊。

3.1.3印制板焊盘表面污染如果焊盘自然氧化和被油污、粉尘、汗渍等污染,焊点就得不到焊锡的润湿,导致焊点虚焊。在接触印制板或元器件管脚的操作过程中不要用裸手触摸焊盘等,为避免受此影响,焊接操作前应先将焊盘清洗干净。

3.2短路常见的短路情况:(a)焊锡毛刺、拉尖;(b)相邻元器件间短路或违反最小导电间隙;(c)在焊接时高温引起的锡珠飞溅产生的细小焊锡珠或焊锡渣等多余物,粘连在印制板上相邻管脚之间,造成短路。

3.3手工拆卸QFP器件当出现焊接缺陷或器件功能性损坏时,需要从电路板上拆下有故障的QFP器件,由于该类器件的特殊性,无法用一台焊台完成,通常需要在返修工作站上整体对芯片区域加热解焊。该方法准配工作较图3 拆除QFP示意图长,需要对电路板在一定温度下烘干一定的时间。为了快速拆下器件进行返修,通过手工方法也能收到良好的效果。该方法需要借助一根较细的绝缘导线完成,事先将导线穿入QFP的一排管脚下,将一端固定在板面焊点上(如图3所示),保持导线与焊盘平齐。此时加热烙铁,对焊盘刷涂助焊剂,一手拉甩出的导线,一手加热焊盘,轻拉导线使焊盘与管脚分离。对四面焊盘分别以同样的方法处理即可。待器件从电路板上取下后可清理焊盘重新焊装。

4结束语

在电子装接自动化程度日益成熟和效率不断提高的今天,手工焊接仍然有它不可替代的作用,在长期实践的过程中,不断总结提炼焊接及返修方法是一项很有意义的工作,是满足小批量多品种生产模式不可或缺的关键技术。

作者:李九峰 单位:中航工业光电所

电子元器件应用杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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