现代电子装联技术问题研究

现代电子装联技术问题研究

费祥

中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽省合肥市，230000

摘要：随着科技的发展，人们对电子产品要求也发生了变化，从单纯追求高性能，逐渐追求更高性能、小型化、轻量化和更高可靠性转变。相应地，对电子装联技术提出了更高要求。

关键词：现代；电子装联；问题

一、电子装联技术概念

电子装联技术对电子行业而言，是其最关键技术之一，能实现电子产品小型化、轻量化、智能化。电子装联通常是指在生产电子产品中所采用电连接及装配工艺过程，例如将原件通过焊接、插接等电连接技术装焊到基板上的固定位置，完成机盘、机壳、机箱、系统的装配工作，这些都属于电子装联的范畴。此外，还包括电子装联设备、电子元件等设计制造、静电防护技术等，属于一种多学科交叉工程技术。

二、软钎焊接问题

在电子设备装联中，“软钎焊”重量可达到60%以上，这对电子产品整体质量与可靠性具有特殊意义。其质量直接影响电子设备可靠性和使用寿命。为确保任何电子设备或系统中焊点完美焊接较困难，其是电子装联技术中应用最广、不可或缺关键技术和质量。

这是当代电子装联主要问题，提出此问题是为了有效促进对焊接技术的理解和操作，关系到电子产品与设备的小型化和轻量化，关系到快速反应平台的可靠性，以及国家前途命运，是对设计师、工艺师、整个电子行业历史责任感的呼唤。

但许多人往往低估了软钎焊技术，另外，当电子产品朝着更轻、更薄、更小、更高密度方向组装时，要求设备高可靠性时，人们才意识到，设备故障的原因，除元器件早期不良与正常消耗外，基本是焊接不良。由于产品制成后，在检验中无法准确识别任何有缺陷焊点，更不用说软钎焊装联自身存在质量因素。因此，焊接技术并不简单，不仅仅是规定操作与验收标准。

1、对焊接界面认识不清。电子设备中每个焊点至少有两个连接界面：焊接金属A、B都通过中间焊料连接。

当锡-铅焊料焊接到母材铜基体时，由于熔融焊料与基体金属间界面处扩散，从焊料角度看，只有Sn参与反应，Pb不参与化合物反应。因从母材金属角度来看，基体表面和焊料间界面以原子量比例按化学方式结合起来的金属间化合物，在靠近焊料一侧形成Cu6Sn5，而在靠近母材铜一侧形成Cu3Sn。显然，Pb未结合到金属间化合层中。可靠的焊点，即其金属间结合层界面，应在显微金相组织下呈现出铜锡合金薄层。

但随着温度的持续升高和时间的延长，Sn/Pb焊料中Sn不断向Cu表面扩散，只在焊料一侧留下Pb，形成富Pb层。Cu3Sn与富Pb层间界面结合力较脆弱，当受温度、振动等冲击时，焊接界面会出现裂纹。焊料越多，焊接温度越高，焊接时间越长，形成的富Pb层越厚，焊点开裂或脱焊可能性越大，所以不能认为焊点越胖越可靠。

2、焊料最佳厚度。对于两个被焊接金属间化合物，薄层量化概念，理论界有不同说法：＜4μm、5μm、8μm。然而，业内有一点认识统一：焊接后要生成结合层，结合层中不能无金属间化合物，但不能太厚，因金属间化合物较脆，当基板材料、焊盘、元器件、焊接端间热膨胀系数存在显著差异时，易发生龟裂致使焊点失效。

大量研究实验结论表明，软钎焊结合强度不取决于钎接部位钎料量，钎料量对单位面积强度影响不大，所以按试验报告，认为合金层厚度在1.2～3.5μm时更合适。

三、电装工艺的不完善表现

1、焊点方面的表现。近代电子装联技术已过去几十年，在软钎焊接后质量认可问题、实践中如何确定优良焊点、良好焊点、可接受焊点、不良焊点、不可接受焊点问题。这两个问题在现有标准中都有要求，但如何根据实际焊接情况判断有一定难度。多年来，电装检验、技术人员对焊点的理解不一，无中间成分，导致许多不必要返工。

操作、检验人员长期以来有一个错误认识：焊料多总比少好，90º>θ>75º焊点“饱满”，看起来坚固良好；而15º＜θ＜30º焊点，锡量太少，但恰恰是润湿角θ≥90º、90º>θ>75º时，不仅焊接强度下降，而且存在“液态钎料与基体金属表面间缺乏润湿亲合力”，存在“虚焊”风险。

2、整机方面的表现。对于整机装焊，主要依靠工艺卡来指导操作，但其使用必须有相对完整流程体系文件支持。当前，这种工艺卡片不能完全指导生产作业，为让操作人员在焊接一批电子设备后具有一致质量、最高效率、最低成本，需对电路设计图二次工艺开发，才能真正指导生产。

整机布线问题在电装中多样，易被忽视与难以把握的是焊点上连接导线间无形的“力”，即焊点引出的导线长度和整形问题都与这种“力”有关。这个“力”是焊点引出的导线长度，焊接端子上导线与线束扎带的两个制约点距离是导线自由延伸长度，并且在沿该长度的所有距离处都存在应力。焊接中伸缩长度留多少？如何把握所留长度形态？这是一个有经验操作问题，要准确把握2～3mm长度差不是一件容易的事。“流程卡”能否指引整机隐含、可变、不可测量质量因素？因此，整机装联工艺技术必须“掌握”处理大量隐含质量问题处理能力，学会“看透”整机中焊点动态性能及如何处理这种“力”，再根据具体情况将这些“掌握”、“看透”反映在工艺卡上，使工艺卡片不再是流程卡，并结束这些“流程卡”在操作者眼中的长期摆设功能，这是整体装联技术的关键。

3、接口方面的表现。电装接口问题通常表现在系统级电子设备中，如机柜、装机、装车、装船等，这些接口工程问题最集中在各级接地上，即系统级工程电磁兼容性问题。

多芯电缆组件是维系系统级电子设备接口关键部件，组件本身装焊不是问题，但当其用于系统级电子设备时，这些电缆组件如何在设备上布局、接地，直接关系到接口间电气指标最大实现。当系统级电子设备出现电磁不兼容时，常会直接影响这些电缆组件接地方式，而工艺卡如何反映这些多芯电缆是如何接地和整体布局。

四、工艺路线、方法、工艺参数问题

1、工艺路线。其是编制工艺规程与产品加工部门分工重要依据，其正确性将影响产品周转工作量、加工时间、产品外观质量等。工艺路线是工艺规程关键，合理的工艺路线能保证产品质量，减少劳动力损耗，合理使用设备物资，这对提高生产效率至关重要。

2、工艺方法。它也是工艺方案，是指导产品工艺和准备工作基础。工艺方法规定了用于产品加工的设备、材料、手工或自动，以及工装夹具、工艺或其它工艺制造等因素。工艺方法是工艺工作的总体纲要，也是工艺设计、工艺/效率优化、工艺文件编制的指导性文件。在选择工艺方法时，是否考虑了工艺难点描述，是否有针对这些难点的有效对策，质量是否可控等。此外，工艺方法还必须预计产品质量水平，并制定有针对性的工艺控制方法。

小批量和单件都其小的、单的工艺方法；批量生产有一种批量生产的工艺方法；新产品的小批量试制也有不同的工艺方法；并且返工返修也有一套工艺方法。这一系列的工艺方法在一些大型民企已做得很好，但在一些央企并不是很完善。

3、工艺参数。电装中的工艺参数问题体现在PCB组件的生产中。随着现代信息化的推进，电子设备向更轻、更薄、更短、更小、更一体化发展的进程加快。因此，使用设备“工作”的情况已成为PCB电子装联主要手段。这样，工艺参数问题就成为PCB生产中一个突出问题。如何提高“工艺参数”对PCB组件的生产尤为重要。

在现实中，人为制造复杂性往往是企业执行力差的重要原因。制造复杂性是执行有力的大敌，制造复杂为企业制造灾难。在实际运行发现：问题不在于执行本身，而在于制定本身，所以执行的潜规则是：谁使管理复杂化，意味着谁用复杂化合理化其愚蠢，用复杂化拖延自身工作，用复杂化使自身位置权威化。

参考文献：

[1]章晓阳.现代电子装联工艺技术浅析[J].通讯世界,201(08):195-196.