装配与焊接工艺

装配与焊接工艺

电子产品的电气连接，是通过对元器件、零部件的装配与焊接来实现的。安装与连接，是按照设计要求制造电子产品的主要生产环节。应该说，在传统的电子产品制造过程中，安装与连接技术并不复杂，往往不受重视，但以SMT为代表的新一代安装技术，主要特征表现在装配焊接环节，由它引发的材料、设备、方法改变，使电子产品的制造工艺发生了根本性革命。

产品的装配过程是否合理，焊接质量是否可靠，对整机性能指标的影响是很大的。经常听说，一些精密复杂的仪器因为一个焊点的虚焊、一个螺钉的松动而不能正常工作，甚至由于搬运、振动使某个部件脱落造成整机报废。所以，掌握正确的安装工艺与连接技术，对于电子产品的设计和研制、使用和维修都具有重要的意义。实际上，对于一个电子产品来说，通常只要打开机箱，看一看它的结构装配和电路焊接质量，就可以立即判定它的性能优劣，也能够判断出生产企业的技术力量和工艺水平。装配焊接操作，是考核电子装配技术工人的主要项目之一；对于电子工程技术人员来说，观察他能否正确地进行装配、焊接操作，也可以作为评价他的工作经验及其基本动手能力的依据。

5.1 电气安装

制造电子产品，可靠与安全是两个重要因素，而零件的安装对于保证产品的安全可靠是至关紧要的。任何疏忽都可能造成整机工作失常，甚至导致更为严重的后果。

5.1.1 安装的基本要求

5.1.1.1 保证导通与绝缘的电气性能

电气连接的通与断，是安装的核心。这里所说的通与断，不仅是在安装以后简单地使用万用表测试的结果，而且要考虑在振动、长期工作、温度、湿度等自然条件变化的环境中，都能保证通者恒通、断者恒断。这样，就必须在安装过程中充分考虑各方面的因素，采取相应措施。图5.1是两个安装示例。

图5.1 电气安装示例

图 5.1(a)表示一台仪器机壳为接地保护螺钉设置的焊片组件。安装中，靠紧固螺钉并通过弹簧垫圈的止退作用保证电气连接。如果安装时忘记装上弹簧垫圈，虽然在一段时间内仪器能够正常工作，但使用中的振动会使螺母逐渐松动，导致连接发生问题。这样，通过这个组件设置的接地保护作用就可能失效。

图 5.1(b)表示用压片将电缆固定在机壳上。安装时应该注意，一要检查压片表面有无尖棱毛刺，二要给电缆套上绝缘套管。因为此处要求严格保证电缆线同机壳之间的绝缘。金属压片上的毛刺或尖角，可能刺穿电缆线的绝缘层，导致机壳与电缆线相通。这种情况往往会造成严重的安全事故。

实际的电子产品千差万别，有经验的工艺工程师应该根据不同情况采取相应的措施，保证可靠的电气连接与绝缘。

5.1.1.2 保证机械强度

在第4章关于印制电路板排版布局的有关内容里，已经考虑了对于那些大而重的元器件的装配问题，这里还要对此做出进一步的说明。

电子产品在使用的过程中，不可避免地需要运输和搬动，会发生各种有意或无意的振动、冲击，如果机械安装不够牢固，电气连接不够可靠，都有可能因为加速运动的瞬间受力使安装受到损害。

如图5.2所示，把变压器等较重的零部件安装在塑料机壳上，(a)图的办法是用自攻螺钉固定。由于塑料机壳的强度有限，容易在振动的作用下，使塑料孔的内螺纹被拉坏而造成外壳的损伤。所以，这种固定方法常常用在受力不大的场合。显然，(b)图的方法将大大提高机械强度，但安装效率比前一种稍低，且成本也要略高一些。

图5.2 安装的机械强度

又如图5.3所示，对于大容量的电解电容器来说，早期产品的体积很大，一般不能安装在印制电路板上，必须加装卡子（见图(a)），或把电容器用螺钉安装在机箱底板上（图(b)、(c)）。近年来，电解电容器的制造技术不断进步，使比率电容（即电容量与其单位体积之比）迅速增大，小型化的大容量电容器已经普遍直接安装到印制板上。但是，与同步缩小体积的其它元器件相比较，大容量的电解电容器仍然是印制板上体积最大的元器件。考虑到机械强度，图(d)所示的状态是不可靠的。无论是电容器引线的焊接点，还是印制板上铜箔与基板的粘接，都有可能在受到振动、冲击的时候因为加速运动的瞬间受力而被破坏。为解决这种问题，可以采取多种办法：在电容器与印制板之间垫入橡胶垫（图(e)）或聚氯乙烯塑料垫（图(f)）减缓冲击；使用热熔性粘合剂把电容器粘结在印制板上（图(g)），使两者在振动时保持同频、同步的运动；或者用一根固定导线穿过印制板，绕过电容器把它压倒绑住，固定导线可以焊接在板上，也可以绞结固定（图(h)），这在小批量产品的生产中是一种可取的简单办法。从近几年国内外电子新产品的工艺来看，采用热熔性粘合剂固定电容器的比较多见。而固定导线多用于固定晶体振荡器，这根导线是裸线，往往还要焊接在晶体的金属外壳上，同时起到电磁屏蔽的作用（图(i)）；对晶体振荡器来说，更简单的屏蔽兼固定的方法，是把金属外壳直接焊接在印制板上，如图(j)所示。

图5.3 电子产品装配的机械强度

5.1.1.3 保证传热的要求

在安装中，必须考虑某些零部件在传热、电磁方面的要求。因此，需要采取相应的措施。

第3章里介绍了常用的散热器标准件，不论采用哪一种款式，其目的都是为了使元器件

在工作中产生的热量能够更好地传送出去。大功率晶体管在机壳上安装时，利用金属机壳作为散热器的方法如图5.4(a)所示。安装时，既要保证绝缘的要求，又不能影响散热的效果，即希望导热而不导电。如果工作温度较高，应该使用云母垫片；低于100℃时，可以采用没有破损的聚酯薄膜作为垫片。并且，在器件和散热器之间涂抹导热硅脂，能够降低热阻、改善传热的效果。穿过散热器和机壳的螺钉也要套上绝缘管。紧固螺钉时，不要将一个拧紧以后再去拧另一个，这样容易造成管壳同散热器之间贴合不严（见图5.4(b)），影响散热性能。正确的方法是把两个（或多个）螺钉轮流逐渐拧紧，可使安装贴合严密并减小内应力。

图5.4 功率器件散热器在金属机壳上的安装

5.1.1.4 接地与屏蔽要充分利用

接地与屏蔽的目的：一是消除外界对产品的电磁干扰；二是消除产品对外界的电磁干扰；三是减少产品内部的相互电磁干扰。接地与屏蔽在设计中要认真考虑，在实际安装中更要高度重视。一台电子设备可能在实验室工作很正常，但到工业现场工作时，各种干扰可能就会出现，有时甚至不能正常工作，这绝大多数是由于接地、屏蔽设计安装不合理所致。例如，如图5.5所示的金属屏蔽盒，为避免接缝造成的电磁泄漏，安装时在中间垫上导电衬垫，则可以提高屏蔽效果。衬垫通常采用金属编织网或导电橡胶制成。

图5.5 金属屏蔽盒采用导电衬垫防止电磁泄漏

5.1.2 THT元器件在印制电路板上的安装

传统元器件在印制板上的固定，可以分为卧式安装与立式安装两种方式。关于这两种方式的特点，已经在第4章里进行了介绍，这里仅补充与装配、焊接操作有关的内容。