某雙面電路板電子裝聯(lián)工藝設(shè)計(jì)

陳　真

（宜昌測(cè)試技術(shù)研究所，湖北 宜昌443000）

0　引言

某電路板為雙面板，表面焊接元器件包括貼片式、分立式及插座類。受本所電裝生產(chǎn)能力限制，原生產(chǎn)模式為先外協(xié)加工完成焊裝工作，回所后進(jìn)行功能調(diào)試，但調(diào)試一次通過(guò)率約為80%，隨著本所電裝生產(chǎn)能力的提升，現(xiàn)轉(zhuǎn)為自主焊裝，我所現(xiàn)階段對(duì)表面貼裝工藝技術(shù)缺乏系統(tǒng)研究，且面臨表面貼裝設(shè)備運(yùn)行精度不高等實(shí)際問(wèn)題。

本文分析了該電路板電子裝聯(lián)的工藝難點(diǎn)和工藝實(shí)施的重要控制點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)有單位實(shí)際電裝生產(chǎn)能力，經(jīng)工藝實(shí)驗(yàn)，制定出一套合理的電子裝聯(lián)工藝方案，顯著提升電路板焊裝后調(diào)試一次通過(guò)率，為電路板批量生產(chǎn)提供工藝保障。

1　工藝技術(shù)分析

1.1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某電路板結(jié)構(gòu)如圖1所示，該電路板元器件主要包括阻容類器件、二極管、三極管、集成電路等，具體分類統(tǒng)計(jì)如表1所示，貼片類元器件焊腳間距統(tǒng)計(jì)如表2所示。由表1可知，貼片類器件種類占70%，貼片類器件數(shù)量占83%.由表2可知，最小焊盤(pán)間距為0.35 mm，其次較小焊盤(pán)間距為0.5 mm，焊盤(pán)間距屬于細(xì)間距，生產(chǎn)時(shí)需重點(diǎn)控制。

表2　某電路板貼片元器件焊腳間距統(tǒng)計(jì)表

1.2　工藝難點(diǎn)

（1）焊膏印刷質(zhì)量：在SMT生產(chǎn)過(guò)程，第一環(huán)節(jié)即為焊膏印刷，印刷質(zhì)量對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的影響至關(guān)重要，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在PCB設(shè)計(jì)正確、元器件和印制板質(zhì)量有保證情況下，表面組裝質(zhì)量問(wèn)題中有60%～70%為焊膏印刷所致。而與焊膏印刷質(zhì)量有關(guān)的主要因素包括：焊膏特性、模板、印刷工藝參數(shù)、操作工藝流程等。焊膏印刷過(guò)程若控制不到位，則會(huì)影響器件焊接質(zhì)量，導(dǎo)致調(diào)試不通過(guò)。

（2）貼片質(zhì)量：貼片過(guò)程位于焊膏印刷之后，也是SMT生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵一道，貼片機(jī)主要作用是將貼片元器件準(zhǔn)確安裝到PCB的焊盤(pán)位置，其主要?jiǎng)幼魇鞘昂头拧．?dāng)使用貼片機(jī)自身硬件軟件條件無(wú)法改變時(shí)，則影響貼片質(zhì)量的關(guān)鍵因素包括貼片力、貼片的速度/加速度、貼片機(jī)的貼片精度、元器件等。所以對(duì)貼片機(jī)的工藝參數(shù)設(shè)置必須嚴(yán)格控制，以滿足貼片質(zhì)量要求。

（3）回流爐使用：回流爐作為表面SMT生產(chǎn)的一個(gè)主要設(shè)備，它的正確使用可進(jìn)一步確保焊接質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，回流焊主要是設(shè)置溫度曲線，需說(shuō)明的是實(shí)際區(qū)間溫度不一定就是該區(qū)的顯示溫度，所以實(shí)際生產(chǎn)時(shí)必須對(duì)爐內(nèi)實(shí)際區(qū)間溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，以滿足回流要求。

2　工藝方案設(shè)計(jì)

2.1　工藝流程

電路板雙面均含有表面貼裝器件，需先進(jìn)行兩次回流焊接，最后再進(jìn)行分立器件手工焊接來(lái)完成整個(gè)電路板的焊接，鑒于反面表貼器件的體積小及重量較輕，為防止正面表貼器件回流焊接時(shí)，PCB板下面器件受熱而產(chǎn)生位置偏移，所以先進(jìn)行反面表貼器件的貼裝及焊接，電路板整個(gè)電子裝聯(lián)工藝流程如圖2所示。

圖2　某電路板電子裝聯(lián)工藝流程

2.2　錫膏印刷

（1）焊膏選擇：挑選焊膏時(shí)，應(yīng)根據(jù)元器件電極鍍層要求來(lái)確定焊膏合金組成[1]；根據(jù)元器件最小間隙來(lái)確定焊膏顆粒等級(jí)；根據(jù)施膏方法來(lái)確定焊膏粘度[2]。由于電路板使用元器件電極鍍層均不含Ag，結(jié)合單位實(shí)際，采用手工漏板印刷的施膏方法，而元器件最小間隙為0.5 mm屬于細(xì)間距器件，因此本文選擇常見(jiàn)Sn63/Pb37（3 型），粘度為 700～1 300 Pa·s的焊膏。

（2）焊膏使用：為保證良好的印刷效果，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度應(yīng)控制在5°C～35°C，濕度低于80%，焊膏從冰箱提前取出，在室溫下不打開(kāi)封口進(jìn)行回溫，回溫放置4 h以上才開(kāi)使用，使用前需攪拌3～5 min，過(guò)期的錫膏禁止使用。未開(kāi)封已回溫的錫膏在作業(yè)環(huán)境下放置超過(guò)24 h應(yīng)重新放回冷藏室存儲(chǔ)，同一瓶錫膏的回溫次數(shù)不能超過(guò)2次。開(kāi)封后未用完錫膏，使用過(guò)程應(yīng)及時(shí)蓋上內(nèi)蓋并擰緊外蓋，開(kāi)封24 h后或表面有干結(jié)的錫膏不能再用，應(yīng)報(bào)廢處理。新鮮錫膏和用過(guò)（回收）的錫膏應(yīng)分開(kāi)存放，不放入同一個(gè)瓶子。印刷由錫膏PCB板1 h內(nèi)應(yīng)進(jìn)行器件貼裝4 h內(nèi)完成回流焊接。

（3）焊膏印刷：選擇不銹鋼材質(zhì)刮刀，采用無(wú)塵紙和無(wú)水乙醇將鋼網(wǎng)擦拭干凈，固定至絲印機(jī)上，將PCB板放入絲印機(jī)，調(diào)整鋼網(wǎng)及PCB板位置，使鋼網(wǎng)漏孔于焊盤(pán)完全重合，將攪拌均勻的焊膏以“少量多次”原則放置于鋼網(wǎng)上，保持刮刀與鋼網(wǎng)間呈45°角，壓力適當(dāng)，用刮刀將焊膏在鋼網(wǎng)上按同一方向刮，停留約3 s后輕輕抬起鋼網(wǎng)脫模。印刷10塊PCB后清洗干凈鋼網(wǎng)再重復(fù)印刷。

2.3　表面貼裝

（1）程序編制：根據(jù)元器件規(guī)格大小，將貼片類元器件安裝至不同規(guī)格飛達(dá)，之后將飛達(dá)按照工位號(hào)安裝至BOREY-S24FV型貼片機(jī)。根據(jù)元器件高度，以先貼低后貼高的順序原則，分別完成正、反面貼裝程序的吸嘴號(hào)、料架號(hào)、旋轉(zhuǎn)角度、吸料高度、貼片高度等相關(guān)參數(shù)設(shè)置，其中正反面部分貼裝器件參數(shù)設(shè)置如表3~表4所示。

表3　某電路板反面自動(dòng)貼裝部分參數(shù)設(shè)置（BOREY-S24FV型貼片機(jī)）

表4　某電路板正面自動(dòng)貼裝部分參數(shù)設(shè)置（BOREY-S24FV型貼片機(jī)）

（2）程序測(cè)試：參數(shù)設(shè)置完畢后，以貼片機(jī)空運(yùn)行方式，檢查正反面貼裝程序的正確性及合理性，應(yīng)運(yùn)行連續(xù)無(wú)卡滯，經(jīng)測(cè)試合格的程序保存至貼片機(jī)中相應(yīng)程序編號(hào)內(nèi)，并做好版本管理，每次重啟貼片機(jī)時(shí)，調(diào)用已經(jīng)編號(hào)程序進(jìn)行測(cè)試。

2.4　回流焊

選擇T-962C型抽屜式回流爐中預(yù)置好Sn63/Pb37溫度曲線，將熱電偶采用耐高溫膠布粘貼至PCB電路板上，通過(guò)RX4000B型溫度記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化情況，為防止部分區(qū)域內(nèi)溫度過(guò)高導(dǎo)致?lián)p壞器件，確定如圖3所示電路板擺放區(qū)域。

圖3　某電路板回流焊接擺放區(qū)域

2.5　正確性檢查

鑒于實(shí)際電裝能力，完成所有器件焊接后，除對(duì)器件類型、型號(hào)及極性進(jìn)行檢查外，經(jīng)識(shí)別重點(diǎn)對(duì)焊腳間距為0.5 mm的主控芯片PIC18F6520及焊腳間距為0.35 mm的CRN1608B4R型電阻排進(jìn)行過(guò)程控制，其在20倍高清視頻放大檢測(cè)系統(tǒng)下經(jīng)100%檢查，確保其焊點(diǎn)無(wú)橋接虛焊情況。

2.6　清洗烘干

焊裝完電路板用毛刷和無(wú)水乙醇對(duì)該電路板上各元器件進(jìn)行清洗，清洗三遍，每遍清洗都要更換無(wú)水乙醇，清洗完畢將電路板放置于烘箱內(nèi)按照50℃±5℃烘6 h，清洗烘干后電路板實(shí)物如圖4所示。

圖4　某電路板正反實(shí)物

3　結(jié)束語(yǔ)

電子裝聯(lián)工藝方案是否合理，直接影響器件焊裝質(zhì)量，某電路板采用上述工藝方案中各項(xiàng)工藝措施和方法，經(jīng)小批量生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，焊裝后調(diào)試一次通過(guò)率為95%，為該電路板批量生產(chǎn)提供了工藝保障。