一種有效防止印制板波峰焊變形的方法

賈成芬，申 勤

四川大學錦江學院機械工程學院，四川眉山 620860

隨著電子工業的飛速發展，高集成度、高裝配密度和多層化越來越要求印制板的變形量越小越好，但印制板波峰焊后會出現不同程度的曲翹變形，印制板曲翹變形會引起焊點、元器件引線受力，嚴重的可能造成元器件殼體開裂、印制板插頭接觸不良、印制線斷裂等缺陷，給產品帶來嚴重的安全因隱患，圖1為印制板變形導致的元件殼體開裂。雖然從工藝角度可以采取一些措施來避免印制板變形，例如：印制板裸板預烘除潮、波峰焊前預熱、設置合理的波峰焊溫度等，這些工藝方法從一定程度上避免了印制板波峰焊后變形，但對于那些面積大、厚度薄、元器件分布不均勻的印制板，這些工藝方法就又顯得無能為力了。

0 引言

目前行業中采取的有效控制印制板波峰焊變形的方法主要有合成石托板法、焊接后工裝板熱矯正法和工裝夾具夾持法。托板法具有低熱傳導性、不易沾錫、可進行精密加工等優點，但同時又具有通用性差、生產周期長、成本高的缺點；熱矯正法是在焊接后使用校正模具對曲翹變形印制板進行高溫矯正 ，此方法具有降低產品可靠性的致命弱點。而工裝夾具夾持法則具有成本低廉、使用方便、防變形效果好的特點。

1 工裝夾具的設計與生產

1.1 設計思路與指標

全套印制板波峰焊防變形工裝包括：兩端夾持工裝、兩側夾持工裝、T型槽工裝和過橋工裝，工裝結構示意圖見表1。

兩端夾持工裝及兩側夾持工裝的開槽深度為3mm～5mm（根據印制板工藝邊寬度微調），開槽厚度比印制板厚度厚0.2mm～0.5mm，兩端夾持工裝長度比印制板寬度稍短、兩側夾持工裝長度比印制板長度稍短，以留出兩側夾持工裝及T型槽工裝（兩端夾持工裝）的夾持范圍。同樣，T型槽工裝內側開槽深度為3mm～5mm，厚度比印制板厚度厚0.2mm～0.5mm，T型槽開槽深度及寬度以能順暢放入M3方形頭螺釘為宜，T型槽工裝長度比印制板長度稍短。而過橋工裝的長度應根據印制板寬度及T型槽工裝中間槽的開口位置具體確定，高度則應比印制板元件面裝焊最高高度高20mm左右，中間部分還可銑出合適長度、寬度為5.5mm左右的矩形條，以便加裝螺釘加固過橋工裝，起到更好的防止印制板波峰焊變形的作用。另外，兩端工裝應高于印制板焊接面不超過1mm，以避免焊點的“陰影效應” ；同時兩側夾持工裝與波峰焊鏈條接觸部分應銑掉1mm，以便印制板被很好的固定。

表1

1.2 夾具的材料及加工方法

在夾具的生產材料上，經過反復比較鈦合金、鋁合金、不銹鋼等金屬材料的優缺點，最終選用了質量輕、不沾錫、成本低的鈦合金（2A12 T48）。

至于夾具的加工，最終我們采用了加工后變形小、加工成本相對較低的線切割法進行加工。

1.3 工裝使用方法

在實際印制板波峰焊前，對于變形量較小的印制板采用兩端夾持工裝進行夾持，既可以防止印制板變形，也能起到擋錫作用；變形量大的印制板采用兩端及兩側夾持工裝進行夾持；而對于變形量大且中部有安裝孔的印制板則還要采用兩側T型槽工裝和過橋工裝，使用時將過橋工裝的兩端面固定到兩側T型槽工裝的T型槽上，同時利用過橋中部的矩形條，用螺釘將過橋與印制板中部的安裝孔進行連接，從而起到加固過橋的作用。

另外，當印制板波峰焊接完成后從波峰焊鏈條上取下后，要放置在平整的工作臺上，待印制板自然冷卻后再取下防變形工裝。

1.4 使用效果

為了驗證工裝夾具的防變形效果，我們選取了3塊以往波峰焊變形較為嚴重的雙面印制板（變形量在2.0%～2.3%）利用全套的夾持工裝夾持后按圖1所示工藝流程進行了波峰焊。

圖1

波峰焊后焊點質量合格，印制板目測平整，基本無曲翹變形，用塞規測得的印制板對角線方向的變形量分別為0.20%、0.27%和0.32%，變形量明顯比沒有使用夾持工裝夾持小很多

另外，為驗證采用工裝夾具夾持法波峰焊后印制板的可靠性與穩定性，我們對產品進行了溫循試驗和振動試驗。表2為試驗板檢驗結果。

表2

焊接質量 目測為主，對有疑問的焊點、印制線采用三維視頻顯示儀光學放大50倍以上微觀檢查。焊點質量良好，與試驗前狀態無區別。印制線情況 無斷裂、起翹現象，狀態良好。元器件情況 狀態良好，無異常。曲翹變形量按GB/T4677-2002“印制板測試方法”對試驗板用塞規測量變形量。變形量分別為0.20%、0.27%和0.32%，與試驗前狀態一致。

檢驗結果證明：試驗板經過溫循、振動試驗后，焊接質量、印制線情況、元器件情況及曲翹變形量試驗前狀態一致，無異常。

2 結論

由此可見，使用夾持工裝夾持印制板進行波峰焊，能夠有效避免印制板的變形，同時工裝夾具的制造成本也較為低廉，且使用起來也較為方便，可以說工裝夾具夾持印制板進行波峰焊是一種經濟有效的防止印制板波峰焊變形的方法。

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