無鉛局部噴流焊設備

光洋電子（無錫）有限公司 顧竹青

1 引言

目前在汽車工業中，繼電器、連接器及一些在使用過程中需要承受較大機械應力的元件，仍需采用具有高結合強度的通孔型連接，常規的波峰焊可以實現插裝元件的焊接，但在焊接過程中需要專用的保護膜保護其它的表面貼裝元件，同時貼膜和脫膜均需手工操作，手工焊同樣可以實現插裝件的焊接，但手工焊的質量過于依賴操作者的工作技巧和熟練程度，重復性差，不適于自動化的生產。隨著電子產品的不斷發展，加工設備和工藝也不斷完善，原來以浸焊和波峰焊、回流焊為焊接主打設備，而隨著PCB板的不斷發展，對生產工藝要求也不斷提高，選擇性焊接應運而生。

我們可通過與波峰焊的比較來描述選擇性焊接的概念。兩者間最明顯的差異在于波峰焊中PCB的下部完全浸入液態焊錫中，而在選擇性焊接中，僅有部分特定區域與焊錫接觸。在焊接前也必須預先涂助焊劑。與波峰焊相比，助焊劑僅涂覆在PCB下部的待焊接部位，而不是整個PCB。但是選擇性焊接僅適用于插裝元件的焊接。

選擇性焊接有兩種類型：噴焊和浸入焊。噴焊是通過PCB下固定的單一噴嘴來完成。利用噴焊可實現單個點或引腳等微小區域的焊接。通過控制PCB的移動速度以及PCB與噴嘴間的夾角來優化焊接的質量。而浸入焊接則是將PCB上待焊區域浸入專用的噴嘴夾具中，從而一次實現多個焊點的焊接，但由于不同PCB上焊點的位置不同，因而對不同的PCB需制作專用的噴嘴夾具。典型的選擇性焊接的工藝流程包括：助焊劑噴涂、PCB預熱、浸入焊和噴焊這幾個流程。

我公司采用的即是選擇性浸焊，對于經雙面印刷后回流爐出來的產品，有后裝器件或稱插件元件的產品，設計了這臺局部噴流焊設備，既保證了雙面印刷的PCB質量，又比人工焊接后裝件提高了效率。該設備功能特點是：

? 一機多用途，可做PCB板單點焊錫，局部插件焊錫，拆焊IC及零件，或特殊焊錫。

? 使用軌道式可調寬滑臺，可適應不同大小PCB板的焊接，可對產品焊接位置進行定位，大大提高焊接效率。

? 錫槽及噴錫通道均采用工業純鈦板制作，耐高溫，耐腐蝕，發熱芯采用進口陶瓷發熱板，經久耐用。

? 可拆換式噴錫口，生產不同的產品時，將原噴口板拆下，換新的噴口板，就可以焊接不同的PCB板了，操作方便。

? 焊錫表面不產生錫渣，焊錫表面始終保持光亮和流動性，大大提高焊接質量。

? 功能多、操作界面直觀，噴口高度、噴流時間可軟件調整。

? 適用于焊接大面積的插件和貼片混裝板，無連焊、缺焊等現象，焊點飽滿。

2 設計原理

2.1 工作原理

（1）設備主要用于特定線路板的局部焊接。

（2）根據線路板的焊接工藝要求，設有以下三種工作狀態：除渣、預熱、焊接。

（3）根據各種不同線路板的焊接工藝要求，可設定各種不同線路板的焊接工藝參數（工作模式），并可自由轉換。

（4）各種工作狀態和工作模式由PLC和觸摸屏控制。

2.2 主要結構特點

（1）整機采用全封閉式結構，外型美觀，設計合理。

（2）錫爐內部采用3mm伏板，大噴口板采用3mm鈦板，小噴口采用2mm鈦板，大小噴口邊接采用定位銷和專用螺釘固定，錫爐加熱采用外置式鑄鋼加熱板，使用壽命長，維修方便，錫爐架采用角鋼，外封板采用1.2mm不銹鋼板，內裝高效保溫棉。

（3）進出機構采用雙節抽屜滑軌型式，滑軌采用不銹鋼加強型，線路板夾具采用不銹鋼材料，定位夾具采用3mm鈦板。

（4）電控柜采用分體式，與整機完全隔開，側面開門，便于維修保養。

（5）整機底部與上面隔開，并設有儲存空間。

（6）正面上部設有翻蓋門，門采用氣彈簧結構，側面設有觀察窗。

（7）整機內部墻板均設有防熱處理。

（8）除渣由人工通過腳踏開關控制，與操作門上的執行元件互鎖。

2.3 主要技術參數

（1）錫爐溫度：0-400 ℃可隨意設置，智能溫控保溫，精度正負1.5℃。

（2）大噴口尺寸：200×150mm。

（3）噴流高度：0-10mm變頻無級可調。

（4）錫槽容量：無鉛錫約250Kg

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（5）錫槽材料：3mm鈦板。

（6）錫泵電機：370W耐高溫變頻電機。

（7）溫控器：采用日本富士品牌，PID控制，SSR輸出。

（8）PLC和觸摸屏控制，各工作模式可參數設定，首次調試后可保存，以后開機后可調用保存參數。界面直觀方便。

3 設備的設計與制造

3.1 硬件配置概述

（1）PLC：SN32-DRA2系我公司為滿足中小型控制系統開發的功能強大的內帶高速計數功能的整體式PLC。除帶有16入16出點外，還具備485通訊、擴展槽等。

（2）模擬量模塊：選用兩通道數模轉換模塊K2-2DAC將數據設定量轉換成模擬信號輸出給變頻器，控制電機轉速。輸出信號范圍：0-5VDC，0-10VDC，4-20mA，分辨率：1/4096（12bit）。

（3）三菱變頻器S500系列：用變頻器控制錫爐電機，實現錫峰的高低控制，完成局部焊接。

（4）觸摸屏：EA7-T6C系我公司5.7英寸256色彩色LCD，分辨率320×240，色彩逼真，帶擴展I/O卡。

3.2 設備外觀及操作面板

（1）工作指示燈：分三種指示狀態：黃燈、綠燈、紅燈。

黃燈：加熱時或焊接時燈閃，處于待機狀態；

綠燈：溫度到達時綠燈亮；

紅燈：溫度未到時開噴流時燈閃。

（2）氮氣流量指示。

（3）氮氣壓力指示：大于4KG。

（4）基板進出抽屜：抽屜式，基板放置架可放置任意大小尺寸，調節方便。

3.2.2 操作面板（如圖2所示）

操作面板按鍵及指示說明：

? 啟動按鈕：基板框推入后，按下按鈕，開始焊接。

? 電源指示燈：開機上電后指示電源。

? 錫溫到達指示燈：錫槽到過設定溫度后指示燈亮。

? 蜂鳴器消除按鈕：報警響時可手工按下消除反警聲。

? 急停按鈕：當設備有異常情況發生時，按下停機。

? 電源鑰匙開關：向右檔打開電源，左檔關閉電源。

? 選擇旋鈕：分為手動、自動和定時三種狀態。

? 溫控表：溫度設定、溫度控制。

圖1 整機外觀結構

圖2 操作面板圖

3.3 電氣底板布局

3.3.1 電氣電路板（如圖3所示）

圖3 底板布局

3.3.2 電氣原理圖（如圖4所示）

3.3.3 PLC接線圖（如圖5所示）

3.4 設備系統控制流程

系統控制分三大類功能板塊，分為自動控制、手動控制和管理員功能，如圖6所示，自動控制部分如圖7所示。

3.5 觸摸屏操作界面演示介紹（如圖8～圖15所示）

圖8 開機后顯示界面

圖9 當旋鈕在定時位置時，可進入工作界面選擇

4 實現效果

設備自07年投運以來，已為我公司生產了多品種的各類基板，為觸摸屏等新品的研制和生產提供了有力保證。 設備具有以下優點：

（1）波峰比較穩定，很少出現溢錫現象。

（2）可以適用于多品種產品的焊接，應用廣泛。每個品種對應各自不同的焊接參數，焊接時只要調用已保存的相應品種，最多可保存9999種參數，設備自動按之前的參數進行加工，不同品種有不同的參數。而目前國內的局部焊機一般每生產一個品種就調一種參數，沒有多品種存貯調用的功能，加工的品種多了，只能靠人工記錄，每次查表再設置，比較麻煩。

（3）含有定時開機功能，節省了預熱時間，因為錫爐一般都需要數小時的預熱，錫爐到溫時才能焊接。這臺設備可以按星期、或按指定日期的時間開機，這樣上班時正好焊接，節省了不少工作時間。與國內的同類設備比較，一般只能設定一個定時時間，不能有多種定時選擇，靈活性少。

（4）波峰可數字化控制，精準到位。每種噴流方式：預熱時、離開時、焊接時都可根據線路板的焊接要求進行數字化設定。精確的調整噴出的高度。

（5）首次采用的觸摸屏界面，目前國內類似機種尚無這種控制設計，直觀方便，連續自動控制，目前國內設備一般都是采用幾個按鍵或旋鈕單獨控制， 這種一體化的控制還是難得一見的。

（6）基板導軌傳送，可拉伸，作業人員安放固定基板方便，而且遠離錫爐，可防止錫爐中的濺錫，操作更安全。

5 結語

選擇浸焊焊接時，每一個焊點的焊接參數都可以“度身定制”，有足夠的工藝調整空間把每個焊點的焊接參數（助焊劑的噴涂量、焊接時間、焊接波峰高度等）調至最佳，缺陷率由此降低，甚至有可能做到通孔元器件的零缺陷焊接。

選擇焊只是針對所需要焊接的點進行助焊劑的選擇性噴涂，線路板的清潔度因此大大提高，同時離子污染量大大降低。助焊劑中的NA+離子和CL-離子如果殘留在線路板上，時間一長會與空氣中的水分子結合形成鹽從而腐蝕線路板和焊點，最終造成焊點開路。因此，傳統的生產方式往往需要對焊接完的線路板進行清洗，而選擇焊則從根本上解決了這一問題。

經過公司產品的實際使用，效果極佳，設備已為公司創造了數十萬的利潤，也改進了產品質量，是國內少見的多功能選擇性浸焊設備，也是我公司首例自主制作的焊接設備。

[1] 周靄如, 官士鴻. Visual Basic程序設計教程[M]. 北京: 清華大學出版社,2008.

[2] C-MORE觸摸屏用戶手冊[Z]. 光洋電子（無錫）有限公司.

[3] SN系列用戶手冊[Z]. 光洋電子（無錫）有限公司.

[4] 模擬量模塊用戶手冊[Z]. 光洋電子（無錫）有限公司.

[5] S500變頻器說明手冊[Z]. 三菱株式會社.