某雙面電路板電子裝聯工藝設計

陳　真

（宜昌測試技術研究所，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。受本所電裝生產能力限制，原生產模式為先外協加工完成焊裝工作，回所后進行功能調試，但調試一次通過率約為80%，隨著本所電裝生產能力的提升，現轉為自主焊裝，我所現階段對表面貼裝工藝技術缺乏系統研究，且面臨表面貼裝設備運行精度不高等實際問題。

本文分析了該電路板電子裝聯的工藝難點和工藝實施的重要控制點，并結合現有單位實際電裝生產能力，經工藝實驗，制定出一套合理的電子裝聯工藝方案，顯著提升電路板焊裝后調試一次通過率，為電路板批量生產提供工藝保障。

1　工藝技術分析

1.1　結構特點

某電路板結構如圖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，具體分類統計如表1所示，貼片類元器件焊腳間距統計如表2所示。由表1可知，貼片類器件種類占70%，貼片類器件數量占83%.由表2可知，最小焊盤間距為0.35 mm，其次較小焊盤間距為0.5 mm，焊盤間距屬于細間距，生產時需重點控制。

表2　某電路板貼片元器件焊腳間距統計表

1.2　工藝難點

（1）焊膏印刷質量：在SMT生產過程，第一環節即為焊膏印刷，印刷質量對整個生產過程的影響至關重要，據統計，在PCB設計正確、元器件和印制板質量有保證情況下，表面組裝質量問題中有60%～70%為焊膏印刷所致。而與焊膏印刷質量有關的主要因素包括：焊膏特性、模板、印刷工藝參數、操作工藝流程等。焊膏印刷過程若控制不到位，則會影響器件焊接質量，導致調試不通過。

（2）貼片質量：貼片過程位于焊膏印刷之后，也是SMT生產過程關鍵一道，貼片機主要作用是將貼片元器件準確安裝到PCB的焊盤位置，其主要動作是拾和放。當使用貼片機自身硬件軟件條件無法改變時，則影響貼片質量的關鍵因素包括貼片力、貼片的速度/加速度、貼片機的貼片精度、元器件等。所以對貼片機的工藝參數設置必須嚴格控制，以滿足貼片質量要求。

（3）回流爐使用：回流爐作為表面SMT生產的一個主要設備，它的正確使用可進一步確保焊接質量和產品質量，回流焊主要是設置溫度曲線，需說明的是實際區間溫度不一定就是該區的顯示溫度，所以實際生產時必須對爐內實際區間溫度進行嚴格控制，以滿足回流要求。

2　工藝方案設計

2.1　工藝流程

電路板雙面均含有表面貼裝器件，需先進行兩次回流焊接，最后再進行分立器件手工焊接來完成整個電路板的焊接，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，PCB板下面器件受熱而產生位置偏移，所以先進行反面表貼器件的貼裝及焊接，電路板整個電子裝聯工藝流程如圖2所示。

圖2　某電路板電子裝聯工藝流程

2.2　錫膏印刷

（1）焊膏選擇：挑選焊膏時，應根據元器件電極鍍層要求來確定焊膏合金組成[1]；根據元器件最小間隙來確定焊膏顆粒等級；根據施膏方法來確定焊膏粘度[2]。由于電路板使用元器件電極鍍層均不含Ag，結合單位實際，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屬于細間距器件，因此本文選擇常見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，作業現場的溫度應控制在5°C～35°C，濕度低于80%，焊膏從冰箱提前取出，在室溫下不打開封口進行回溫，回溫放置4 h以上才開使用，使用前需攪拌3～5 min，過期的錫膏禁止使用。未開封已回溫的錫膏在作業環境下放置超過24 h應重新放回冷藏室存儲，同一瓶錫膏的回溫次數不能超過2次。開封后未用完錫膏，使用過程應及時蓋上內蓋并擰緊外蓋，開封24 h后或表面有干結的錫膏不能再用，應報廢處理。新鮮錫膏和用過（回收）的錫膏應分開存放，不放入同一個瓶子。印刷由錫膏PCB板1 h內應進行器件貼裝4 h內完成回流焊接。

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

2.3　表面貼裝

（1）程序編制：根據元器件規格大小，將貼片類元器件安裝至不同規格飛達，之后將飛達按照工位號安裝至BOREY-S24FV型貼片機。根據元器件高度，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、料架號、旋轉角度、吸料高度、貼片高度等相關參數設置，其中正反面部分貼裝器件參數設置如表3~表4所示。

表3　某電路板反面自動貼裝部分參數設置（BOREY-S24FV型貼片機）

表4　某電路板正面自動貼裝部分參數設置（BOREY-S24FV型貼片機）

（2）程序測試：參數設置完畢后，以貼片機空運行方式，檢查正反面貼裝程序的正確性及合理性，應運行連續無卡滯，經測試合格的程序保存至貼片機中相應程序編號內，并做好版本管理，每次重啟貼片機時，調用已經編號程序進行測試。

2.4　回流焊

選擇T-962C型抽屜式回流爐中預置好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RX4000B型溫度記錄儀實時監測溫度變化情況，為防止部分區域內溫度過高導致損壞器件，確定如圖3所示電路板擺放區域。

圖3　某電路板回流焊接擺放區域

2.5　正確性檢查

鑒于實際電裝能力，完成所有器件焊接后，除對器件類型、型號及極性進行檢查外，經識別重點對焊腳間距為0.5 mm的主控芯片PIC18F6520及焊腳間距為0.35 mm的CRN1608B4R型電阻排進行過程控制，其在20倍高清視頻放大檢測系統下經100%檢查，確保其焊點無橋接虛焊情況。

2.6　清洗烘干

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

圖4　某電路板正反實物

3　結束語

電子裝聯工藝方案是否合理，直接影響器件焊裝質量，某電路板采用上述工藝方案中各項工藝措施和方法，經小批量生產工藝驗證，焊裝后調試一次通過率為95%，為該電路板批量生產提供了工藝保障。