焊膏印刷機制造數據處理軟件的設計與實現

王雙記

（中國人民解放軍91388部隊，廣東湛江，524022）

表面貼裝技術（Surface Mount Technology，SMT）的廣泛應用為我國信息化建設，特別是為各種新型設備的小型化、輕量化、高性能、高頻率的發展，提供了有效的技術途徑。但是，SMT在發展的同時也面臨著嚴峻的挑戰，即在生產過程中無法對設備的運行狀態進行實時監控，將生產過程中的錯誤及時的反饋給用戶。這導致印刷電路板（Print Circuit Board，PCB）無法實現高質量、高效率、和低成本的生產。

SMT基本流程是焊膏印刷、貼裝、回流焊接、清洗、檢測。焊膏印刷作為SMT中的第一道工序，它直接影響著后序工藝，并決定著產品的可靠性。據統計，60%-70%的焊接缺陷都是由不良的焊膏印刷結果造成的[1]。為了解決上述問題，本文設計并實現了對焊膏印刷機關鍵參數實時分析的軟件。

1 焊膏印刷質量因素分析

焊膏印刷機常被用作印刷焊膏或貼片膠，其功能主要是將貼片膠或焊膏準確無誤的漏印到對應印制板的位置。影響焊膏印刷質量的因素非常多，最關鍵的要屬焊膏特性、印刷工藝參數設置和網版制作。

1.1 焊膏特性

焊膏主要組成主要包括助焊劑、焊料顆粒、溶劑、調節劑等。焊膏不同，成分不同，適用范圍也不同。為了保證焊膏的質量，要使焊膏滿足三個特性：

首先：要具有良好的可印刷性。焊膏的主要性能體現在顆粒大小與粘度兩個方面。焊膏粘度過大時，易粘到刮刀上面，造成焊膏印刷不到模板上；焊膏粘度過低時，則不易控制焊膏的沉積形狀，印刷后會塌陷，這樣容易產生橋接，同時在使用軟刮刀或刮刀壓力較大時，會使焊膏從模板開孔中被刮走，從而形成凹型焊膏沉積，使焊料不足而造成虛焊。

其次，要具有良好的粘合性。焊膏粘性不夠時，印刷過程中焊膏將不會在模板上滾動；焊膏粘性過大時，焊膏將會掛在模板孔壁上，不能全部漏印到焊板上。

最后，要具有良好的可焊接性。如果焊膏印刷后保存的時間過長或印刷周期過長，會因溶劑等物質揮發而增加氧化程度，影響焊料的濕潤性。

1.2 網板

網板主要由絲網、網框和掩膜圖形等組成。具體參數設置包括網板開孔尺寸、厚度及開孔方向。網板開孔尺寸主要由印刷板對應焊盤的尺寸決定；網板的越厚則開孔越小，越不有利于焊膏釋放；焊膏釋放在焊盤的長度方向與印刷方向一致時，印刷效果較好。常見網板設計工藝見表1。

表1 網板開口尺寸厚度寬度及引線間距的關系

2.3 印刷機參數

焊膏印刷過程涉及到的參數非常多，每個參數的設置都將影響到產品的質量。

（1）刮刀的壓力

刮刀的壓力改變將對印刷造成重大影響。壓力太小將使得焊膏不能有效抵達模板的開孔底部并且很好地沉積在焊盤上；壓力太大將使得焊膏印刷太薄，更有損壞模板的風險。

（2）印刷的厚度

印刷的厚度與網板厚度有密切關系，除此之外，與焊膏特性、機器參數設定相關。印刷過程中經常需要調整刮刀的速度和壓力，依此實現印刷的厚度微調。

（3）印刷的速度

在刮刀的推動下，焊膏將會在網板上向前滾動。印刷速度設置較快時，對網板的回彈將起到積極作用，但會阻礙焊膏的傳遞；速度設置過慢，會降低焊膏在鋼網上的滾動速度，降低焊盤上焊膏的分辨率。

2 系統分析與設計

2.1 需求分析

2.1.1 性能需求

為了使PCB實現高質量、高效率和低成本的生產，必須對SMT的成產過程進行實時監控。該軟件的設計可以用于對焊膏印刷機實時運行狀態、故障、任務及其它制造信息進行靈活的統計、分析。對于采集到的制造數據進行分析，將其轉換成動態曲線的形式顯示出來。實現了設備信息深層次分析，加強了對生產過程的監管力度，提高了監控生產過程的能力。本軟件可以廣泛的用在含有焊膏印刷機的電子電路制造平臺上。

2.1.2 功能需求

軟件首先需要從焊膏印刷機中提取出其制造數據，并將數據以一定的格式存放在服務器中。當對焊膏印刷機運行狀態進行離線分析時，軟件向服務器發送請求獲取制造數據，通過分析數據格式將焊膏印刷機的關鍵參數存入數據庫，同時將其以動態曲線的形式顯示給用戶。

3.2 系統設計

該軟件采用C/S模式，可以分為三個模塊：數據采集、離線分析、數據顯示。其總體功能結構如圖1所示：

圖1 總體功能結構圖

2.2.1 數據采集模塊

數據采集模塊首先由客戶端下達操作指令并設定好采集數據的頻率，然后由數據采集系統采集相關設備關鍵參數以及生產過程中半成品的實時信息，這些信息都將顯示給客戶端，并以*.log的數據形式存儲到數據庫服務器，作為離線分析模塊的輸入。其流程圖如圖2所示：

圖2 數據采集模塊流程圖

2.2.2 離線分析模塊

離線分析模塊由客戶端下達操作指令并讀取數據庫服務器上的采集數據，并對其進行分析。分析正確時將結果存入服務器數據庫中，以備數據顯示模塊調用；分析出錯時將錯誤信息反饋給客戶端。其流程圖如圖3所示。

數據采集模塊采集制造數據并存放在擴展名為.log的文件中。在進行離線分析時，首先要對文件進行分析，提取出關鍵參數并存放到數據庫中。文件部分格式如下：

圖3 離線分析模塊流程圖

3.2.3 數據顯示模塊

數據顯示模塊是由客戶端發送顯示數據操作指令，程序讀取服務器數據庫中的分析結果，，并將其生成動態的曲線顯示給用戶。其流程圖如圖4所示：

圖4 數據顯示模塊流程圖

3 系統實現

本系統采用SQL Server2000和Visual C++6.0中的MFC來完成。

3.1 關鍵參數提取

在從“*.log”文件中提取關鍵參數時，使用了MFC中的類CstdioFile，該類從CFile類派生而來，每次讀取文本文件的一行。然后，對讀到的數據進行分析，截取出有用的數據。

下面是對關鍵參數“刮刀正行程位置”提取的操作：

3.2 數據庫連接

對制造數據分析完成之后需要將關鍵參數存入數據庫中，程序使用了一個封裝數據庫類ADoconn來實現數據庫的操作。其使用方法如下所示：

3.3 數據顯示

本系統引入了一個繪制實時曲線的插件clPlot，完成實時曲線的繪制功能。這是一個標準的插件，用它可以方便的實現自動滾動的實時曲線繪制。

3.4 運行界面

運行程序，點擊“讀取文件”，找到制造數據文件并打開，程序便可以將關鍵參數實時的顯示出來：

圖5 焊膏印刷機關鍵參數顯示

在圖5中顯示了文件名稱和文件創建時間，在界面左側顯示出了焊膏印刷機的關鍵參數，右側對關鍵參數進行了實時動態繪制。

5 結束語

介紹了焊膏印刷機關鍵參數，指出了影響焊膏印刷的各種因素，成功設計并實現了焊膏印刷機制造數據處理軟件。本軟件可以實時查看印刷過程中焊膏印刷機的關鍵參數變化，及時發現生產過程中設備的故障，降低了生產成本，提高了生產效率。