【基于电机控制电路印制板的焊接工艺流程分析5600字（论文）】

基于电机控制电路印制板的焊接工艺流程及改良分析目录引言 4第一章印制板电路主要产品特点 41.1板件类型 41.2板件特点 41.3目前自控公司PCB表面贴装焊接的不良原因和防止对策 51.3.1润湿不良 51.3.2桥联 51.3.3裂纹 51.3.4焊料球 51.3.5吊桥（曼哈顿） 6第二章焊板焊接工艺流程分析 62.1模板（即钢网）制作 72.1.1确认印刷面及焊盘图形 72.1.2模板的厚度 82.1.3网框尺寸 82.1.4PCB位置 102.1.5Mark的处理方式 102.2焊接工艺流程： 10第三章印制板焊接改良五步 11总结 13参考文献 14

引言PCB，中文被叫做电路印刷版，或者印刷电路板、印刷线路板，全程是PrintedCircuitBoard。这种印刷电路板是工业生产中非常重要的电子元部件，是各种电子元器件的载体，连接了各种电子元器件。因为生产工艺使用了电子印刷技术，所以被人们叫做印刷电路板。根据电路有多少层，可以把印刷电路板分为多面板、双面板以及单面板。自控企业用的比较多的多面板PCB通常是有4层板或者6层板。单面板作为早期电路常用的板子，设计的比较简单，零件和导线在板子的两面，而且线路的设计也有很多的局限性。所谓双面板，就是板子两面都有导线，通过中间的导孔相连接，导孔中一般都有着金属，用于连接两边的导线。多层板就是在单、双层板的基础上为了增加更大的布线面积，而把单、双面的布线板结合起来。多层板的层数表示布线层的数量，一般来说都是偶数，而且包括了最外面的两层。通常多层板都是4到8层为主，理论上可以制造近百层的印刷电路板。这种印刷电路板的制造材料是覆铜箔层压板，广泛用于制造电机控制PCB板基板。该材料主要是用来为各种元器件做基础，而且可以让元器件间连接或者绝缘。根据PCB板材的特性，本篇文章主要研究的是如何综合自控公司的印刷电路板产品现状来更加合适的操作器械，把不同的元器件焊接到各自的板子上，制造不同用处的电路板。第一章印制板电路主要产品特点1.1板件类型对自控公司所生产的板件进行大致的统计，可以发现主要板件不止60种，这之中大概有40种风电板件，剩余的则是火电板件。1.2板件特点自控公司所生产的板件其中一个特点就是种类多样，大到44cmｘ30cm小到6.5cmｘ6.2cm的板子不等，无论是普通焊点密度的板件还是极高焊点密度的板件都生产。板件的生产方式通常都是少量的生产，一次可能有个50到100片左右，外加一些新品类的研发工作，整个产品系列升级很快。所以，员工需要能够适应这种模式。1.3目前自控公司PCB表面贴装焊接的不良原因和防止对策1.3.1润湿不良润湿不良问题通常发生在焊接时的焊料与基板之间区域，这个地方在润湿后可能不会出现金属问反应，从而导致漏焊或者烧焊的情况出现，这种问题占了公司焊接问题的两成左右。造成这种问题的因素一般是焊接区域被污染了，有可能是不小心沾到了阻焊剂，或者焊接断面被氧化了。比如硫化物粘在了银的表层，焊锡的表面被氧化等情况都会导致润湿不良。另一方面，如果焊料里面有微量的铝、锌等金属残余时，会让焊机更容易吸收水分降低反应活性，也会导致润湿不良。所以在进行焊接的时候，不仅要选择合适的工艺，还需要把要焊接的物品认真仔细的清理干净，挑选适合的焊接材料，设置好正确的焊接温度和时长。1.3.2桥联桥联问题占据自控公司所有焊接问题的12%左右。造成桥联现象的原因主要是焊接时使用的焊料太多了或者是焊料在印刷之后出现了塌边问题，还可能是因为板材焊接区域的面积不够，SMD贴装错位等等导致的，如今电气电路变得越来越微型化，桥联问题很容易引起电路短路，使得产品无法使用。为了预防这种情况的出现，可以从以下几个方面着手：1.避免印刷焊膏的时候出现塌边的现象。2.合理的设置焊接的各项数据，预防焊机的机械性晃动。3.要把SMD贴装在合规的区域内。4.要确保基板布线的间隔大小和阻焊剂的涂抹精确程度都要合乎规则。5.基板电焊区域的大小需要按照图纸来准确的规范。1.3.3裂纹裂纹问题在所有的焊接问题中占了5%左右。这种问题的产生通常发生在焊接印刷电路板刚刚远离焊接区域的时候，因为焊接材料和被焊接物体之间有着不一样的热膨胀系数，当出现快速的冷热状况的时候，因为焊接的两个部分受到大小不同的两种作用力，从而导致SMD出现轻微的裂纹。预防这种问题的方法有：1.需要设置一个合适的加热和冷却时间。2.尽量选择延展性更好的焊接材料。3.在进行基础设计的时候就需要考虑热胀冷缩可能会带来的影响。1.3.4焊料球焊料球问题占据所有焊接问题的13%左右。这种问题的出现普遍是因为焊接的时候加热过快导致焊料四处飞溅，另一方面和焊料印刷时出现的各种问题都或多或少有关。预防措施:1.焊接加热的过程不能太快，要按照设置的加热时间来处理。2.当焊料出现各种印刷问题的时候，要把这些残次品去除。3.使用焊膏要规范。4.根据不同的焊接类型采用相对应的加热手段。1.3.5吊桥（曼哈顿）吊桥问题占据所有焊接问题的12%左右。所谓吊桥是指焊接的元器件有一边脱离了焊点翘了起来，出现这种问题的原因一般都是因为焊接时加热的速度太快，焊接区域的加热也不均匀。也和焊膏的种类、是否有预热、焊接区域的大小等等都有关系。预防的措施：（1）要按要求妥善的保存SMD。（2）要划定一个合适的基板焊接区。（3）降低焊接材料熔融时对SMD端部产生的表面张力。（4）焊料的印刷厚度尺寸要设定正确。（5）采取合理的预热方式，实现焊接时的均匀加热。第二章焊板焊接工艺流程分析PCB的焊接方式，大体上可以分为再流焊与波峰焊这两种。因为自控公司目前的插件很少、而且每次生产的也不多，配置波峰焊接机有些大材小用，不符合经济效益，所以并没有购买该机器。公司目前焊接用的都是再流焊工艺。该工艺基础的流程是：首先把少量的焊膏涂抹到印制板的焊盘上面，然后把元器件放置到印刷版上正确的地方，最后再把完成了上诉步骤的印制板移到传送带上面，经由传送带进出炉子，完整的达成干燥、预热、熔化、降温的焊接全过程。焊接方式根据组装的不同，可以分为全表面组装、单面混合组装、两面混合组装这三种。如下表表1.1组装方式对比图依据上诉的再流焊焊接步骤，结合自控公司的生产实际，分成几个部分进行分析。2.1模板（即钢网）制作首先根据所设计的PCB确定是否加工模板。如果PCB上的贴片元件只是电阻、电容且封装为1206以上的则可不用制作模板。当在PCB中含有SOT、SOP、PQFP、PLCC和BGA封装的芯片以及电阻、电容的封装为0805以下的，则必须制作模板。一般模板分为化学蚀刻铜模板（价格低，适用于小批量、试验且芯片引脚间距>0.635mm）、激光蚀刻不锈钢模板（精度高、价格高，适用于大批量、自动生产线且芯片引脚间距<0.5mm）。对于自控公司很多板件，因其引脚间距<0.5mm，故基本上采用的是不锈钢模板。制作不锈钢模板，之前首先要将“制作要求”，发给模板加工厂。“模板制作要求”应包含以下几个方面。2.1.1确认印刷面及焊盘图形模板加工时要求喇叭口向下，有利于印刷后焊膏脱模，以保证印刷的焊膏图形完整，边缘清晰，使得印刷的品质更好。所以生产的时候要与模板加工企业核对印刷面（假如喇叭口是向上的，那么脱模的时候会从里面带出焊膏，让最终的焊膏形状不全）。另外，把核对过的焊盘图像发给模板加工企业。2.1.2模板的厚度由于模板的印刷是接触式印刷，印刷的时候，印刷电路板的表面会和模板的下面接触，所以焊膏图像的厚度取决于模板的厚度。也正因为这样，焊接工艺需要挑选合适的厚度的模板。当然，也能够改变开口的大小来满足不同类型元器件对于焊膏的需要。总而言之，模板的厚薄和开口大小与焊膏印刷量息息相关。焊接模板的厚薄需要考虑到印制板装配时的密度以及元器件的尺寸、引脚与引脚的距离等综合因素。对于大一些的Chip元件和使用更多焊膏的PLCC元件，需要更厚一些的模板。而那些小一点的Chip元件和焊膏需要较少的QFP和CSP元件，需要薄一些的模板。通常来说，如果印刷电路板上的Ch中元器件大小为3215、2126、SMD的引脚距离在1.26-1mm时，模板厚度宜使用0.2mm．；当印刷电路板上的Chip元器件大小为1607、1006、SMD的引脚距离为0.65mm和0.5mm（距离较窄）时，模板厚度宜使用0.15-0.12mm；如果需要更高密度装配时，宜使用0.1mm以下厚度。元件类型引脚间距元件尺寸焊盘宽度焊盘直径焊盘长度焊盘直径开口宽度开口直径开口长度开口直径模板厚度PLCC、SOJ1.270.652.000.61.950.2QFP0.6350.351.50.31.450.15～0.18QFP0.50.251.250.221.20.1～0.15Chip2×1.251.251.251.21.20.15～0.210051×0.50.50.650.450.60.125～0.1506030.6×0.30.250.400.230.350.075～0.125BGA1.270.8圆形0.8圆形0.75圆形0.75圆形0.15～0.2GBGA/CSP0.50.3圆形0.3圆形0.28方形0.28方形0.08～0.12FlipChip0.250.12圆形0.12圆形0.12方形0.12方形0.08～0.1表2.1模板厚度关系表2.1.3网框尺寸网框尺寸是根据印刷机的框架结构尺寸确定的。即：网框尺寸应与印刷机网框尺寸相同，特殊情况下（例如当印制板尺寸很小或印刷面积很小时）可以使用小于设备网框尺寸的小尺寸网框。自控公司如今所使用的是瑞士的动模板印刷机，具体参数如下：（1）最大电路印制板面积：42cm×45cm（2）极限可印刷面积：42cm×42cm。（3）模板边框面积：58.4cm×58.4cm。（4）边框区域尺寸：25.3mm×38.2mm。（5）边框钻孔大小与位置如下图2.2边框钻孔尺寸和位置示意图除此之外，设计图还需要为刮刀的行动路径以及焊膏的流动留出空间，因此要在不锈钢板上的漏印图形区域周围留出足够的空间，通常情况下，这两者之间需要有至少4cm的间隔，详细可以参照下图。图2.3刮刀起始位置示意图2.1.4PCB位置指印刷图形放在模板的什么位置，一般采用以PCB外形居中，或以焊盘图形居中，或有特殊要求，如在同一块模板上加工两种以上PCB的图形等。自控公司一般情况下以焊盘图形居中来制作钢网。以焊盘图形居中印刷时能选用小尺寸的刮刀，可以节省焊膏，还能缩减焊膏铺开的面积，进而使得焊膏和空气的接触面变小，可以减缓焊膏里面的溶剂挥发掉。如果印制板的面积较大，焊盘图像又主要分布在印刷电路板的某一边，这时需要让印刷电路板形状居中，假如把焊盘图像居中，那么在印刷的时候可能会出现印制板有一部分不在印刷机工作范围内的情况。如果印刷电路板的面积不大或者焊盘图像在一个较小范围内，这时可以把两个或者更多个面板的图像都在一块模板上制造出来，这种方式会省下很多的材料。当然需要提前给加工厂说明需求并给出产品的设计图，可以用文字或者图像演示，如下图。图2.4几个产品的漏印图形制作在同一块模板上示意图2.1.5Mark的处理方式所谓的处理方式就是模板是不是要放Mark，放在哪一面等问题。全自动印刷机进行印刷PCB的时候需要使用模板上的Mark图像来校准印刷电路板。因为自控公司目前使用的不是全自动印刷机，而是半自动印刷机，所以在模板上绘制Mark图像不是必要步骤，当然如果使用该图像，可以更加便捷的居中对齐，很大程度上会加快印刷的速度，所以还是应该要求绘制Mark图像。该图像一般不刻透或者刻透之后要贴上黑胶。2.2焊接工艺流程：（1）丝印：该步骤的目的是把印刷电路板的焊接盘子上漏印上贴片胶或者锡膏，这是给元件进行贴装处理前的准备工作。会用到丝印机器、刮刀以及PC版模板，该流程是流水线的起始部分。（2）准备材料：需要的材料有三样，分别是印刷电路板的基板、待焊接的元器件、焊接材料。（3）元器件的贴装：主要就是把元器件精准的贴装到印刷电路板的准确位点。（4）回流焊接：该步骤的目的是依靠熔化的焊膏把印刷电路板和需要贴装于表面的元器件紧紧的焊接在一起。该步骤要求所有的操作都符合国际标准曲线的控制精度，从而避免印刷电路板与元器件出现形变或损伤，以满足设计需求的功能。（5）清洗：这一步的目的是清除掉贴装完成的印刷电路板上些许剩余的焊料，如果用的是不需要清洗的焊料则可以省去这一步。（6）检验：目的是检查贴装完成的印刷电路板是否符合设计质量要求。（7）返修：当上一步检验发现有印刷电路板出问题时要对问题部位进行返修，容易出问题的地方有锡球、锡桥等。第三章印制板焊接改良五步手工五步焊接操作法如图3.1：图3.1手工五步焊接法（1）焊接的准备工作：首先要备好需要的焊锡丝与电烙铁，电烙铁的前端要清理洁净，之后再放上焊锡。（2）焊件的加热：让电烙铁的前端触碰焊点，当电烙铁用于加热印制板上的焊盘和线路的时候，要确保它们都能受热；然后，对于那些热容量比较高的焊接件，需要使用电烙铁的前端扁平的位置去焊接，而那些热容量比较小的焊接件，则用前端侧面位置去焊接，这样才能保证焊接件整体受热一致。（3）焊料的熔化：先把焊接件升温至可以熔化焊丝的程度，然后把焊丝放到焊点上使其熔化。（4）把焊锡移走：焊点上熔化了足够的焊锡之后就可以移走焊锡了。（5）移走电烙铁：焊点被焊锡全部浸润后就可以移走电洛铁了，此时要保证电洛铁移走的角度大概是45°左右。这个步骤，对于普通的焊点通常需要3秒左右，而如果是那些热容量比较低的焊点，比如PCB上的小焊盘，可以使用三步法，具体来说就是把上面的第二和第三步合成一步，第四和第五合成一步。当然严格上来说还是可以分成五步，因此五步法是一个普适性的方法，是学习人工烙接焊点的基础，尤其是每一步间隔的时间对于焊接的成果很关键，需要多练习才能慢慢学会。

总结本文主要针对电机控制电路印刷版的现状及生产过程中的一些状况分析研究，主要研