CN102922070A - Fr-1纸质pcb无铅smt焊接工艺及专用隔热治具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺及专用隔热治具，其技术方案是FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺，包括S101，经检测合格的FR-1纸质PCB进行烘烤处理；S102，在烘烤后的FR-1纸质PCB上印刷无铅锡膏；S103，将经过印刷无铅锡膏的FR-1纸质PCB进行SMT贴装元器件；S104，将贴装好的FR-1纸质PCB固定在专用的治具上；S105，将固定在专用治具上的FR-1纸质PCB送入回焊炉中进行回流焊接；S106，将焊接好的FR-1纸质PCB取出并进行检测。本发明通过烘烤处理，降低FR-1纸质PCB基板含水量，回焊工序采用专用的隔热治具保证FR-1纸质PCB在耐受温度范围内，使得无铅焊接工艺可以适用于FR-1纸质PCB。

Description

FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺及专用隔热治具
技术领域
本发明涉及PCB的SMT生产工艺，具体来说主要涉及纸质PCB的无铅SMT生产工艺及专用治具。
背景技术
现有技术中，PCB（Printed Circuit Board印刷电路板）的SMT（Surface Mounted Technology 表面贴装技术）生产工艺主要分有铅和无铅焊接，主要工艺步骤包括第1步：锡膏印刷；第2步：自动贴片；第3步：回流焊接，第4部：脱模，检测等工序。例如公开号CN101083878 A专利文献公开了一种PCB板的焊接方法和专用治具，其焊接方法也主要包括第1步：印刷锡膏；第2步：自动贴装元器件；第3步：回流焊接；第4部：脱模，检测等步骤。有铅或无铅焊接工艺的主要区别在于使用的锡膏不同，有铅制程使用有铅锡膏，锡膏中主要的金属成分是：锡63%，铅37%，锡膏的焊接熔点为183℃；无铅制程使用无铅锡膏，锡膏中主要的金属成分：锡96.5%，银3%，铜0.5%。锡膏的焊接熔点为217℃，锡膏充分的融熔和润湿焊盘需要温度在220℃以上30-60秒，一般最高温度要求在230℃-250℃，焊接温度要求的不同，对PCB板的要求也不相同。
按现有技术的工艺，FR-1纸质PCB不能按照无铅焊接工艺生产，因为FR-1纸质PCB在回焊炉中无法较长时间承受220℃以上的高温。根据公开文献记载，现有的FR-1 PCB可以做到的最高温度是200-205℃，时间是30分钟，无剥离气泡。如果使用无铅锡膏焊接FR-1纸质PCB，锡膏的融化和回流需要220℃以上的温度，FR-1纸质PCB受到高温冲击会出现明显的分层气泡，不能制成合格的PCB。
另外，在回焊炉中为防止PCB弯曲变形，需要专门的治具来安装支撑PCB，现有的各种治具通常在治具板开设通孔，以有利于热风均匀吹拂到PCB板两面。例如公开号CN201274610 Y专利文献公开了一种可以适应任何规格印刷电路板，其治具板开设有若干通孔，排布于整块治具板上，但这种治具仅有安装支撑PCB作用，没有隔热作用，如果使用在FR-1纸质PCB无铅焊接工艺中将导致FR-1纸质PCB背面受热，整板温度过高而产生分层气泡；其次，现有技术的治具通常采用铝合金或其他耐高温材料，这些材料均没有隔热功能，根据现有工艺特点本领域技术人员也认为治具不需要增加隔热功能，否则影响PCB板的焊接温度。
故此，本领域技术人员有必要进一步改进FR-1纸质PCB的无铅焊接生产工艺以及开发专用的隔热治具，打破治具不需要增加隔热功能的技术偏见。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷及存在的技术问题，本发明首要解决的技术问题是提供了一种新的且适合于FR-1纸质PCB的无铅SMT生产方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：FR-1纸质PCB的无铅SMT焊接工艺，S101，经检测合格的FR-1纸质PCB进行烘烤处理；S102，在烘烤后的FR-1纸质PCB上印刷无铅锡膏；S103，将经过印刷无铅锡膏的FR-1纸质PCB进行SMT贴装元器件；S104，将贴装好的FR-1纸质PCB固定在专用的治具上；S105，将固定在专用隔热治具上的FR-1纸质PCB送入回焊炉中进行回流焊接；S106，将焊接好的FR-1纸质PCB取出并进行检测。
本发明的技术效果是：本发明与现有技术在工艺上的区别之一是印刷无铅锡膏之前PCB先要进行烘烤处理，烘烤的目的在于尽可能去除PCB的含水量。因为PCB通常有多层结构，在焊接之前受到存放环境的温度，湿度等影响，容易造成PCB含水量超标，回流焊接时，受到高温炙烤更加容易起泡分层或发黄。通过烘烤处理的PCB含水量极低，有助于在回流焊接阶段不发生分层起泡；与现有技术区别之二是采用了专用的隔热治具，这种隔热治具用于容纳PCB的空腔底板不开设通孔，是整板一块，在回流焊接阶段，可以保证PCB的上表面温度能够达到无铅锡膏的熔融和回流要求，PCB下表面由于有隔热治具的保护而温度大大降低，使得PCB整体温度不超过200-205℃，这是FR-1纸质PCB可以耐受的温度，制成的FR-1纸质PCB不会分层起泡，从而实现FR-1纸质PCB的无铅焊接。
优选的技术方案：FR-1纸质PCB的无铅SMT焊接工艺，所述第一步的烘烤时间为100-135分钟，烘烤温度为60-100℃，优选的的烘烤时间为120分钟，烘烤温度为80℃。
进一步的技术效果：这是烘烤阶段较佳的温度和时间范围，其中烘烤时间120分钟，烘烤温度80℃是烘烤步骤的最佳实施例，能够尽可能降低FR-1纸质PCB的含水量。
优选的技术方案：FR-1纸质PCB的无铅SMT焊接工艺，所述第五步骤包括预热阶段，保温阶段,回流阶段,冷却阶段；回流阶段的峰值温度在230-250℃；回流焊接时间为30-60s；优选的回流阶段峰值温度在230-235℃；回流焊接时间为30-45s。
进一步的技术效果：在230-235℃的峰值温度温度条件下，既能完成无铅回流焊接又能够尽可能减少高温热风对FR-1纸质PCB的冲击，有利于防止PCB分层起泡。
优选的技术方案：FR-1纸质PCB的无铅SMT焊接工艺，所述S102步骤的无铅锡膏仅是印刷在FR-1纸质PCB的一侧表面。
进一步的技术效果：无锡膏的一面不需要焊接，正好贴合在底面密封的治具，起到隔热作用。
本发明其次要解决的技术问题是提供了一种适用于FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺的专用隔热治具。
本发明解决次要技术问题所采用的技术方案是：一种适用于FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺的专用隔热治具，包括治具本体，开于所述治具本体中央的下沉式空腔以及旋钮式夹具，其特征在于，所述下沉式空腔的空腔底面是整体密封结构。
进一步的技术效果：现有技术的各种治具为了热风均匀吹拂到PCB上下表面，治具底板通常开设若干通孔，这种治具仅有安装支撑PCB的作用，没有隔热作用，本设计用于容纳PCB的空腔底板不开设通孔，是整板一块，PCB固定后，PCB下表面贴和在空腔底板，在回流焊接阶段，可以保证PCB的上表面温度能够达到无铅锡膏的熔融和回流要求，PCB下表面由于有隔热治具的保护而温度大大降低，使得PCB整体温度不超过200-205℃，这是FR-1纸质PCB可以耐受的温度，FR-1纸质PCB不会分层起泡，从而实现FR-1纸质PCB的无铅焊接。
优选的技术方案：所述治具本体采用合成石材料。
进一步的技术效果：选用合成石制成的隔热治具可防静电、吸热、受高温冲击不变形。
优选的技术方案：所述下沉式空腔能够正好容纳FR-1纸质PCB；其下沉形成的空腔侧壁与FR-1纸质PCB的厚度相一致。
进一步的技术效果：进一步防治PCB的侧边受到对流热风冲击，使得隔热效果更好。
附图说明
图1是FR-1纸质PCB的无铅SMT焊接工艺流程框图。
图2是专用隔热治具的结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
1.治具本体，11.空腔，12.夹具，13.空腔侧壁，14空腔底面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，进一步阐明本发明的优点及相对于现有技术的突出贡献，可以理解的，下述的实施例仅是对本发明较佳实施方案的详细说明，不应解释为对本发明技术方案的任何限制。
图1是FR-1纸质PCB的无铅SMT焊接工艺主要的工艺流程。
实施例1：
首先，经检验合格的FR-1纸质PCB送入除湿干燥箱进行烘烤处理，烘烤温度设定为80℃，烘烤时间120分钟；经烘烤处理后的FR-1纸质PCB送入锡膏印刷机，FR-1纸质PCB的上表面印刷无铅锡膏；回焊炉温度的设定和焊接使用的锡膏有一定关联度，本实施例使用的是日本 Tamura公司生产的SAC305无铅锡膏，锡膏合金成分：锡96.5%，银3.0%，铜0.5%；FR-1纸质PCB板的印刷无铅锡膏制程结束后进行SMT贴装元器件；将贴装有元器件的FR-1纸质PCB固定在专用的隔热治具上送入SMT无铅回流焊接炉，炉温设置成偏下限，经过预热升温，保温，进入回流阶段，此时炉温峰值温度实测达到230-235℃之间，其中回流焊接的时间为35s；然后冷却；回流焊接结束后脱模，检测。检测方法首先是目测，目测情况是：制成的FR-1纸质PCB焊点焊接良好，板面无分层气泡或裂隙，板面颜色正常无烤黄区域；进一步显微镜观察，FR-1纸质PCB焊点焊接良好，板面无分层气泡或裂隙，板面颜色正常无烤黄区域；进一步通电测试，各元器件电气连接良好，制成品合格。
图2是适用于FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺的专用隔热治具在正视状态下的结构示意图。治具本体1采用合成石材料制成，如图3所示，中间采用下沉式结构，留有与FR-1纸质PCB面积相匹配的空腔11，空腔11的底面是整板一块，没有供热风进入的通孔或缝隙，这和现有技术差别巨大。使用时，把FR-1纸质PCB放入空腔11，旋动4个夹具12固定住FR-1纸质PCB，放入回流焊接炉。焊接时，高温热风上下吹拂FR-1纸质PCB的两侧面，FR-1纸质PCB露在治具外的上表面印刷有无铅锡膏，在热风吹拂下熔融回流，开始焊接；FR-1纸质PCB的侧边被空腔侧壁13遮挡，FR-1纸质PCB的下表面被空腔底面14完全包覆，经过隔热治具的吸热隔绝，FR-1纸质PCB本身的受热温度大大低于热风温度，实测不会超过200-205℃，这是FR-1纸质PCB能够耐受的高温，从而保护FR-1纸质PCB在回焊炉中不会受到破坏性高温影响，使得无铅焊接工艺也适用于FR-1纸质PCB。
实施例2：
首先，经检验合格的FR-1纸质PCB送入除湿干燥箱进行烘烤处理，烘烤温度设定为90℃，烘烤时间100分钟；经烘烤处理后的FR-1纸质PCB送入印刷机，FR-1纸质PCB的上表面印刷无铅锡膏；回焊炉温度的设定和焊接使用的锡膏有一定关联度，本实施例使用的是日本 Tamura公司生产的SAC305无铅锡膏，锡膏合金成分：锡96.5%，银3.0%，铜0.5%；FR-1纸质PCB的印刷无铅锡膏制程结束后进行SMT贴装元器件；将贴装有元器件的FR-1纸质PCB固定在专用的隔热治具上送入SMT无铅回流焊接炉，炉温设置成偏下限，经过预热升温，保温，进入回流阶段，此时炉温峰值温度实测达到230-235℃之间，其中回流焊接时间为32s；然后冷却；回流焊接结束后脱模，检测。检测方法首先是目测，目测情况是：制成的FR-1纸质PCB焊点焊接良好，板面无分层气泡或裂隙，板面颜色正常无烤黄区域；进一步显微镜观察，FR-1纸质PCB焊点焊接良好，板面无分层气泡或裂隙，板面颜色正常无烤黄区域；进一步通电测试，各元器件电气连接良好，制成品合格。
实施例3：
首先，经检验合格的FR-1纸质PCB送入除湿干燥箱进行烘烤处理，烘烤温度设定为80℃，烘烤时间120分钟；经烘烤处理后的FR-1纸质PCB送入印刷机，FR-1纸质PCB的上表面印刷无铅锡膏；回焊炉温度的设定和焊接使用的锡膏有一定关联度，本实施例使用的是日本 Tamura公司生产的SAC305无铅锡膏，锡膏合金成分：锡96.5%，银3.0%，铜0.5%；FR-1纸质PCB板的印刷无铅锡膏制程结束后进行SMT贴装元器件；将贴装有元器件的FR-1纸质PCB固定在专用的隔热治具上送入SMT无铅回流焊接炉，炉温设置成偏下限，经过预热升温，保温，进入回流阶段，此时炉温峰值温度实测达到230-235℃之间，其中回流焊接时间为30s；然后冷却；回流焊接结束后脱模，检测。检测方法首先是目测，目测情况是：制成的FR-1纸质PCB焊点焊接良好，板面无分层气泡或裂隙，板面颜色正常无烤黄区域；进一步显微镜观察，FR-1纸质PCB焊点焊接良好，板面无分层气泡或裂隙，板面颜色正常无烤黄区域，进一步通电测试，各元器件电气连接良好，制成品合格。
本发明通过烘烤处理，降低FR-1纸质PCB板含水量，回焊工序采用专用的隔热治具保证FR-1纸质PCB在耐受温度范围内，使得无铅焊接工艺可以适用于FR-1纸质PCB，体现了技术进步。

Claims (9)

1.FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺，其特征在于包括下述步骤：
S101，经检测合格的FR-1纸质PCB进行烘烤处理；
S102，在烘烤后的FR-1纸质PCB上印刷无铅锡膏；
S103，将经过印刷无铅锡膏的FR-1纸质PCB进行SMT贴装元器件；
S104，将贴装好的FR-1纸质PCB固定在专用的隔热治具上；
S105，将固定在专用治具上的FR-1纸质PCB送入回焊炉中进行回流焊接；
S106，将焊接好的FR-1纸质PCB取出并进行检测。
2.根据权利要求1所述的FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺，其特征在于所述S101步骤的烘烤时间为100-135分钟，烘烤温度为60-100℃。
3.根据权利要求2所述的FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺，其特征在于所述S101步骤的烘烤时间为120分钟，烘烤温度为80℃。
4.根据权利要求1所述的FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺，其特征在于所述S105步骤包括预热阶段，保温阶段,回流阶段,冷却阶段；回流阶段的峰值温度在230-250℃；回流焊接时间为30-60s。
5.根据权利要求4所述的FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺，其特征在于回流阶段的峰值温度在230-235℃；回流焊接时间为30-45s。
6.根据权利要求1所述的FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺，其特征在于所述S102步骤的无铅锡膏仅是印刷在FR-1纸质PCB的一侧表面。
7.一种适用于权利要求1所述的FR-1纸质PCB无铅SMT焊接工艺的专用隔热治具，其特征在于，包括治具本体（1），开于所述治具本体（1）中央的下沉式空腔（11）以及旋钮式夹具（12），其特征在于，所述下沉式空腔（11）的空腔底面（14）是整体密封结构。
8.根据权利要求6所述的专用隔热治具，其特征在于所述治具本体（1）采用合成石材料。
9.根据权利要求6所述的专用隔热治具，其特征在于所述下沉式空腔（11）能够正好容纳FR-1纸质PCB，其下沉形成的空腔侧壁（13）与FR-1纸质PCB的厚度相一致。
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