CN106211629A - 印刷电路板加工中进行高温焊接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：进行焊接前预处理；插针包括第一端和第二端；第一端的长度短于第二端；对插针的第一端去金、搪锡；插针安装；支撑、固定插针保护座；将插针的第二端插入插针保护座的插孔；PCB印刷版安装；将待焊接的PCB印刷版套装在插针的第一端处；使用固定组件将PCB印刷版与插针保护座固定；将插针第一端焊接于PCB印刷版之上；拆下插针保护座；印制板清洗。本发明通过试验选取特定焊锡焊接一端，采取常规焊锡焊接另一端，这种焊接方式在插针第二端去金搪锡时将不会对已焊接的一端产生影响，从而保证了插针焊接的可靠性。

Description

印刷电路板加工中进行高温焊接的方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板加工工艺，具体涉及一种印刷电路板加工中进行高温焊接的方法。

背景技术

随着电子行业的发展，当前印刷电路板已经广泛应用于国内外军工、航天等各领域，而其所承载的力学、电学和热学负荷则愈来愈重，对可靠性要求日益提高，但传统的Sn/Pb合金的抗蠕变性能差，不能满足近代电子工业对可靠性的要求。尤其是军工、航海、战备状态，井下作业、高温作业，对电子产品的高依赖性、对焊接可靠性提出了更高的要求，促使人们不断研发新的更可靠的焊料以及新的焊接方式。

现有技术是采用常规焊锡焊接，具体说来，就是由于长期储存的需要，印刷电路板的插针表面镀了一层金，在焊接时，需将镀金层去除后再进行焊接。常规的焊锡焊接是双向焊接，在一端焊接完成后，焊接另一端时，也需要对这端进行去金搪锡处理。如果第一端使用了常规焊锡膏焊接，则由于金属具有导热性，在对第二端进行去金搪锡时会导致已焊接完成的第一端焊锡融化，导致插针掉落或歪斜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种印刷电路板加工中进行高温焊接的方法。

本发明的技术方案如下：

一种印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，包括以下步骤：

步骤1、进行焊接前预处理；插针包括第一端和第二端；第一端的长度短于第二端；对插针的第一端去金、搪锡；

步骤2、插针安装；支撑、固定插针保护座；将插针的第二端插入插针保护座的插孔；

步骤3、PCB印刷版安装；将待焊接的PCB印刷版套装在插针的第一端处；

步骤4、使用固定组件将PCB印刷版与插针保护座固定；

步骤5、将插针第一端加锡并焊接于PCB印刷版之上；

步骤6、拆下插针保护座；

步骤7、印制板清洗；

步骤8、安装插针保护保护座；安装方法与所述步骤4相同。

其进一步的技术方案为，在对插针的第一端进行焊接时，通过对焊接对象的建模分析，选择焊膏种类；使用ANSYS软件进行建模；所述建模过程为：

步骤a、建立瞬态仿真模型；

步骤b、设置材料属性；

步骤c、模型网格划分；使用六面体网格和四面体网格混合划分的方式；

步骤d、仿真环境参数设置；分别对焊膏、印制板、铜插针、灌封胶的密度、比热和导热率进行设置；并根据室温环境，设置瞬态分析初始环境温度为25℃；根据单次焊接时间，设置瞬态时长为4s；根据搪锡温度，框选插针第二端的表面，施加温度载荷为220℃；

步骤e、仿真求解计算；求解0～4s时间内焊膏的温度变化曲线；得到插针第一端焊接时所使用的焊膏的最高温度值，则选取焊膏熔点温度大于此最高温度值的焊膏进行焊接。

其进一步的技术方案为，步骤1具体包括：

步骤11、用镊子垂直夹住插针本体；摄子尖端高温胶带包裹；

步骤12、使插针针脚与助焊剂平面成45～60度夹角；

步骤13、将插针针脚全部浸入助焊剂；

步骤14、拿出插针针脚，检查插针针脚是否已经沾满助焊剂；

步骤15、将沾满助焊剂的插针移到去金锡锅上方；

步骤16、使插针针脚与锡面成45～60度夹角；

步骤17、将插针针脚浸入锡面2～3秒；

步骤18、拿出插针，检查插针针脚，距针脚根部1mm外的针脚部分已经去除金层。

其进一步的技术方案为，，所述步骤2中，插针保护座包括一个插针固定板，在插针固定板之上设置有多个插针安装通孔；插针安装通孔的位置和数量与PCB印刷板上的插针的位置和数量一一对应；插针固定板两边还设置有固定孔。

其进一步的技术方案为，在所述步骤4和所述步骤8中，所述固定组件包括螺钉、螺帽、弹垫、平垫和塑胶介子；螺钉穿过PCB印刷版的固定孔，螺钉之上依次套入塑胶介子、弹垫、平垫；插针保护座套入螺钉之上、平垫的上方；且插针保护座中的插针与PCB印刷版中的插针孔一一对应；螺帽固定于插针保护座之上、螺钉末端。

其进一步的技术方案为，在所述步骤5中，进行插针焊接的烙铁温度为380℃±10℃。

其进一步的技术方案为，在所述步骤7中，清洗方法具体为：

步骤71、拆下插针保护座的PCB印刷版的焊接端，放入清洗槽，浸泡1～3分钟；

步骤72、用静电毛刷对PCB印刷版的焊接面进行刷洗，去除残留；

步骤73、再将PCB印刷版放入另一清洗槽，进行二次刷洗，刷洗动作与步骤72一致；

步骤74、清洗完成，使用气枪吹掉PCB印刷版上的残留液体。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过试验选取特定焊锡焊接一端，采取常规焊锡焊接另一端，这种焊接方式在插针第二端去金搪锡时将不会对已焊接的一端产生影响，从而保证了插针焊接的可靠性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是焊膏的温度变化曲线示意图。

图3是插针的示意图。

图4是插针安装于插针保护座的示意图。

图5是插针保护座与印刷版固定的示意图。

具体实施方式

图1是本发明的流程图。如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤1、进行焊接前预处理。图3为插针示意图。插针1包括第一针脚和第二针脚。第一针脚的长度短于第二针脚。对插针1的第一针脚去金、搪锡。

步骤1具体为：

步骤11、用镊子垂直夹住插针的本体。需要夹平稳，不可让插针掉到小锡锅中，为防止打滑，摄子尖端可用高温胶带包裹住。

步骤12、使插针的第一针脚与助焊剂平面成45°～60°夹角；

步骤13、将插针的第一针脚全部浸入助焊剂；

步骤14、拿出插针的第一针脚，检查插针的第一针脚是否已经沾满助焊剂；

步骤15、将沾满助焊剂的插针移到去金锡锅上方；

步骤16、使插针的第一针脚与锡面成45°～60°夹角；

步骤17、将插针的第一针脚浸入锡面2～3秒；

步骤18、拿出插针，检查插针的第一针脚，距针脚根部1mm外的针脚部分已经去除金层，即已经上锡，但插针本体无锡。

在对插针的第一端进行焊接时，通过对焊接对象的建模分析，选择焊膏种类；使用ANSYS软件进行建模；所述建模过程为：

步骤a、建立瞬态仿真模型。由于插针第一端与焊膏连接，故在此仿真中要求解对插针第二端进行搪锡时，插着第一端处焊膏的温度，只要求得插针与焊膏连接端的温度即可。由于此仿真的求解目标与焊膏本身属性没有多大关系，所以此处选用常见焊膏材料属性来进行求解。

步骤b、设置材料属性；

步骤c、创造有限元模型，并进行模型网格划分；为提高ANSYS软件对模型的网格划分精度和求解的准确度，对长针两圆弧端进行简化，使用六面体网格和四面体网格混合划分的方式；四面体网格能够很好的划分带有圆弧面的模型，具有较高的精度，六面体网格具有网格数量少，求解速度快的优点。

步骤d、仿真环境参数设置；分别对焊膏、印制板、铜插针、灌封胶的密度、比热和导热率进行设置；并根据室温环境，设置瞬态分析初始环境温度为25℃；根据单次焊接时间，设置瞬态时长为4s；根据搪锡温度，框选插针第二端的表面，施加温度载荷为220℃。具体的仿真材料参数数值设置见表1。

表1-1仿真材料参数

	密度(kg/m3)	比热(J/kg.℃)	导热率(w/m.k)
				焊膏	7300	220	62
印制板	1900	1300	0.35
				铜针	8933	385	11.8
灌封胶	1650	1700	0.75

步骤e、仿真求解计算；求解0～4s时间内焊膏的温度变化曲线；得到插针第一端焊接时所使用的焊膏的最高温度值，则选取焊膏熔点温度大于此最高温度值的焊膏进行焊接。在0～4s时间内焊膏的温度变化曲线如图2所示。

在图2中，靠上侧的曲线为最高温度，靠下侧的曲线为最低温度，在整个仿真过程中温度保持持续上升，在4s时达到最高。

则在此仿真结果中，插针连接端的焊膏有最高的温度为208.61℃，由此可见，只要在对插针第一端进行焊接时，选用的焊膏熔点温度大于208.61℃就是安全可靠的。由此仿真结论，我们需要选用熔点在208.61℃以上的焊膏，以确保在对插针第二端进行搪锡的过程中插针不会出现松动或脱落的现象。

步骤2、插针安装。

图4是插针安装于插针保护座的示意图。插针保护座2包括一个插针固定板，在插针固定板之上设置有多个插针安装通孔；插针安装通孔的位置和数量与PCB印刷板上的插针的位置和数量一一对应；插针固定板两边还设置有固定孔。

用双面胶固定专用铝块，使其刚好支撑住插针保护座2，且未挡住插针孔位置。将插针1的第二针脚插入插针保护座2的插孔，注意需要插到位，且不可以有少针、高低不平、插装反向的现象。

步骤3、PCB印刷版安装。将待焊接的PCB印刷版套装在插针的第一针脚处。

步骤4、将PCB印刷版与插针保护座固定。图5是插针保护座与印刷版固定的示意图。使用固定组件将PCB印刷版3与插针保护座2固定。固定组件包括螺钉、螺帽、弹垫、平垫和塑胶介子。螺钉穿过PCB印刷版3的固定孔，之后在螺钉之上依次套入塑胶介子5、弹垫、平垫，之后安装插针保护座2，最后使用螺帽4固定于螺钉末端。

在安装过程中，可先先在PCB印刷版3和插针保护座2中间放入塑胶介子5，用手同时拿住PCB印刷版3和插针保护座2，注意二者紧贴插针1，不可分离，以免插针掉落。使用2.5mm的内六角螺丝刀进行紧固，当螺钉透出PCB印刷版3的焊接面时，加装螺帽4进行固定。之后依同样方法，对另一边的螺钉进行安装。最后对两边螺钉松紧度进行调整，使PCB和插针保护座无变形，所有插针两端都接触良好。

步骤5、插针焊接。

首先进行焊接前自检：检查插针无少针、变形、长短不一现象，且与PCB印刷版和插针保护座之间接触良好，目视无缝隙。

之后将烙铁温度设备为380℃±10℃范围内，同时使用温度测试仪测试温度符合要求范围。

使用SN95Sb5型号焊锡丝，给所有PCB印刷版上的插针进行加锡焊接；焊点外观要求符合IPC-610三级标准。

步骤6、拆下插针保护座。焊接完成自检合格后，使用2.5mm内六角螺丝刀，拆下固定螺钉，取下插针保护座。检查插针无变形，元件面透锡达100％要求

步骤7、印制板清洗。

清洗方法具体为：

拆下插针保护座的PCBA焊接端，放入清洗槽，浸泡1～3分钟；

用静电毛刷对PCBA焊接面进行刷洗，去除残留；

再将PCBA放入另一清洗槽进行二次刷洗，刷洗动作与第一次一致。

清洗完成后，使用气枪吹掉PCBA上残留液体。

注意在清洗过程中，不要碰撞到正面的插针，防止造成插针变形。

8、安装安装插针保护保护座；安装方法与所述步骤4相同。

本发明的目的是为了解决二端搪锡焊接时对一端造成的影响，所以是围绕一端焊接工艺进行了详细的阐述，而二端去金搪锡为常规工艺，所以并未过多提及，而本文的重点还是在于解决一端焊接工艺。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、进行焊接前预处理；插针包括第一端和第二端；第一端的长度短于第二端；对插针的第一端去金、搪锡；

步骤2、插针安装；支撑、固定插针保护座；将插针的第二端插入插针保护座的插孔；

步骤3、PCB印刷版安装；将待焊接的PCB印刷版套装在插针的第一端处；

步骤4、使用固定组件将PCB印刷版与插针保护座固定；

步骤5、将插针第一端加锡并焊接于PCB印刷版之上；

步骤6、拆下插针保护座；

步骤7、印制板清洗；

步骤8、安装插针保护保护座；安装方法与所述步骤4相同。

2.如权利要求1所述的印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，在对插针的第一端进行焊接时，通过对焊接对象的建模分析，选择焊膏种类；使用ANSYS软件进行建模；所述建模过程为：

步骤a、建立瞬态仿真模型；

步骤b、设置材料属性；

步骤c、模型网格划分；使用六面体网格和四面体网格混合划分的方式；

步骤d、仿真环境参数设置；分别对焊膏、印制板、铜插针、灌封胶的密度、比热和导热率进行设置；并根据室温环境，设置瞬态分析初始环境温度为25℃；根据单次焊接时间，设置瞬态时长为4s；根据搪锡温度，框选插针第二端的表面，施加温度载荷为220℃；

步骤e、仿真求解计算；求解0～4s时间内焊膏的温度变化曲线；得到插针第一端焊接时所使用的焊膏的最高温度值，则选取焊膏熔点温度大于此最高温度值的焊膏进行焊接。

3.如权利要求1所述的印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤11、用镊子垂直夹住插针本体；摄子尖端高温胶带包裹；

步骤12、使插针针脚与助焊剂平面成45～60度夹角；

步骤13、将插针针脚全部浸入助焊剂；

步骤14、拿出插针针脚，检查插针针脚是否已经沾满助焊剂；

步骤15、将沾满助焊剂的插针移到去金锡锅上方；

步骤16、使插针针脚与锡面成45～60度夹角；

步骤17、将插针针脚浸入锡面2～3秒；

步骤18、拿出插针，检查插针针脚，距针脚根部1mm外的针脚部分已经去除金层。

4.如权利要求1所述的印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，所述步骤2中，插针保护座包括一个插针固定板，在插针固定板之上设置有多个插针安装通孔；插针安装通孔的位置和数量与PCB印刷板上的插针的位置和数量一一对应；插针固定板两边还设置有固定孔。

5.如权利要求1所述的印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，在所述步骤4和所述步骤8中，所述固定组件包括螺钉、螺帽、弹垫、平垫和塑胶介子；螺钉穿过PCB印刷版的固定孔，螺钉之上依次套入塑胶介子、弹垫、平垫；插针保护座套入螺钉之上、平垫的上方；且插针保护座中的插针与PCB印刷版中的插针孔一一对应；螺帽固定于插针保护座之上、螺钉末端。

6.如权利要求1所述的印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，在所述步骤5中，进行插针焊接的烙铁温度为380℃±10℃。

7.如权利要求1所述的印刷电路板加工中进行高温焊接的方法，其特征在于，在所述步骤7中，清洗方法具体为：

步骤71、拆下插针保护座的PCB印刷版的焊接端，放入清洗槽，浸泡1～3分钟；

步骤72、用静电毛刷对PCB印刷版的焊接面进行刷洗，去除残留；

步骤73、再将PCB印刷版放入另一清洗槽，进行二次刷洗，刷洗动作与步骤72一致；

步骤74、清洗完成，使用气枪吹掉PCB印刷版上的残留液体。