一种电路板焊接元件的方法
技术领域
本发明涉及电路板生产工艺,特别涉及一种电路板焊接元件的方法。
背景技术
电路板是电子元器件的承载体以及电子元器件之间的连接提供者,在所有涉及电子电路的领域,基本上全部都需要应用到电路板,根据种类的不同,电路板又可分为覆铜板、铝基板、陶瓷电路板等。
目前,授权公告号为CN106413282B的中国发明专利公开了一种电子线路板的局部波峰焊工艺,包括以下步骤,提供焊接面分隔为表面贴装器件区域和插件区域的待焊电子线路板;将待焊电子线路板送入到涂覆有助焊剂的装置内,并限制助焊剂的喷涂范围,使得助焊剂只对电子线路板的插件区域进行清洗,然后对电子线路板上喷涂有助焊剂的区域进行清洗;喷涂清洗后的电子线路板送入到预热器中,60-90°C下,预热100-200s;将预热后的电子线路板送入到波峰焊料槽进行部分遮挡,来限制波峰焊的焊接范围,使得波峰焊只对电子线路板的插件区域进行焊接;将焊接好的电子线路板进行冷却,清洗处理。
对于PCB覆铜电路板来说,主要分类有纯插件类的、纯贴片类的,以及贴片和插件同时存在的混合电路板这三种大类,因波峰焊的形式是先将锡通电熔化,然后对锡液施加波频,使其产生波纹震荡,随后电路板在向前运动的过程中,当电路板经过锡液所在位置时,位于波峰处的锡液会与电路板下表面产生接触,渗入焊接孔内,进而对插件与电路板进行焊接。
波峰焊的形式限制了其只能对电路板的下表面进行上锡,而在上锡的过程中,若锡液直接与贴片元件接触,高温会重新熔化贴片元件与电路板相连处的焊锡,导致电路板损坏,因此波峰焊的方式只能对插件进行焊接,并且只能是对贴片元件和插件元件处于同一侧的电路板进行焊接,因此波峰焊的应用具有极大限制,若想完成这类电路板的加工,少不了要人工进行焊接作业,而人工焊接操作繁琐,生产效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种电路板焊接元件的方法,能够实现贴片和插件同时存在,并且双面均含元件的电路板的焊接需求,从而达到提高电路板生产效率的目的。。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种电路板焊接元件的方法,包括以下步骤:
S1 刷锡,对覆铜电路板上的焊接点位涂刷锡膏;
S2 贴片或插件,按照各元器件的分布,依次将贴片元件或插件元件放置到电路板上对应的焊点位置,并使元器件与锡膏充分接触;
S3 放模定位,将贴装或插设好电子元器件的电路板放置到A型焊接治具或B型焊接治具上,借焊接治具对电路板上的元器件进行定位,同时使电路板保持水平,防止元器件脱落;
S4 加热焊接,将电路板放入回流焊机内进行加热,使锡膏熔化回流,并聚集到焊点处将元件与电路板进行固定;
S5 检测包装,对焊接好的电路板进行检测、补焊,确保元器件对位准确,元器件针脚与焊接点之间接触充分、焊点饱满,检测无误后将电路板封装隔尘。
通过采用上述方案,一般厂家生产的锡膏中都混有助焊剂,而采用涂刷的方式使得这些锡膏只会附着在焊接点上,不像波峰焊那样是将助焊剂喷涂在整个电路板上的,同时锡膏中混有的助焊剂又会在焊接过程中自然挥发,这样就省去了焊接完成后需要清洗电路板这一步骤;同时,回流焊是直接对电路板进行加热的,并且还能够对电路板的两面同时加热,因此这种工艺能够同时将贴片元件和插件元件一起放到电路板上同步进行焊接,这样的工艺相比起波峰焊需要分步骤、分先后进行焊接的操作过程来说又省去了很多工序,因此能够缩短电路板的加工时间,极大提高电路板的生产效率;与此同时,采用波峰焊方法加工双面均有插件和贴片的电路板,至少需要经过一次回流焊对贴片进行焊接,回流焊后还要至少再经历一次波峰焊和一次手工焊才能完成整个电路板的加工,而这种回流焊工艺则完全不需要重复这么多次焊接作业,因此这种工艺的生产效率自然就高一些;并且还由于波峰焊机路径长,同时需要持续加热让锡保持液态,因此其耗电功率也大,但是本工艺整个过程都集中在回流焊机上,回流焊机不需要像波峰焊机那样要对整个传送路径都保持高热,加工工序也比采用波峰焊工艺少,这样整个加工过程的耗电功率就少,因此这种工艺还能够大大减少生产成本。
本发明的进一步设置为:所述A型焊接治具包括基板、多个安装于基板边角处且沿基板的周向依次排列的定位块,所述基板上开设有用于供热风通过后对电路板进行加热的热烘口,且所述定位块之间围绕形成有用于供电路板放入的定位腔。
电路板若直接放置在回流焊机的钢网带上,容易在传送过程中被插件的针脚顶起,而出现倾斜现象,这样在锡膏加热熔化的过程中就可能在重力的作用下沿板面溢流,造成元件漏焊,通过采用上述方案,基板作为模具的承载主体,定位块用于对电路板形成阻挡,防止其在模具上产生偏移,而热烘口则供热风通过,这样热风能够对电路板的上下两面同时进行加热,减轻因电路板两面受热不均匀而产生弯曲的现象,同时模具能够对电路板形成支撑,使其板面能够保持水平状态,这样锡膏在熔化后能够在自身张力的作用下向着贴片元件的引脚或插件元件针脚所在的焊接孔内聚集,减少漏焊现象,从而达到提高电路板焊接质量的目的。
本发明的进一步设置为:所述基板的厚度大于电路板上插件元件针脚的长度,且彼此相对的两个定位块之间的距离大于电路板的宽度。
回流焊是将承载有电路板的模具放到钢网带上,再随着钢网带的回转逐渐前进的,在这个过程中,若电路板上的元件与钢网产生剐蹭,会导致元件偏移甚至脱落,造成电路板加工缺陷,通过采用上述方案,将基板的厚度设置为大于贴片元件厚度后,这样当电路板放到钢网带上后,能够保证电路板与钢网带不产生接触,这样在电路板向前传送的过程中就不容易造成元件偏移,从而使得电路板的成型质量更高。
本发明的进一步设置为:所述基板与定位块上贯穿有同一根焊丝,焊丝的两端折弯贴靠于基板和定位块上后再以同种材质的焊丝将其焊接在基板和定位块上。
基板可以与电路板采用相同的材料制造,当基板采用PCB板材制造时,其会随着使用次数的增加而逐渐变形,当基板的变形幅度达到一定程度,就需要做报废处理,通过采用上述方案,先用焊丝穿透基本和定位块,然后折弯贴靠后再焊接固定,能够在基板热胀冷缩产生变形时更好得对基板进行限制,增加基板各层板体之间的连接牢固度,并且采用与同种材质的焊丝进行焊接,则能够提高焊丝的定型强度,使得焊丝能够更好地保持对基板和定位块之间的预紧力,使得基板受热时的变形幅度更小,从而使得整个焊接治具能够拥有更长的使用寿命。
本发明的进一步设置为:所述定位块为螺丝,定位块通过螺纹配合的方式安装于基板上。
对于定位块来说,其主要是用来对电路板形成阻挡,防止其在基板上产生偏移,故其只要能够与基板相对固定,连接方式可以有多种多样,通过采用上述方案,螺纹连接的方式加工简单,连接后强度高,并且还可以根据电路板的尺寸进行更换,而定位块的螺帽尺寸的改变,又会改变定位腔的大小,从而使得同一块基板能够适应更多尺寸规格电路板的承载要求。
本发明的进一步设置为:所述B型焊接治具包括基板、开设于基板上且用于供热风通过后对电路板进行加热的热烘口、多个固定于基板上且围绕热烘口分布的针座,所述针座分为与电路板上的插件相配合的插脚针座以及用于对电路板进行定位的定位针座,且定位针座上套插有剪去针脚的插件外壳。
当电路板上的插件安装在背对贴片元件的一侧时,因为插件厚度通常较大,基板的厚度很难做到比插件更厚,这样就难以用A型焊接治具进行承载,通过采用上述方案,B型焊接治具上的针座之间形状、结构、尺寸都是一样的,插脚针座用于与电路板上的插件形成套合,由于插件本身具有厚度,插脚针座与插件形成套合后会造成定位针座与电路板之间会留下空隙,这样电路板可能会产生倾斜,进而对插件的针脚施加弯曲力,这样可能会导致插件与电路板之间焊接不充分,而在定位针座上设置剪去针脚的插件之后,插件外壳能够对定位针座与电路板之间的缝隙进行填补,使得定位针座也能够对电路板形成支撑,让电路板整体处于更加接近水平的状态,这样电路板就不容易对插件产生弯曲作用,从而使得锡膏在回流焊的过程中能够更好地流入焊接孔内对插件与电路板进行焊接固定。
本发明的进一步设置为:在选择焊接治具之前,需要根据电子元器件在电路板正、反面上的分布情况对进厂的电路板进行分类,具体分类判断方法为:
a.需要用A型焊接治具同时只进行一次回流焊作业的情况:无预装贴片同时只做单面贴片的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时只做正面插件的电路板、单面预装贴片同时需要对正面进行插件的电路板、单面预装贴片同时需要对另一面进行贴片或插件的电路板;
b.需要用A型焊接治具同时需要进行两次回流焊作业的情况:无预装贴片同时只做双面贴片的电路板、无预装贴片需要双面贴片同时只做单面插件的电路板;
c.需要用B型焊接治具同时只进行一次回流焊作业的情况:无预装贴片同时只做双面插件的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时反面插件的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时双面插件的电路板、单面预装贴片同时双面插件的电路板、单面预装贴片同时反面插件的电路板、双面预装贴片同时双面插件的电路板;
d.需要用B型焊接治具同时需要进行两次回流焊作业的情况:无预装贴片需要双面贴片同时双面插件的电路板。
不同功用的电路板其加工工艺是不同的,需要在加工过程中对工艺进行调整。对于贴片元件来说,其在焊接之前,只是借助锡膏的粘性附着在电路板的焊接点位上的,实际定位不牢固,稍微一碰,就会产生偏移,因此贴片在焊接固定之前不能用任何物体去碰触,更加不能倒放,否则贴片就很容易在重力作用下发生掉落,因此对于双面贴片的电路板来说,必须先对其中一面上的贴片进行焊接固定,才能继续贴装另一面;而焊接治具的选择区别则主要在于是否有插件,且插件与贴片是否处于同一面,插件与贴片位于同一面的,用A型焊接治具即可,而双面均有插件的,则必须用B型焊接治具,否则元器件无以支撑会造成焊接质量差的问题,通过采用上述方案,将不同类型的电路板进行分类之后采用不同的工艺进行加工,能够使得这些电路板的加工工艺更具有针对性,使得这种工艺能够适用于各类电路板的生产加工,从而达到提高这种工艺适用性的目的。
本发明的进一步设置为:类型a和类型c电路板的加工过程按照步骤S1到S5进行,而类型b和类型d的加工过程需重复步骤S1到步骤S4的过程,具体加工方法为:首先按照步骤S1的方法在电路板上涂刷锡膏,然后按照步骤S2的方法先对电路板的单面进行贴片,贴片完成后,以A型或B型焊接治具承载进行回流焊,先对电路板上的这部分贴片元件进行焊接固定,然后对电路板的反面重新进行涂刷锡膏,之后再将贴片元件或插件元件安装到电路板上,以A型或B型焊接治具承载后进行回流焊,待电路板冷却后得到成品电路板。
通过采用上述方案,不管是哪种电路板,都可以在这种工艺的基础上实现加工,并且无论电子元器件的分布有多复杂,在这种工艺的基础上都至多只需要经过两次回流焊即可将所有元件安装固定,这样既能够保证电路板持续生产时的生产效率,同时也能够减少电路板的加热次数,减小高温对电路板造成的损伤,使电路板具有更高的使用寿命。
本发明的进一步设置为:所述类型b和类型d的电路板在二次刷锡时,需刷在电路板未曾安装贴片一侧的表面上。
电路板上锡的主流方式是采用钢网印刷,而安装了贴片元件的一面由于有了贴片元件的存在,使得电路板的表面凹凸不平,这样钢网就无法与电路板的表面相贴合,也就难以均匀印刷锡膏,通过采用上述方案,电路板未曾安装贴片的一面是相对平整的,这样如果想要采用钢网印刷,那钢网能够较好地与电路板进行贴合,这样在刷锡膏的时候,锡膏就不容易产生溢散,从而使电路板能够更好地进行上锡。
本发明的进一步设置为:凡是需要进行插件的电路板,其插件元件在安装后与电路板的板面之间至少需要间隔0.5mm。
所有物体内部都具有相互吸引的作用力,就像水滴到一个平面上,会自动聚集成水珠一样,锡膏被熔化变成锡液后,也会在自身分子间作用力的作用下向中心聚集,同时由于孔隙具有毛细效应,液体会向着缝隙处渗入,也就是会向插件的针脚与电路板上焊接孔之间的缝隙处聚集,而这些插脚又是在插件于电路板上的投影面积内的,如果插件与电路板之间的距离过小,甚至完全与电路板相贴合,那么锡液在向内收缩时就会被插件所阻挡,进而导致插件出现漏焊的情况,通过采用上述方案,让插件与电路板隔开后,能够使插件和电路板之间形成供锡液流动的间隙,使得锡液在加热熔化后能够顺利聚集向焊接孔,从而使得插件的针脚能够与电路板充分焊牢。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1.这种工艺能够将贴片元件和插件元件同时安装到电路板上,并同步进行焊接,相比起波峰焊的方式能够减少大量加工步骤,并减少人工参与程度,因此能够极大提高电路板的生产效率;
2.不同种类的电路板采用不同的焊接治具进行承载,并针对性调整加工工序,使得这种工艺能够在同一台回流焊机上实现全系列电路板的加工,因此这种工艺能够在增加回流焊机通用性的同时,减少设备的投入成本,故而具有极大的生产应用价值;
3.针对需要双面贴片和插件的电路板来说,这种工艺相比起波峰焊至多只需要进行两次回流焊操作就能获得成品电路板,其整个工艺过程功率消耗小,环境污染轻,能够减少电力消耗和碳排放,因此具有极大工业应用价值。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图;
图2是本发明A型焊接治具的结构示意图;
图3是本发明A型焊接治具另一形式的结构示意图;
图4是本发明B型焊接治具的结构示意图;
图5是本发明所加工的电路板样品图(双面均有贴片和插件)。
图中:1、基板;2、热烘口;3、定位块;31、定位腔;4、焊丝;5、针座;6、电路板;7、贴片元件;8、插件元件;9、插件外壳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,一种电路板焊接元件的方法,主要包含以下步骤:
S1 PCB覆铜电路板根据出厂规格的不同,分为带有预装贴片的预装板和无任何元器件的空板这两种,针对预装板和空板所采用的工艺有所不同,因此电路板进厂后需要先进行分类,分类所依据的标准是电路板上是否已经预装贴片,有预装的话是单面预装还是双面预装,若无预装贴片的话是否需要双面贴片,以及是否需要双面插件这几种情况,具体细分后,目前广泛应用的主流电路板主要有以下几种:
无预装贴片同时只做单面贴片的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时只做正面插件的电路板、单面预装贴片同时需要对正面进行插件的电路板、单面预装贴片同时需要对另一面进行贴片或插件的电路板、无预装贴片同时只做双面贴片的电路板、无预装贴片需要双面贴片同时只做单面插件的电路板、无预装贴片同时只做双面插件的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时反面插件的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时双面插件的电路板、单面预装贴片同时双面插件的电路板、单面预装贴片同时反面插件的电路板、双面预装贴片同时双面插件的电路板、无预装贴片需要双面贴片同时双面插件的电路板。
在上述分类中,所谓正面的概念,是指电路板上预装贴片的那一面,或者需要安装贴片的那一面。同时在将电路板分类好后,采用钢网印刷或点胶涂刷的方式对覆铜电路板上的焊接点位涂刷锡膏。
S2 贴片或插件,按照各元器件的分布,依次将贴片元件或插件元件放置到电路板上对应的焊点位置,并使元器件与锡膏充分接触,并且在安装插件元件的任何步骤中,都必须保证插件元件与电路板之间的间隔在0.5mm以上,以便锡膏熔化后能够经由这个间隙聚集向元件与电路板的接触部位。
S3 放模定位,将贴装或插设好电子元器件的电路板放置到A型焊接治具或B型焊接治具上,借焊接治具对电路板上的元器件进行定位,同时保证电路板处于水平状态,以防止元器件偏移或脱落。
如图2所示,A型焊接治具包括基板1、定位块3,基板1的材质可以选择与电路板6的主体材质相同的材料制造,在制造时可以采用单层加厚,或者多层板体相互叠加的方式增加基板1的厚度,使得基板1的厚度大于插件元件8的针脚穿过电路板6后所暴露出的长度,进而保证回流焊时元器件与钢网带不产生接触;在基板1上根据加工需求开设热烘口2,热烘口2的尺寸必须小于电路板6的尺寸,这样电路板6放于基板1上后不会直接掉下去,同时当电路板6进入回流焊机内时,热风也能够通过热烘口2对电路板6的底面进行加热,使电路板6双面受热均匀,减少电路板6两面热胀冷缩程度不同而出现弯曲现象。
定位块3的材质与基板1相同,其沿热烘口2的周向依次环绕排列,此时定位块3之间形成供电路板6放入的定位腔31。在固定时,先以焊丝4同时穿透定位块3和基板1,然后将焊丝4的两端折弯紧贴于基板1和定位块3上,再用同种材质的焊丝4将其与基板1以及定位块3进行焊接固定,这样能够增强定位块3与基板1之间的连接牢固度。
在安装好后,定位块3会在基板1上围绕热烘口2成对分布,此时需要保证彼此相对的两个定位块3之间的距离大于电路板6的宽度,这样即使基板1因长期使用出现收缩情况,后续再次使用时,也能保证电路板6能够放入定位腔31内。
如图3所示,基板1还可以是金属或其他任何耐高温的材料,基板1上的热烘口2数量也可根据加工需要进行调整,而定位块3也可以是采用螺纹安装于基板1上的螺钉的形式。对于定位块3来说,只要能够在加工时对电路板6起到定位作用的,任何形式都可以,焊丝固定以及螺纹安装的方式仅是其中两种,其余任何起到类似作用的形式都是对本方案的扩充。
如图4所示,B型焊接治具包括基板1、热烘口2、针座5,基板1与A型焊接治具的材质相同;热烘口2开设于基板1上;针座5固定于基板1上,且针座5之间围绕热烘口2依次排列;在实际使用过程中,需要根据电路板6上插件的安装位置,将针座5进行分类,与电路板6上插件正对的针座5称为插脚针座5,主要用于与电路板6上插件元件8的针脚形成插接配合;而与电路板6上插件错开的针座5则称为定位针座5,且在定位针座5上套插有剪去针脚的插件外壳9,这样使得所有针座5的厚度大致相等,使电路板6安装到焊接治具上后大致处于水平状态,从而让电路板6能够更好地进行焊接。
S4 不管何种类型的电路板,都可以采用这种工艺进行焊接,焊接时是将电路板放入回流焊机内进行加热,使锡膏熔化,并回流聚集到焊点处将元件与电路板进行固定的。
值得注意的是,在加工的过程中,需要根据电路板的类型对工艺进行调整,并且针对不同类型的电路板也需要用到不同的焊接治具。对于A型焊接治具来说,主要针对无倒放元件的电路板,而B型焊接治具则针对那种需要在背面安装插件的电路板,以使用的焊接治具不同对上述所列电路板进行分类后,大致得出以下几种:
a.需要用A型焊接治具同时只进行一次回流焊作业的情况:无预装贴片同时只做单面贴片的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时只做正面插件的电路板、单面预装贴片同时需要对正面进行插件的电路板、单面预装贴片同时需要对另一面进行贴片或插件的电路板。
b.需要用A型焊接治具同时需要进行两次回流焊作业的情况:无预装贴片同时只做双面贴片的电路板、无预装贴片需要双面贴片同时只做单面插件的电路板。
c.需要用B型焊接治具同时只进行一次回流焊作业的情况:无预装贴片同时只做双面插件的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时反面插件的电路板、无预装贴片需要单面贴片同时双面插件的电路板、单面预装贴片同时双面插件的电路板、单面预装贴片同时反面插件的电路板、双面预装贴片同时双面插件的电路板。
d.需要用B型焊接治具同时需要进行两次回流焊作业的情况:无预装贴片需要双面贴片同时双面插件的电路板。
对于a类型和c类型来说, 因为只有单面存在贴片,回流焊时让有贴片元件的一面朝上即可,即使背面有插件元件,也可以由B型焊接治具进行承载,故而不需要二次焊接,因此按照步骤S1到步骤S4的工艺进行加工即可,而对于b类型和d类型来说,由于双面均有贴片元件,贴片元件在焊牢之前不能受任何碰触,倒放也存在掉落的可能,因此需要先对其中一面的贴片元件进行焊接后再装另一面的贴片元件,故而需要重复步骤S1到S4的过程,具体加工方法如下:
首先按照步骤S1的方法在电路板上涂刷锡膏,然后按照步骤S2的方法先对电路板的单面进行贴片,贴片完成后,以A型或B型焊接治具承载电路板进行回流焊,先对电路板上的这部分贴片元件进行焊接固定,然后对电路板无贴片的一面重新进行涂刷锡膏,之后再将贴片元件或插件元件安装到电路板上,以A型或B型焊接治具重新承载并进行回流焊,待电路板冷却后得到成品电路板(见图5)。
S5 检测包装,焊接好的电路板都需要进行检测,若有漏焊,还需要进行补焊,确保每块电路板上的元器件都对位准确,同时保证元器件针脚与焊接点之间接触充分、焊点饱满,检测无误后将电路板封装隔尘即可出厂。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。