CN112752422A - 一种通孔回流焊器件钢网开口方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

一种通孔回流焊器件钢网开口方法及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通孔回流焊器件钢网开口方法，包括：根据预先建立的通孔回流焊器件焊接模型计算焊接时理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量；根据理论所需锡膏量结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度计算钢网理论开口面积；根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案。本发明能够在焊接前精确地计算出通孔回流焊所需锡膏量，结合器件模型或器件图纸设计钢网开口方案。此外，在钢网局部加厚不可行时，预警开口失败并告知需要补充的焊锡量。本发明还通过插件孔印锡填充率计算公式及焊接模型，精准地指导通孔回流焊器件选型及印刷电路板厚度、插件孔及焊盘设计，从而获得最大的生产良率。

Description

一种通孔回流焊器件钢网开口方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明属于印制电路板装配领域，具体涉及一种通孔回流焊器件钢网开口方法及计算机可读存储介质。
背景技术
随着电子产品集成化程度的不断提高，印制板装配周期越来越短，传统波峰焊逐渐被通孔回流焊技术所替代。采用通孔回流焊不但可以缩短电子产品生产周期，还可以采用引脚间距更小的器件。相比于波峰焊器件引脚间距≤2mm时很容易产生连锡的问题，采用通孔回流焊，即使器件间距≤1.0mm都不易连锡，通孔回流焊不但可以改善密间距插件器件连锡，消除维修作业，还可以节省波峰焊制程所需的一切治具。
焊接工艺发生改变后，应用通孔回流焊焊接时不能提前确定实际所需焊锡量，且钢网开口无法参照器件模型或器件图纸进行设计，钢网开口容易接触器件本体支撑块Standoff，因此很容易出现少锡、多锡、锡珠等不良现象，给通孔回流焊器件钢网开口造成很大困扰。
因此，在采用通孔回流焊技术时，如何设计合理的钢网开口，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种通孔回流焊器件钢网开口方法及计算机可读存储介质。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种通孔回流焊器件钢网开口方法，包括：
根据预先建立的通孔回流焊器件焊接模型计算焊接时理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量；
根据所述理论所需锡膏量结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度计算钢网理论开口面积；
根据所述钢网理论开口面积确定钢网开口方案。
在一个具体实施方式中，焊接时理论所需锡膏量V为：
V＝(S0-S1)×T×α+2×α×π×(Rw 2+Rp 2+Rw×Rp)×(Rw-Rp)/3-2×α×π×Rp 2×(Rw-Rp)；
其中，S0为插件孔横截面积，S1为器件引脚横截面积，T为实际印制板厚度，Rw为焊盘最外端半径，Rp为器件引脚半径或引脚横截面边长的一半，α为焊锡转换为锡膏的转换系数。
在一个具体实施方式中，钢网理论开口面积为：
S＝(V-Tx×T×S0)/t；
其中，V为理论所需锡膏量，TX为插件孔印锡填充率，T为实际印制板厚度，S0为插件孔横截面积，t为基础钢网厚度。
在一个具体实施方式中，插件孔印锡填充率为：
TX＝(T0/T)×[(d/d0)2]；
其中，T0为基准印制板厚度，T为实际印制板厚度，d为实际印制板插件孔直径，d0为基准印制板的基准插件孔直径。
在一个具体实施方式中，根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案，包括：
判断所述钢网理论开口面积S小于或等于插件孔焊盘外切矩形面积P时，设计钢网开口面积等于P，以确保插件孔顶部焊盘完全被焊锡润湿。
在一个具体实施方式中，根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案，包括：
判断所述钢网理论开口面积S大于插件孔焊盘外切矩形面积P时，设计钢网开口按焊盘外切矩形扩大至S，且确保钢网开口间距≥预设间距一，且钢网开口距离器件本体支撑块Standoff≥预设间距二。
在一个具体实施方式中，根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案，包括：
若钢网开口按焊盘外切矩形扩大至S时，不满足钢网开口间距≥预设间距一或不满足钢网开口距离器件本体支撑块Standoff≥预设间距二，则钢网开口调整为理论最大开口面积Smax，钢网局部加厚预设厚度；
计算钢网局部加厚时可印刷的锡膏量；
将该可印刷的锡膏量与理论所需锡膏量V比较，若可印刷锡膏量≥V且钢网开口面积比＞预设面积比，则按理论所需锡膏量V调整钢网开口大小；若可印刷锡膏量＜V或钢网开口面积比≤预设面积比，则预警钢网开口失败，提示采用其他推荐方案，并告知需要补充的焊锡量。
在一个具体实施方式中，所述预设间距一为0.2～0.35mm；所述预设间距二为0.1～0.3mm；所述预设厚度为0.3t～0.6t。
在一个具体实施方式中，推荐插件孔与器件引脚单边匹配间隙Rh-Rp为0.075～0.15mm，焊盘宽度Rw-Rh为0.15～0.3mm；印制板厚度T为1.2～1.6mm，插件孔直径d为1.0～1.3mm。
本发明同时提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的有益效果：
1、本发明的钢网开口方法通过建立通孔回流焊器件焊接模型，能够在焊接前精准的计算出通孔回流焊理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量，最终结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度等数据设计出适合通孔回流焊器件的钢网开口。
2、本发明的钢网开口方法能够在印制板装配之前就可判断钢网开口方案的可行性，当钢网局部加厚都无法满足要求时，及时指出生产制程存在的风险，预警开口失败，提示采用其他推荐方案，并告知需要补充的焊锡量。
3、本发明还通过试验设计、相关回归分析等方法科学的推导出插件孔印锡填充率与印制板厚度及插件孔直径的关系式，结合通孔回流焊焊接模型，能够精准的指导通孔回流焊器件选型、印刷电路板设计，从而获得最大的生产良率。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种通孔回流焊器件钢网开口方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的通孔回流焊焊接模型示意图；
图3是本发明实施例提供的钢网开口示意图；
图4是本发明实施例提供的通孔回流焊器件钢网开口方法具体方案流程示意图；
图5是本发明实施例提供的计算机设备模块示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种通孔回流焊器件钢网开口方法流程示意图，包括：
步骤一、预先建立通孔回流焊器件焊接模型，计算焊接时理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为锡膏量；
一般的，焊接模型以软件的形式进行存储，在焊接前需要获取相关的通孔回流焊插件孔大小、焊盘大小、器件引脚横截面积、印制板厚度、器件模型或器件图纸，通过焊接模型计算理论所需焊锡量。另外，由于焊接所用的焊锡是锡膏熔化所得，因此需要转换为理论所需锡膏量。
优选的，焊接时理论所需锡膏量V为：
V＝(S0-S1)×T×α+2×α×π×(Rw 2+Rp 2+Rw×Rp)×(Rw-Rp)/3-2×α×π×Rp 2×(Rw-Rp)；
其中，S0为插件孔横截面积，S1为器件引脚横截面积，T为实际印制板厚度，Rw为焊盘最外端半径，Rp为器件引脚半径或引脚横截面边长的一半(方形引脚按圆形计算)，α为焊锡转换为锡膏的转换系数。
本实施例在计算焊锡体积时，请参见图2-图3，在焊接时，理论焊锡填充主要包括，器件引脚插入孔后周围的填充空间和印制板上下焊盘的填充空间。
其中，插件孔与器件引脚之间形成的空间体积为(S0-S1)×T；印制板顶部及底部焊盘与引脚润湿按45°润湿角计算，则顶部及底部焊盘上理论所需焊锡总体积＝2×π×(Rw 2+Rp 2+Rw×Rp)×(Rw-Rp)/3-2×π×Rp 2×(Rw-Rp)。
值得一提的是，本实施例考虑到锡膏熔化后转化为焊锡的体积变化，本实施例中，通过试验记录得出锡膏熔化后转化为焊锡后，体积约为原来的0.4～0.5倍，即焊锡转换成锡膏，体积是焊锡体积的2.5倍，则转换系数α＝2～2.5。优选的α＝2.5。
本发明的通孔回流焊器件钢网开口方法通过建立通孔回流焊器件焊接模型，能够在焊接前准确的计算通孔回流焊理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量。
步骤二、根据所述理论所需锡膏量结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度计算钢网理论开口面积；
在一个具体实施方式中，钢网理论开口面积为：
S＝(V-Tx×T×S0)/t；
其中，V为理论所需锡膏量，TX为插件孔印锡填充率，T为实际印制板厚度，S0为插件孔横截面积，t为基础钢网厚度。
在本实施例中，插件孔印锡填充率为：
TX＝(T0/T)×[(d/d0)2]；
其中，T0为基准印制板厚度，T为实际印制板厚度，d为实际印制板插件孔直径，d0为基准印制板的基准插件孔直径。
需要说明的是，本申请的钢网理论开口面积考虑了插件孔印锡填充率这一参数并能够精准确定，这在现有设计中是完全不同的，即锡膏印刷后插件孔里就会被填充一定量的锡膏，因此在进行计算时应该减去这一部分锡膏量，即采用本申请的计算公式Tx×T×S0进行计算该部分的锡膏量。本实施例在计算插件孔印锡填充率时，采用的基准印制板厚度T0＝1.6mm，基准印制板基准插件孔直径d0＝1.143mm(0.045英寸)，即在使用基准印制板厚度、基准插件孔直径的条件下，采用正常的锡膏印刷参数时，插件孔内可以稳定的填满锡膏，即100％填充。Tx计算公式通过试验设计及相关回归分析推导得出，科学可靠。
步骤三、根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案。
具体的，请参见图4，可以分以下情况进行设计；
情况一、判断所述钢网理论开口面积S小于或等于插件孔焊盘外切矩形面积P时，设计钢网开口面积等于插件孔焊盘外切矩形面积P，以确保插件孔顶部焊盘完全被焊锡润湿。这种情况可以认为是理论计算的面积S是不足以使焊锡完全润湿顶部焊盘，因此以插件孔焊盘外切矩形面积P进行设计，从而确保顶部焊盘完全被焊锡润湿。
本发明的钢网开口方法能够在印制板装配之前就可判断钢网开口方案的可行性，当钢网局部加厚都无法满足设计要求时，及时指出生产制程存在的风险，预警开口失败，提示采用其他推荐方案，并告知需要补充的焊锡量。
情况二、判断所述钢网理论开口面积S大于插件孔焊盘外切矩形面积P时，设计钢网开口按焊盘外切矩形扩大至S，且确保钢网开口间距≥预设间距一，且钢网开口距离器件本体支撑块Standoff≥预设间距二。
这种情况下，由于实际需要的焊锡量较多，因此需要扩大钢网开口，即钢网开口按焊盘外切矩形扩大至S。钢网开口扩大之后，如果钢网开口间距过窄，钢网开口碰到器件本体支撑块Standoff会产生连锡、锡珠等不良现象，因此在钢网开口扩大之后还需要判断开口间距和开口距离器件本体支撑块Standoff是否合适(即开口间是否满足预设间距，开口距离器件本体支撑块Standoff否满足预设间距)。为了确保产品焊接良率，预设间距一为0.2～0.35mm，预设间距二为0.1～0.3mm。
优选的，预设间距一为0.25mm，预设间距二为0.2mm。即，当判断钢网预设间距一≥0.25mm，且钢网开口预设间距二≥0.2mm时，才能采用该情形进行钢网开口设计。
情况三、基于情况二，若钢网开口按焊盘外切矩形扩大至S时，不满足钢网开口间距≥预设间距一或不满足钢网开口距离器件本体支撑块Standoff≥预设间距二，则开口调整为Smax，钢网局部加厚预设厚度；
计算钢网局部加厚时可印刷的锡膏量；
将该可印刷的锡膏量与理论所需锡膏量V比较，若可印刷锡膏量≥理论所需锡膏量V且钢网开口面积比＞预设面积比，则按理论所需锡膏量V调整钢网开口大小，例如可以选择将钢网开口进行缩小处理；若可印刷锡膏量＜理论所需锡膏量V或钢网开口面积比≤预设面积比，则预警钢网开口失败，并告知需要补充的焊锡量；其中，Smax为理论最大开口面积，等于开口按焊盘外切矩形扩大至预设间距一＝0.25；预设间距二＝0.2。
基于情况二的考虑，在开口按焊盘外切矩形扩大至S时若不满足要求，则需要对钢网进行局部加厚处理，计算钢网局部加厚时可印刷的锡膏量并与理论所需锡膏量V比较，如果计算出的可印刷锡膏量≥理论所需锡膏量V，则说明能够满足焊接要求，此外，还要保证钢网开口面积比例大于预设面积比，即满足钢网开口标准IPC-7525的要求，例如本实施例设置的预设面积比可以是0.66。如果上述两项条件均满足，则按理论所需锡膏量V调整钢网开口大小。其中，可印刷锡膏量＝钢网厚度×开口面积+通孔印锡量。
如果计算出的可印刷锡膏量小于理论所需锡膏量V或钢网开口面积比小于或等于预设面积比，则警示开口失败，提示采用其他推荐方案，并告知需要补充的焊锡量。例如需要贴预成型焊料片，贴多大的预成型焊料片。
在本实施例中，对钢网局部加厚预设厚度为0.3t～0.6t。优选为0.5t。
在一个具体实施方式中，通过Tx及V的计算公式，可以在设计阶段指导通孔回流焊器件选型及印刷电路板厚度、插件孔及焊盘设计。例如优选的插件孔与器件引脚单边匹配间隙Rh-Rp为0.075～0.15mm；焊盘宽度Rw-Rh为0.15～0.3mm；印制板厚度T为1.2～1.6mm，插件孔直径d为1.0～1.3mm。如果印制板厚度大于推荐值，相应的增大插件孔直径可提高Tx。确保Tx接近1，焊盘宽度0.15～0.3mm，插件孔与器件引脚单边匹配间隙0.075～0.15mm可获得最大的生产良率。
实施例二
本发明同时提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例一的步骤。
一般的，该计算机可读存储介质可置于计算机设备中，请参见图5，该计算机设备可以包括处理器、通信接口、计算机可读存储介质和通信总线等单元或模块，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，
计算机可读存储介质，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行计算机可读存储介质上所存放的程序时，实现如下步骤：
根据预先建立的通孔回流焊器件焊接模型计算焊接时理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量；
根据所述理论所需锡膏量结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度计算钢网理论开口面积；
根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案。
上述计算机设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(PeripheralComponent Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
该计算机设备可以为：台式计算机、便携式计算机、智能移动终端、服务器等。在此不作限定，任何可以实现本发明的电子设备，均属于本发明的保护范围。
对于计算机设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例一和实施例二的部分说明即可。
应用本发明实施例所提供的计算机设备通过采集通孔回流焊器件插件孔大小、焊盘大小、器件引脚横截面积、印制板厚度、器件模型或器件图纸，自动计算理论所需焊锡量并转换为理论所需锡膏量，依据理论所需锡膏量参照器件模型或器件图纸自动计算钢网开口，既保证满足理论所需锡膏量要求，还能自动避让器件本体支撑块Standoff，防止钢网开口碰到器件本体支撑块Standoff产生锡珠。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、设备、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“系统”。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
本申请是参照本申请实施例的方法、设备和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，包括：
根据预先建立的通孔回流焊器件焊接模型计算焊接时理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量；
根据所述理论所需锡膏量结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度计算钢网理论开口面积；
根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案。
2.根据权利要求1所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，焊接时理论所需锡膏量为：
V＝(S0-S1)×T×α+2×α×π×(Rw 2+Rp 2+Rw×Rp)×(Rw-Rp)/3-2×α×π×Rp 2×(Rw-Rp)；
其中，S0为插件孔横截面积，S1为器件引脚横截面积，T为实际印制板厚度，Rw为焊盘最外端半径，Rp为器件引脚半径或引脚横截面边长的一半，α为焊锡转换为锡膏的转换系数。
3.根据权利要求2所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，钢网理论开口面积为：
S＝(V-Tx×T×S0)/t；
其中，V为理论所需锡膏量，TX为插件孔印锡填充率，T为实际印制板厚度，S0为插件孔横截面积，t为基础钢网厚度。
4.根据权利要求3所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，插件孔印锡填充率为：
TX＝(T0/T)×[(d/d0)2]；
其中，T0为基准印制板厚度，T为实际印制板厚度，d为实际印制板插件孔直径，d0为基准印制板的基准插件孔直径。
5.根据权利要求3所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案，包括：
判断所述钢网理论开口面积S小于或等于插件孔焊盘外切矩形面积P时，设计钢网开口面积等于P。
6.根据权利要求3所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案，包括：
判断所述钢网理论开口面积S大于插件孔焊盘外切矩形面积P时，设计钢网开口按焊盘外切矩形扩大至S，且确保钢网开口间距≥预设间距一，且钢网开口距离器件本体支撑块Standoff≥预设间距二。
7.根据权利要求6所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案，包括：
若钢网开口按焊盘外切矩形扩大至S时，不满足钢网开口间距≥预设间距一或不满足钢网开口距离器件本体支撑块Standoff≥预设间距二，则钢网开口调整为理论最大开口面积Smax，钢网局部加厚预设厚度；
计算钢网局部加厚时可印刷的锡膏量；
将该可印刷的锡膏量与理论所需锡膏量V比较，若可印刷锡膏量≥理论所需锡膏量V且钢网开口面积比＞预设面积比，则按理论所需锡膏量V调整钢网开口大小；若可印刷锡膏量＜理论所需锡膏量V或钢网开口面积比≤预设面积比，则预警钢网开口失败。
8.根据权利要求7所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，所述预设间距一为0.2～0.35mm；所述预设间距二为0.1～0.3mm；所述预设厚度为0.3t～0.6t。
9.根据权利要求3所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，插件孔与器件引脚单边匹配间隙Rh-Rp为0.075～0.15mm，焊盘宽度Rw-Rh为0.15～0.3mm；印制板厚度T为1.2～1.6mm，插件孔直径d为1.0～1.3mm。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9任一所述方法的步骤。
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