CN113305385B - 基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子装备技术领域，公开了一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置及其焊接方法，本发明提供的焊接装置，包括定位板、支撑板、销钉和螺钉，定位板在印制板上方，支撑板在印制板下方，三者通过销钉定位，通过螺钉固定在一起；本发明采用焊接装置对印制板组件上表贴连接器进行贴装和定位，控制印制板焊接过程的翘曲变形，实现基于板间垂直互联的表贴连接器精确定位和可靠焊接，解决印制板组件上表贴连接器位置偏移、连接器倾斜、浮高和印制板翘曲变形等问题，从而提高板间垂直互联的可实现性、可靠性。

Description

基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置及其焊接方法

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及印制板组件电气互联领域，具体涉及一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置及其焊接方法。

背景技术

印制板组件之间的低频、高频信号传输一般是通过电缆组件、通孔插装连接器或绝缘子等连接。然而随着印制板组件之间的垂直互联的信号数量增加，传统的垂直互联结构存在着体积大，装配复杂，成本高等问题。在此情况下，采用表贴连接器实现板间垂直互联的结构应运而生。这种多层垂直互联结构具有体积小、互联密度高、无电缆化、可阵列化等优点。

传统印制板组件上表贴连接器与印制板的连接一般是采用传统的SMT焊接工艺，主要通过焊膏印刷、手工贴装、回流焊接工序完成焊接。基于板间垂直互联的印制板组件含有几个至上百个表贴连接器，而所有表贴连接器在后续板间垂直互联时需要一次性盲插到位。按传统SMT焊接方法焊接基于板间垂直互联的印制板组件，焊接后容易出现表贴连接器位置偏移、连接器倾斜、浮高、印制板翘曲变形等问题，进而影响板间表贴连接器插合，降低板间垂直互联的可靠性，影响电信号传输的稳定性。因此如何焊接基于板间垂直互联的印制板组件，保证表贴连接器位置精度，控制印制板翘曲变形，实现可靠的板间垂直互联成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种基于板间垂直互联的印制板组件焊接装置及其焊接方法，以解决印制板上表贴连接器位置偏移、连接器倾斜、浮高和印制板翘曲变形等问题，从而提高板间垂直互联的可实现性、可靠性。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，包括：定位板和支撑板，在对印制板组件进行焊接时，所述定位板和支撑板分别位于印制板组件两面，三者通过定位销实现定位，通过螺钉固定在一起；

所述定位板和所述支撑板上均设置有定位孔，通过定位销配合定位孔，实现定位板、支撑板和印制板组件三者之间的定位；

所述定位板设有与印制板组件上表贴连接器对应的限位孔，所述限位孔的尺寸与对应的表贴连接器外形尺寸相匹配；所有限位孔的设计基准统一，限位孔的形状公差和位置公差应满足表贴连接器盲插要求，限位孔深度应满足SMT工艺要求，一般地，限位孔深度等于表贴连接器高度与焊料厚度之和，限位孔口设有倒角，用于对表贴连接器装配导向；

所述限位孔底部设有用于表贴连接器焊端侧面爬锡的凹槽；限位孔内设置凹槽部分的直径应大于印制板焊盘直径1mm以上，凹槽深度≥0.5mm；

所述定位板和所述支撑板均设有热交换通道和热交换通孔，以保证回流焊接的热交换效率和焊接温度的均匀性，其中，热交换通道长度应保证贯通整个定位板或支撑板，通道宽度、通道深度、通道间距应根据机械强度要求和焊接热均匀分布要求综合确定；热交换孔直径、间距应根据机械强度要求和焊接热均匀分布要求综合确定。

进一步的，所述支撑板设有元器件避让通孔，以保证元器件在回流焊接过程均匀受热。元器件避让通孔位置与元器件位置一致，通孔孔壁与元器件边缘的距离≥1mm。

进一步的，所述支撑板设有元器件加固胶避让孔，加固胶避让孔位置应靠近需加固元器件的四角位置，加固胶避让孔一般为圆形，孔径与加固胶的尺寸匹配。

进一步的，定位板设有多个螺纹孔，用于安装螺钉，其直径与印制板组件上对应的螺钉过孔匹配，螺纹孔位置与印制板组件上对应的螺钉过孔位置一致。

支撑板设有螺钉过孔，用于安装螺钉，其直径与印制板上对应的螺钉过孔匹配，螺纹孔位置与印制板上对应的螺钉过孔位置一致。

进一步的，所述定位板和所述支撑板均设有Mark点避让通孔，以保证贴片机能够识别到印制板组件上的Mark点。Mark点避让通孔直径、位置与印制板组件上Mark点直径、位置匹配。

进一步的，所述定位板和所述支撑板应设有加强隔筋，以保证定位板和支撑板与印制板均匀接触，减小印制板焊接变形。

进一步的，根据定位板和支撑板尺寸大小，定位板和支撑板与印制板组件的整个接触面的平面度≤0.1mm。

本发明还提供一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：根据印制板组件上元器件的尺寸及元器件的布局情况，预先制作焊接装置和焊膏印刷用网板；

步骤2：利用自动印刷机和网板，在需要焊接表贴连接器的印制板组件上印刷焊膏，焊膏覆盖焊盘面积应达到75％以上；

步骤3：利用焊接装置对表贴连接器进行贴装，具体包括：

先将表贴连接器一一装入定位板的限位孔内底部；

然后将印制板组件已经印刷好焊膏的一面朝向定位板，印制板组件与定位板方向保持一致，通过定位销和定位孔将印制板组件贴合到定位板上；

再将支撑板对准定位板，通过定位销和定位孔将支撑板贴合到印制板组件上；

最后用螺钉紧固定位板、印制板组件和支撑板，保证三者之间紧密贴合；

步骤4：对贴装好表贴连接器的印制板组件进行回流焊接，在进行焊接前，用试验板对焊接温度曲线进行检测和优化，获得合理的焊接工艺参数，选择该焊接工艺参数进行回流焊接；回流焊接方式优先选择真空气相焊，次选热风回流焊；

焊接工艺参数的要求如下：

预热和焊接过程的升温速率、冷却过程的降温速率应尽可能小，一般≤3℃/s；

预热和焊接结束时，印制板上最大热容量处与最小热容量处的温度差应尽≤10℃；

焊接设置温度与印制板组件上的实际温度之间差值≤30℃。

步骤5：待印制板组件自然冷却至室温后，依次拆卸螺钉、支撑板和定位板。

进一步的，若印制板组件的两面都要焊接表贴连接器，则所述焊接方法还包括：

步骤6：在印制板组件完成第一面焊接后，对所有表贴连接器对称点胶固定，防止印制板组件第二面回流焊接表贴连接器掉落或位置偏移；

步骤7：重复步骤2-5，完成对印制板组件第二面表贴连接器的焊接。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

(1)在焊接装置的定位板上设计了限位孔，可以保证表贴连接器焊接位置准确，连接器位置精度达到X≤±0.05mm，Y≤±0.05mm，Z≤±0.02mm，解决了表贴连接器位置偏移，连接器倾斜、浮高的问题，既保证了板间垂直互联成功率100％，又保证了板间垂直互联的信号传输质量。

(2)利用焊接装置可以实现无法采用贴片机贴装的表贴连接器的精准贴装。

(3)利用焊接装置可以控制印制板组件焊接过程的翘曲变形，焊接后的印制板组件平面度≤0.1mm，减小了后续印制板组件安装过程的外应力，提高了板间垂直互联的高可靠性。

(4)通过对带焊接装置的印制板组件焊接温度曲线检测和优化，获得了合理的焊接工艺参数，保证了表贴连接器焊接质量和板间垂直互联的可靠性。

附图说明

图1是板间垂直互联结构示意图；

图2是印制板组件一面的示意图；

图3是印制板组件另外一面的示意图；

图4是焊接装置的立体结构示意图；

图5是焊接装置中定位板的立体结构示意图；

图6是焊接装置中支撑板的立体结构示意图；

图7是焊接装置中销钉的立体结构示意图；

图8是焊接装置中螺钉的立体结构示意图；

图9是表贴连接器放置在定位板上的示意图；

图10是利用焊接装置焊接表贴连接器的示意图；

图11是表贴连接器点胶固定的示意图。

附图标记：1是定位板，2是支撑板，3是销钉，4是螺钉，1-1是第一销孔，1-2是限位孔，1-3是爬锡凹槽，1-4是螺纹孔，1-5是第一热交换通道，1-6是第一热交换通孔，1-7是第一Mark点避让通孔，2-1是第二销孔，2-2是螺钉过孔，2-3是元器件避让通孔，2-4是元器件加固胶避让孔，2-5是第二热交换通道，2-6是第二热交换通孔，2-7是第二Mark点避让通孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

本实施例提供一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，该焊接装置用于如图1所示的板间垂直互联印制板组件的焊接，该板间垂直互联印制板组件包括两个含有射频表贴连接器的印制板组件及用于互联转接的KK头，如图2和图3所示，印制板组件上含有多个射频表贴连接器，销孔、螺钉安装孔及其余元器件。

如图4所示，本实施例提供的一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置包括定位板1和支撑板2、用于实现定位板、印制板组件和支撑板三者之间定位的销钉3、以及用于实现定位板、印制板组件和支撑板三者之间固定的螺钉4。销钉通过台式钻床压入到定位板的销孔内，定位板在印制板上方，支撑板在印制板下方，三者通过销钉定位，通过螺钉固定在一起。

定位板和支撑板的长度、宽度尺寸满足其四周比印制板组件外形尺寸大5mm。根据机械强度和焊接热容量大小综合确定定位板、支撑板厚度为5mm。

如图5-6所示，定位板和支撑板均设有2个定位用的第一销孔1-1和第二销孔2-1，用于定位板、支撑板和印制板之间的定位，定位板上的第一销孔1-1用于安装销钉，一般比销钉直径略小，支撑板上的第二销孔2-1用于定位支撑板，一般比销钉直径略大。

第一销孔1-1和第二销孔2-1位置与印制板组件上的销孔位置对应，销孔直径大小与销钉直径匹配，具体的，在本实施例中，根据销钉直径确定第一销孔1-1和第二销孔2-1直径为2mm，第一销孔1-1直径公差为(-0.04～-0.01)mm，第二销孔2-1直径公差为(+0.02～+0.05)mm，第一销孔1-1和第二销孔2-1的孔口倒角0.3mm×45°，便于装配。

具体的，在本实施例中，销钉3选用国标GB119销钉，如图7所示，销钉公称直径为2mm，与印制板上销孔直径匹配。销钉长度应与印制板组件、定位板和支撑板厚度之和匹配，确定为12mm，销钉伸出印制板长度应大于表贴连接器高度1mm以上，便于定位板的拆卸。

如图5所示，定位板设有对表贴连接器进行限位的限位孔1-2，所有限位孔的设计基准统一，限位孔的位置与印制板组件上连接器位置一致，限位孔尺寸与表贴连接器外形尺寸匹配，限位孔位置公差为±0.03mm，限位孔大小比表贴连接器外形大0.05mm，限位孔深度为表贴连接器高度与焊料厚度之和，比表贴连接器高度大0.06mm，表贴连接器限位孔口设有倒角，用于对表贴连接器装配导向，倒角尺寸0.5mm×45°。

如图5所示，定位板上限位孔1-2底部设有表贴连接器焊端侧面爬锡的凹槽1-3，凹槽深度为0.5mm，限位孔内设置凹槽部分的直径比印制板焊盘尺寸大1mm。

如图5所示，定位板设有6个螺纹孔1-4，用于安装螺钉，其公称直径为M2.5，与印制板上对应的螺钉过孔匹配，螺纹孔位置与印制板组件上对应的螺钉过孔位置一致。

如图6所示，支撑板设有6个螺钉过孔2-2，用于安装螺钉，其直径为2.7mm，与印制板组件上对应的螺钉过孔匹配，螺纹孔位置与印制板组件上对应的螺钉过孔位置一致。

具体的，在本实施例中，螺钉4选用国标GB819螺钉，如图8所示，螺钉公称直径为M2.5，与印制板组件上螺钉过孔直径匹配。螺钉长度应与印制板组件、定位板和支撑板厚度之和匹配，确定为10mm。

如图6所示，支撑板设有元器件避让通孔2-3，以保证元器件在回流焊接过程均匀受热。元器件避让通孔位置与印制板组件上元器件位置对应，通孔孔壁与元器件边缘的距离为2mm。

如图6所示，支撑板设有元器件加固胶避让孔2-4，加固胶避让孔位置应靠近需加固元器件的四角位置，加固胶避让孔为圆形，半径3mm。

如图5-6所示，定位板和支撑板均设有多条第一热交换通道1-5和第二热交换通道2-5，以及多个均匀分布的第一热交换通孔1-6和第二热交换通孔2-6，以保证回流焊接的热交换效率和焊接温度的均匀性。第一、第二热交换通道长度应保证贯通整个定位板或支撑板，通道宽度为1mm，通道深度为1mm，通道间距为10mm；第一热交换通孔为长方形，长度为58mm，宽度为9mm，第二热交换通孔为圆形，直径为3mm，孔间距为10mm。

如图5-6所示，定位板和支撑板设有第一Mark点避让通孔1-7和第二Mark点避让通孔2-7，以保证贴片机能够识别到印制板组件Mark点。第一、第二Mark点避让通孔位置与印制板组件Mark点位置一致，直径5mm。

具体的，在本实施例中，定位板和支撑板设计有加强隔筋，并且根据印制板组件长度、宽度尺寸，定位板和支撑板的平面度≤0.1mm，以保证定位板和支撑板与印制板组件均匀接触，减小印制板焊接变形。

具体的，在本实施例中，定位板和支撑板应有足够的机械强度，以保证在螺钉预紧力、印制板焊接热应力和印制板组件及其上元器件重力作用下定位板和支撑板本身不能变形。

本实施例还提供一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接方法，包括如下步骤：

S1：制作印制板组件焊接装置和焊膏印刷用网板。

根据印制板组件上元器件(含表贴连接器)焊端尺寸和元器件布局情况，预先制作焊接装置和焊膏印刷用网板。

S2：用全自动印刷机和网板在印制板组件上印刷焊膏。

利用自动印刷机和网板，在需要焊接表贴连接器的印制板上印刷焊膏，检查焊膏印刷的均匀性和完整性，焊膏覆盖焊盘面积应达到75％以上。

S3：利用焊接装置对表贴连接器进行贴装。

如图9-10所示，采用接定位装置贴装表贴连接器的操作过程如下：

S31：采用手工或设备将表贴连接器一一装入定位板1的限位孔内底部。

S32：将印制板组件上印刷好焊膏的一面朝向定位板1，印制板组件与定位板1方向保持一致。其上销钉孔对准焊接装置销钉3，依靠销钉3导向和定位，将印制板组件紧密贴合到定位板1上。

S33：将支撑板2对准定位板1上的销钉，依靠销钉3导向和定位，将支撑板2紧密贴合到印制板上。

S34：用螺钉4紧固定位板1、印制板组件和支撑板2，保证三者之间紧密贴合。操作过程应避免手指、工具等触及其余元器件处的焊膏。

S4：对贴装好表贴连接器的印制板组件进行回流焊接。

带有焊接装置的印制板组件属于大热容量的组件，须用试验板对焊接温度曲线进行检测和优化，从而获得合理的焊接工艺参数，保证表贴连接器焊接质量，减小印制板组件和元器件的变形与焊接应力。

选择合适的焊接工艺参数，将贴装好表贴连接器的印制板组件放入回流炉进行回流焊接。

焊接工艺参数具体要求如下：

a)回流焊接方式选择真空气相焊，气相液的沸点为235℃。

b)预热和焊接过程的升温速率、冷却过程的降温速率≤3℃/s。

c)预热和焊接结束时，印制板组件上最大热容量处与最小热容量处的温度差≤10℃。

d)焊接设置温度与印制板组件上实际温度之间的差值≤30℃。

S5：拆卸焊接装置。

待印制板组件自然冷却后，依次拆卸螺钉4，支撑板2和定位板1。

实施例2

本实施例与实施例1基本一致，其区别在于，在本实施例中，印制板组件的两面都要焊接表贴连接器，所以本实施例提供的焊接方法在实施例1中提供的焊接方法步骤1-5的基础上，还包括：

S6，对表贴连接器点胶固定。

如图11所示，印制板组件第一面焊接完成后，对所有表贴连接器对称点乐泰3619胶固定，125℃烘烤15分钟，防止印制板第二面回流焊接表贴连接器掉落和位置偏移。

S7，重复S2-S5，完成对印制板第二面表贴连接器的焊接。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，其特征在于，包括：定位板和支撑板，在对印制板组件进行焊接时，所述定位板和支撑板分别位于印制板组件两面；

所述定位板和所述支撑板上均设置有定位孔，通过定位销配合定位孔，实现定位板、支撑板和印制板组件三者之间的定位；

所述定位板设有与印制板组件上表贴连接器对应的限位孔，所述限位孔的尺寸与对应的表贴连接器外形尺寸相匹配，限位孔深度等于表贴连接器高度与焊料厚度之和；

所述定位板和支撑板与印制板组件的整个接触面的平面度≤0.1mm；

所述限位孔底部设有用于表贴连接器焊端侧面爬锡的凹槽，凹槽部分的直径应大于印制板焊盘直径1mm以上，凹槽深度≥0.5mm；

所述定位板和所述支撑板均设有热交换通道和热交换通孔，以保证回流焊接的热交换效率和焊接温度的均匀性，热交换通道长度应保证贯通整个定位板或支撑板。

2.根据权利要求1所述的一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，其特征在于，所述支撑板设有用于避让印制板组件元器件的避让通孔。

3.根据权利要求1所述的一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，其特征在于，所述支撑板设有元器件加固胶避让孔。

4.根据权利要求1所述的一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，其特征在于，所述定位板和所述支撑板设有加强隔筋。

5.根据权利要求1所述的一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，其特征在于，所述定位板上设置有螺纹孔，所述支撑板上对应螺纹孔的位置设有螺钉过孔。

6.根据权利要求1所述的一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，其特征在于，所述定位板和所述支撑板上皆设置有Mark点避让通孔。

7.一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接方法，其特征在于，用于如权利要求1-6任意一项所述的基于板间垂直互联印制板组件的焊接装置，包括：

步骤1：根据印制板组件上元器件的尺寸及元器件的布局情况，预先制作焊接装置和焊膏印刷用网板；

步骤2：利用自动印刷机和网板，在需要焊接表贴连接器的印制板组件上印刷焊膏，焊膏覆盖焊盘面积应达到75％以上；

步骤3：利用焊接装置对表贴连接器进行贴装，具体包括：

先将表贴连接器一一装入定位板的限位孔内底部；

然后将印制板组件已经印刷好焊膏的一面朝向定位板，印制板组件与定位板方向保持一致，通过定位销和定位孔将印制板组件贴合到定位板上；

再将支撑板对准定位板，通过定位销和定位孔将支撑板贴合到印制板组件上；

最后用螺钉紧固定位板、印制板组件和支撑板，保证三者之间紧密贴合；

步骤4：对贴装好表贴连接器的印制板组件进行回流焊接，在进行焊接前，用试验板对焊接温度曲线进行检测和优化，获得焊接工艺参数，选择该焊接工艺参数进行回流焊接；

焊接工艺参数的要求包括：

在回流焊接过程中，预热和焊接过程的升温速率、冷却过程的降温速率皆≤3℃/s；预热和焊接结束时，印制板上最大热容量处与最小热容量处的温度差≤10℃；回流焊接设置的焊接温度与印制板组件上实际温度之间的差值≤30℃；

步骤5：待印制板组件自然冷却至室温后，依次拆卸螺钉、支撑板和定位板。

8.根据权利要求7所述的一种基于板间垂直互联印制板组件的焊接方法，其特征在于，若印制板组件的两面都要焊接表贴连接器，则所述焊接方法还包括：

步骤6：在印制板组件完成第一面焊接后，对所有表贴连接器对称点胶固定，防止印制板组件第二面回流焊接表贴连接器掉落或位置偏移；

步骤7：重复步骤2-5，完成对印制板组件第二面表贴连接器的焊接。

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