譚小鵬 趙志平（西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

某天線焊接工藝方法的改進(jìn)

譚小鵬 趙志平
（西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

某天線是用聚四氟乙烯板焊接到鋁合金材質(zhì)的圓盤上，傳統(tǒng)的焊接方法采用電爐子加熱進(jìn)行焊接，不適用于批生產(chǎn)。本文采用回流焊進(jìn)行焊接，需要設(shè)計(jì)印刷工裝以及印刷用網(wǎng)板進(jìn)行涂抹焊膏，設(shè)計(jì)回流溫度曲線及鏈速，同時(shí)焊接時(shí)需要制作焊接工裝來(lái)固定焊接件。焊接后的天線滿足了設(shè)計(jì)圖紙要求，生產(chǎn)效率得到了很大提高。

溫度曲線；回流焊；工裝

1 引言

某天線需要將聚四氟乙烯板（件1）焊接到鍍銀鋁合金材質(zhì)的圓盤（件2）上，如圖1所示。設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)要求：（1）件1與件2的中心孔同心；（2）焊料不允許超出件1與件2的焊接面；（3）焊接后件1的表面相對(duì)件2的表面不允許傾斜。根據(jù)技術(shù)要求以及件1焊盤的結(jié)構(gòu)不能采取電烙鐵直接焊接，我單位傳統(tǒng)的工藝方法是操作工采取手工在件1焊盤上涂抹焊膏，然后依次將件2、件1安裝到焊接工裝上，件1壓在件2上轉(zhuǎn)動(dòng)抹勻焊膏，擦去件1周圍多余的焊膏，焊接采用傳統(tǒng)電爐子。將件1與件2放置于有石棉瓦的電爐子上，操作工俯身觀察件1的 3個(gè)小孔的焊錫熔化的情況，判斷焊接是否完成。

此工藝方法的缺陷：

（1）電爐子無(wú)法準(zhǔn)確控制溫度，需操作工肉眼觀察焊錫熔化情況，操作不安全且工作效率低，已不適用于批生產(chǎn)；

（2）手抹焊膏會(huì)導(dǎo)致件1的表面焊膏厚度不均勻，焊接后件1與件2可能會(huì)產(chǎn)生傾斜；

為了提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品焊接的質(zhì)量，需要對(duì)工藝方法進(jìn)行改進(jìn)，采用回流焊焊接工藝方法進(jìn)行研究。

2 網(wǎng)板及焊膏印刷工裝設(shè)計(jì)

采用回流焊工藝方法進(jìn)行焊接，需要對(duì)件1的焊盤進(jìn)行焊膏印刷。由于件1的尺寸較小，印刷時(shí)工件容易跑偏導(dǎo)致焊膏印刷失敗，所以需要設(shè)計(jì)印刷用的工裝和網(wǎng)板。根據(jù)件1的尺寸形狀，采用鋁板進(jìn)行工裝制作設(shè)計(jì)，結(jié)合我單位實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)的工裝可以一次印刷8個(gè)工件，件1裝配到工裝形成緊配合，網(wǎng)板與工裝通過(guò)對(duì)角的定位銷可以進(jìn)行精確定位，使網(wǎng)板印刷時(shí)更加精確。為防止焊膏從件1邊緣溢出，網(wǎng)板圖形設(shè)計(jì)時(shí)采用0.5 mm的收邊處理。印刷工裝與網(wǎng)板如圖2、圖3所示。

圖1 聚四氟乙烯板與鋁合金材質(zhì)的圓盤

圖2 印刷工裝

圖3 印刷用網(wǎng)板

考慮件1經(jīng)過(guò)回流焊之后與件2的焊錫面積應(yīng)盡可能大且不溢出焊錫，此次試驗(yàn)印刷用的網(wǎng)板厚度定為0.15 mm。

3 回流焊接設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)回流焊接，關(guān)鍵是設(shè)定回流爐的爐溫曲線[4]以及回流爐鏈條的傳輸速度。

3.1 溫度曲線設(shè)計(jì)原則

溫度曲線是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵[1]，在回流焊接過(guò)程中，溫度是很重要的工藝參數(shù)，包括溫度的均勻性及升溫速率等。升溫速率過(guò)快，易導(dǎo)致焊料預(yù)熱過(guò)早或焊料飛濺，引起焊接疲勞，可靠性降低；升溫速率過(guò)慢，導(dǎo)致助焊劑揮發(fā)、活性降低，引起虛焊或焊接不良等缺陷。

一條完整的焊接溫度曲線一般設(shè)計(jì)為四個(gè)區(qū)：預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)。因此，焊接溫度曲線的設(shè)計(jì)就是根據(jù)不同的輸入條件對(duì)四個(gè)溫區(qū)設(shè)置合適的參數(shù)，達(dá)到最佳的焊接效果[2]?；亓骱附拥睦硐霚囟惹€如圖4所示。

圖4 有鉛焊的理想溫度曲線

預(yù)熱區(qū)：也叫斜坡區(qū)，用來(lái)將PCB的溫度從周圍環(huán)境溫度提升到所需的活性溫度[3]。

活性區(qū)：使各元件的溫度趨于穩(wěn)定，盡量減少溫差。在這個(gè)區(qū)域里給予足夠的時(shí)間使熱容大的元器件的溫度趕上較小元件，并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)，溫度曲線的斜率是一個(gè)向上遞增的斜率。

回流區(qū)：這一區(qū)域的溫度設(shè)置最高，焊接峰值溫度視所用焊膏的不同而不同，一般為焊膏熔點(diǎn)溫度增加30 ℃ ～ 40 ℃，我們使用的焊料為63Sn37Pb的焊膏，峰值溫度一般設(shè)定為210 ℃ ～ 230 ℃（大約需要7 s ～ 15 s）[3]。

冷卻區(qū)：為得到明亮的焊點(diǎn)、飽和外形、低的接觸角，應(yīng)提高降溫速率。本文使用的回流焊爐沒(méi)有冷卻措施，因此采用自然冷卻。

3.2 回流爐鏈條傳輸速度設(shè)計(jì)原則

PCB在回流爐中的運(yùn)動(dòng)速度是由軌道的傳送速度決定的，傳送速度越快，PCB在每個(gè)加熱區(qū)的停留時(shí)間就越短；傳送速度越慢，PCB在每個(gè)加熱區(qū)停留時(shí)間越長(zhǎng)，PCB在該加熱區(qū)受到的加熱時(shí)間就越充分，PCB的溫升值就理想，也就是說(shuō)PCB的實(shí)時(shí)溫度就越接近加熱區(qū)的設(shè)定溫度，從而對(duì)回流焊溫度曲線的各個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)都產(chǎn)生影響[4]。在實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮到生產(chǎn)效率和生產(chǎn)節(jié)奏，PCB傳輸速度要設(shè)定在一個(gè)合理的范圍，既要保證生產(chǎn)效率最大化，又能確保溫度曲線的關(guān)鍵指標(biāo)符合要求。

3.3 某天線溫度曲線與鏈條傳輸速度設(shè)計(jì)

回流焊爐不能對(duì)焊點(diǎn)的溫度直接控制，只能借助環(huán)境反饋機(jī)制，測(cè)繪焊點(diǎn)的溫度曲線，從而調(diào)整回流爐控制參數(shù)，所以回流曲線測(cè)繪工具必不可少[7]。本次試驗(yàn)選用日本馬康（MALCOM）曲線測(cè)試儀PCM-6型，將2個(gè)熱電偶探針固定在件1與件2之間的不同部位，用高溫膠帶固定測(cè)量。

在未抹焊膏的情況下反復(fù)多次進(jìn)入回流焊爐測(cè)試，調(diào)整回流焊爐的各區(qū)溫度后發(fā)現(xiàn)：無(wú)論如何設(shè)定各溫區(qū)的溫度，實(shí)測(cè)曲線不能與理想溫度曲線相對(duì)擬合，存在一定差異。分析發(fā)現(xiàn)，理想曲線針對(duì)的是常規(guī)印制板焊接器件過(guò)程，印制板的導(dǎo)熱性、吸熱性較差，所以在升溫階段可以呈現(xiàn)階梯狀，而本次試驗(yàn)中的鋁合金基材導(dǎo)熱率、吸熱率比印制板要高，所以曲線的升溫階段幾乎是一條直線，無(wú)法呈現(xiàn)階梯狀。

為了得到適合鋁合金基材與聚四氟乙烯板焊接的溫度曲線，利用溫度曲線測(cè)試儀，經(jīng)多次測(cè)量，最終設(shè)定如圖5的曲線。

圖5 實(shí)測(cè)溫度曲線

回流爐中最高溫度設(shè)置為280 ℃，而實(shí)際的鋁合金表面的溫度是210 ℃，相對(duì)普通印制板熱量損失很大。峰值溫度210 ℃，比焊膏熔化高30 ℃左，已滿足溫度曲線回流區(qū)設(shè)計(jì)原則。

考慮到要使鋁合金基材與聚四氟乙烯基板充分焊接，反復(fù)調(diào)整測(cè)試后，70 cm/min為最佳的傳輸速度。

4 某天線的回流焊接試驗(yàn)

4.1 焊接前準(zhǔn)備

將之前制作好的印刷工裝放置于工作臺(tái)上，件1裝入印刷工裝，印刷網(wǎng)板與印刷工裝通過(guò)定位銷實(shí)現(xiàn)固定，采用刮刀手工印刷，印刷后的件1如圖6。

圖6 印刷后的聚四氟乙烯板

依次將件2、件1裝入焊接工裝，焊接工裝的目的是保證件1與件2的中心孔同心。

4.2 焊接

本次試驗(yàn)所用回流焊爐型號(hào)為YAMAHAYV100Xg，共設(shè)9個(gè)溫區(qū)，溫度曲線選用圖5中的曲線，回流爐各溫區(qū)的參數(shù)設(shè)置見表1。

將裝在焊接工裝上的天線放于回流爐中，本批次焊接的天線共8件，焊接后的效果如圖7所示。

圖7 焊接后裝在焊接工裝的件1與件2

表1 回流爐各溫區(qū)溫度設(shè)置

觀察發(fā)現(xiàn)，件1的3個(gè)觀察孔和周圍沒(méi)有多余的焊錫流出，通過(guò)X-ray檢測(cè)，焊錫的焊接面積基本都達(dá)到75%，比手工焊接的60%的焊錫面積有所提高。

5 結(jié)論

采用回流焊加熱使釬料受熱熔融，熔融的釬料在金屬層表面鋪展?jié)櫇瘢缑娼M織間發(fā)生相互擴(kuò)散，生成的金屬間化合物將原金屬層慢慢溶蝕，冷卻后即形成相應(yīng)的金相接頭[8]，使聚四氟乙烯板與鋁合金板材間形成可靠的接地互聯(lián)。同時(shí)焊接工裝的設(shè)計(jì)保證了件1與件2的中心孔同心；印刷網(wǎng)版的設(shè)計(jì)使件1上的焊膏厚度均勻，不會(huì)相對(duì)件2發(fā)生傾斜；印刷工裝的收邊處理使錫焊不會(huì)溢出。

工藝方法的改進(jìn)，焊接可以一次焊接8個(gè)工件，大大提高了工作效率，且通過(guò)X-ray檢測(cè)焊錫的焊接面積也較傳統(tǒng)方法有所提高。

[1]樊融融. 現(xiàn)代電子裝聯(lián)工藝過(guò)程控制[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2010,284-285.

[2]黃宗順. SMD焊接溫度曲線的探討和分析[J]. 電子工藝技術(shù), 2003(1)16-18.

[3]曹白楊,趙小青,梁萬(wàn)雷. 回流焊溫度曲線熱容研究[J]. 2005,15(3)6-8.

[4]李巖,趙立博,張偉,邱兆義. 對(duì)回流焊爐溫度設(shè)定的分析與優(yōu)化[J]. 船電技術(shù),2010(7)44-46.

[5]朱桂兵, 陳文所. 基于ST350返修臺(tái)的回流焊接溫度曲線研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010( 10)126-128.

[6]江軍. 回流焊爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化.山東:山東大學(xué), 2011,8-9.

[7]高金剛. 表面貼裝工藝生產(chǎn)線上回流焊曲線的優(yōu)化與控制.上海:上海交通大學(xué),2007,6-7.

[8]程志遠(yuǎn),胡權(quán),劉均東,劉立安. 微波組件的關(guān)鍵組裝工藝技術(shù)[J]. 2014, 35(6),345-349.

譚小鵬，工程師，碩士研究生，從事電子裝聯(lián)工藝。

表8 鍍銅18μm測(cè)試板兩面盲孔凹陷度對(duì)比表

（3）測(cè)試結(jié)果表明，僅需鍍銅15 μm厚度時(shí)，即可滿足所有常規(guī)介電層厚度、孔徑的盲孔填充要求，大幅降低面銅厚度，從而滿足精細(xì)線路的制作。

高階、任意層HDI板的密集化設(shè)計(jì)將會(huì)越來(lái)越多，超精細(xì)線路、“甚高密度”線路的成為一種趨勢(shì)，電鍍填盲孔的薄面銅化技術(shù)應(yīng)用必然顯得尤為迫切。對(duì)此技術(shù)的研究仍有很多困難，給業(yè)界技術(shù)工作者帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，但電鍍填盲孔薄面銅化確實(shí)有研究意義，對(duì)滿足精細(xì)線路制作及降低生產(chǎn)成本等方面會(huì)有重大的貢獻(xiàn)。在此，筆者愿與業(yè)界更多的技術(shù)工作者展開更多的相關(guān)交流，希望在此方面的研究會(huì)有更大的突破。本論文得到廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012A090200007）的資助。

參考文獻(xiàn)

[1]北京晨報(bào)網(wǎng). 中國(guó)手機(jī)商猛攻美國(guó)市場(chǎng). 出海速度全面加快[J/OL]. http://www.morningpost.com.cn/. 2015.1.9.

[2]向國(guó)樸.脈沖電鍍的理論與應(yīng)用[M]. 天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1989:122-124.

[3]陳世金,鄧宏喜,李云萍等. 電流參數(shù)對(duì)電鍍填盲孔效果影響研究[J]. 印制電路信息,2014,S1:182-185.

[4]徐緩,陳世金,羅旭等.一種采取不同電流參數(shù)組合的電鍍填盲孔方法[P].中國(guó)發(fā)明專利號(hào): ZL201210124270.4.

第一作者簡(jiǎn)介

陳世金，技術(shù)中心研發(fā)部副經(jīng)理，主要從事新技術(shù)研究及新產(chǎn)品的開發(fā)。

The improvement of antenna welding method

TAN Xiao-peng ZHAO Zhi-ping

Certain antenna is consist of PTFE plate and circular Al-alloy substrate through welding. The traditional weld methods of the electric stove is low efficiency. This paper adopts reflow soldering. It needs to design printing equipment and screen equipment, temperature profile, speed of chain. At the same time it needs to design the welding flock to fix the weldments. After welding, the antenna can meet the requirements in drawing design, and production is improved than the traditional methods.

Reflow Soldering; Temperature Curve; Flock

TN41

A

1009-0096（2015）05-0055-04