淺談軍用PCB 電路板的焊接工藝流程

孟小凈，張東生，王瑋，萬岍，張苗苗，楊瑞

（西北機電工程研究所，陜西咸陽，712099）

PCB（Printed Circuit Board）電路板擁有“電子系統(tǒng)產(chǎn)品之母”的美稱，是電子產(chǎn)品不可或缺的基礎(chǔ)組件，在汽車電子、工業(yè)機器人、通信工程、智能醫(yī)療等民用領(lǐng)域以及兵器、航空航天、船舶等軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著裝備機械化、信息化與智能化的發(fā)展要求，軍用PCB 電路板將向著高密度互聯(lián)與小型化、先進(jìn)材料和綠色制造等方向發(fā)展[1]。軍用PCB 電路板的生產(chǎn)質(zhì)量則直接決定了裝備的可靠性和和質(zhì)量水平[2]，焊接工藝對軍用PCB 電路板的生產(chǎn)質(zhì)量的把控起著至關(guān)重要的作用，據(jù)不完全統(tǒng)計裝備中PCB 電路板的故障，焊接質(zhì)量問題占到了50%以上，所以我們要重視軍用PCB 電路板在生產(chǎn)制造過程中的焊接工藝。

軍用PCB 電路板由于其特殊的要求及用途，其焊接作業(yè)也是一個非常復(fù)雜的過程，基于軍用PCB 電路板的特點，本文首先分析了影響軍用PCB 板的主要因素，介紹了焊接前需要準(zhǔn)備的工藝設(shè)備及輔助材料，并以軍用PCB 電路板的加工順序來闡述了軍用PCB 電路板的合理可行的焊接工藝流程。

1 影響軍用PCB 電路板焊接質(zhì)量的因素分析

軍用PCB 電路板是武器裝備電氣系統(tǒng)不可或缺的組成部分，其性能的好壞直接影響著武器裝備的綜合作戰(zhàn)效能，所以對軍用PCB 板的制作工藝有著非常高的要求。焊接工藝作為軍用PCB 電路板制作過程中的關(guān)鍵工藝，如果焊接質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)化要求就會影響到武器裝備電氣系統(tǒng)控制板電子元器件的參數(shù)，將會導(dǎo)致PCB 電路板不能正常工作。為了提高軍用PCB 電路板的焊接工藝水平，首先需要明確影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并找到解決方案，為合理可行的焊接工藝流程的制訂提供有力的技術(shù)支持。

（1）焊料的性質(zhì)與焊材的成分

軍用PCB電路板焊接主要利用焊錫與焊劑等焊接物料，其性質(zhì)和成分對軍用PCB 電路板的焊接質(zhì)量有著直接的影響。此外，焊接過程中的化學(xué)反應(yīng)在焊接時也必須多加關(guān)注，因為化學(xué)反應(yīng)是焊接過程中的關(guān)鍵組成部分[3]，能夠起到連接軍用PCB 電路板通道的關(guān)鍵作用。

（2）焊接的方法

軍用PCB 電路板由于安裝位置及用途的不同所采用的焊接方法也不盡相同，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，選擇的主要依據(jù)是根據(jù)焊料熔點不同進(jìn)行。

（3）焊接的溫度

軍用PCB 電路板的焊接溫度對焊接質(zhì)量也有著很大的影響，當(dāng)焊接溫度過高時，會導(dǎo)致焊料融化散開的速度加快，同時活性也會隨之增加，并且會加速熔融焊料的氧化反應(yīng)，帶來的后果是導(dǎo)致軍用PCB 電路板的焊接質(zhì)量不能滿足要求。

（4）電路板表面的清潔度

在焊接之前需要確保軍用PCB 電路板表面清潔干凈，如果表面有雜質(zhì)或污物，就會導(dǎo)致錫絲變成錫球，并且缺少光澤。所以軍用PCB 電路板表面是否干凈，也會影響到焊接的質(zhì)量。

軍用PCB 電路板質(zhì)量的好壞不僅會影響到軍用PCB 電路板功能的實現(xiàn)，而且會影響其美觀性，所以在軍用PCB電路板焊接時要嚴(yán)格按照焊接工藝流程執(zhí)行，避免出現(xiàn)不必要的失誤。

2 焊接前工藝裝置以及輔料準(zhǔn)備

■2.1 焊接工藝裝置

軍用PCB 電路板元器件手工焊接時，考慮到PCB 板上的元器件比較精細(xì)，普通電烙鐵僅適合焊接要求不高的場合，如：焊接導(dǎo)線、連接線等，因此PCB 電路板焊接時應(yīng)優(yōu)先采用恒溫電烙鐵，并且電烙鐵需配備適用于不同規(guī)格元器件的電烙鐵頭；除此之外還需準(zhǔn)備吸錫器、熱風(fēng)槍等工具。

軍用PCB 電路板元器件手工焊接時，焊接溫度和焊接時間需嚴(yán)格符合航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ3117-99 和QJ3011-98。航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《航天電子電氣產(chǎn)品手工焊接工藝技術(shù)要求》QJ3117-99 規(guī)定：對于大型的接線端子與接地線的焊接通常建議采用50～70W 的電烙鐵，電子元器件的焊接通常建議烙鐵頭部的溫度為280℃，并保證在任何情況下不能超過320℃[4]。航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《航天電子電氣產(chǎn)品焊接通用技術(shù)要求》QJ3011-98 規(guī)定：手工焊接溫度一般需要設(shè)定在260℃～300℃的范圍內(nèi)，焊接的時間控制在3s 內(nèi)，對熱敏元器件與片狀元器件的焊接時間控制在2s 內(nèi)，如果在規(guī)定的時間沒有完成焊接，需要等待焊點冷卻后在再進(jìn)行焊接作業(yè)[5]。

■2.2 焊接輔料準(zhǔn)備

軍用PCB 電路板元器件手工焊接時，選用無鉛松香芯焊錫絲，焊錫絲線徑0.5～1.0 為宜。

軍用PCB 電路板元器件手工焊接時優(yōu)先選用松香助焊劑，因為松香不僅能夠增加焊錫的流動性，并且使用的時候無腐蝕，絕緣性強；在軍用PCB 電路板上焊接電子元器件時，一般不允許使用焊錫膏，由于焊錫膏具有腐蝕性與導(dǎo)電性，很容易傷及金屬以及焊點，焊錫膏是一種無機焊劑，通過溶劑可以對焊接后的焊點可以清洗，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軍用PCB 電路板有些部位很難進(jìn)行清洗，一般需要對復(fù)雜軍用PCB 電路板進(jìn)行焊接時一般不使用焊錫膏。

3 軍用PCB 電路板焊接工藝流程

軍用PCB 電路板焊接的工藝流程一般為：元器件歸類→搪錫→整形→插件→焊接→剪腳→檢查→修整→印制板涂三防漆→檢驗，下面對每一步進(jìn)行詳細(xì)闡述。

■3.1 元器件的歸類

根據(jù)軍用PCB 電路板元器件清單檢查元器件型號、規(guī)格和數(shù)量，對元器件進(jìn)行歸類，如電阻類、電容類、二極管類等。

■3.2 元器件的搪錫

為了確保電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，在元器件進(jìn)行正式焊接前需先進(jìn)行搪錫處理（鍍銀或已經(jīng)過處理的引線除外）。為保證元器件的搪錫質(zhì)量，搪錫前需去除元器件引腿上的氧化層，同時為避免元器件引腿在搪錫再次氧化，氧化層去除后需在2h 內(nèi)完成搪錫。搪錫環(huán)節(jié)所使用的釬料為Sn63Pb 型釬料。采用錫鍋進(jìn)行搪錫，搪錫溫度280℃，搪錫時間約為1s。

■3.3 元器件的整形

一般可以通過手工成型與用整形設(shè)備成型實現(xiàn)元器件的整形，手工成型的工具主要有鑷子和尖嘴鉗，專用整形設(shè)備主要有軸向元件成型機、徑向元件成型機、全自動電阻成型機及全自動電容成型機等。引腳成型后，需要確保元器件的本體無破裂現(xiàn)象，表面封裝也沒有損壞，并且模具印痕裂紋不允許出現(xiàn)在引腳彎曲部分；引腳成型后其標(biāo)稱值的位置要便于查看，通常將標(biāo)稱值放置在元器件的外表面或者上表面。以電阻整形為例：RJ 型金屬膜電阻器平置安裝的按圖1、垂直安裝的按圖2 對引線進(jìn)行彎曲。所使用的工具應(yīng)光滑，并且在彎曲的時候需要夾住引線上彎曲點和器件末端之間的某個點，不得傷到元器件以及引線。彎曲半徑應(yīng)等于或約為引線直徑2 倍，從元器件末端封接處至彎曲始點需要保證的最小距離如圖1。引線直徑的任何減小或變形均不應(yīng)超過10%。

圖1 RJ 型金屬膜電阻器平置安裝

圖2 RJ 型金屬膜電阻器垂直安裝

■3.4 元器件的插裝

軍用PCB 電路板上元器件是按照先小后大、先易后難、先輕后重以及先高后低等順序進(jìn)行插裝，并先插裝一般元件然后插裝特殊原件，為便于焊接作業(yè)的可操作性要確保上道工序插裝后不能影響接下來工序的安裝。插裝后的元器件上的標(biāo)志要確定好方向，確保方便認(rèn)讀。對于有極性的元器件要嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行相應(yīng)的安裝，如果錯裝會影響軍用PCB 電路板的性能。軍用PCB 電路板上元器件要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行制作，不允許出現(xiàn)斜排、重疊排列與立體交叉，保證整齊美觀。

分立元件插接高度應(yīng)能保證形成可靠焊角，在印制板裝聯(lián)過程中對電阻器、二極管、電容器等元器件規(guī)定了焊接高度要求，其插裝高度一般規(guī)定如下：①電阻類(例RJ14-0.25W-1KΩ)：底部距離印制板面1～2mm；②二極管1N4007、穩(wěn)壓管類：底部距離印制板面1～2mm；③CD11 系列電容：直插焊接：底部無線條緊貼板面，底部有線條距離板面1～1.5mm；臥焊：本體緊貼印制板面，用鍍銀絲或擠膠固定；④CA 系列鉭電容器 (例“黃豆電容”CA42-25V-22μF±10%)：元件本體距板面留出一焊點長度(1mm)；⑤扁電容：元件本體距板面留出一焊點長度(1mm)；⑥電流傳感器(例JT10-C)、插座、插針：緊貼印制板焊接。

■3.5 元器件焊接與剪腳

焊接時需注意有導(dǎo)熱板進(jìn)行散熱的集成電路的焊接，在接插前應(yīng)適量均勻的涂一層導(dǎo)熱硅脂，并且焊接時不得留有縫隙。在各焊點引線長約1.5mm～2.5mm剪掉過長的引線，如圖3 所示。

圖3 元器件焊接與剪腳

軍用PCB 電路板由于其工作環(huán)境的特殊要求，需要采取必要的手段進(jìn)行防靜電處理，主要采取以下幾種方法進(jìn)行防靜電處理：①對于可能產(chǎn)生靜電或者已經(jīng)產(chǎn)生靜電的部位采取接地處理，通過采用埋地線的方法建立“獨立”地線，為靜電的釋放提供通道；②盡可能地將電源線從PCB 電路板的中部引出，遠(yuǎn)離遭受靜電直接影響的區(qū)域；③靜電源的靜電可通過離子風(fēng)機產(chǎn)生的正離子與負(fù)離子來中和；④安裝孔放置在PCB 的邊緣處，并且采用無阻焊劑的頂層和底層將安裝孔的周圍連接到機箱上面。

■3.6 檢查及修整

軍用PCB 電路板組裝完畢之后要按照圖紙進(jìn)行自檢。檢查內(nèi)容一般包括元器件的安裝位置、元器件的型號以及焊接質(zhì)量。元器件的安裝位置、元器件的型號應(yīng)滿足圖紙要求，焊接質(zhì)量應(yīng)滿足：①焊點上沒有裂紋、氣孔、突起和夾渣等現(xiàn)象；②焊點上沒有明顯的焊劑殘渣等現(xiàn)象；③焊完后導(dǎo)體的絕緣材料等沒有出現(xiàn)裂紋、燙傷、變形等情況；④焊角應(yīng)呈凹弧并且連續(xù)，焊料中能明顯看到引線的輪廓。如果不合適并對其進(jìn)行修整。

■3.7 噴涂三防漆

由于裝備一般在潮濕、鹽霧、風(fēng)沙、高溫、高寒等惡劣環(huán)境下服役，因此對軍用PCB 電路板的可靠性提出了更高的要求。由于三防漆具有防潮、防塵、耐高低溫、具有優(yōu)越的絕緣性等特地給，能夠有效的提升軍用電路板的環(huán)境適應(yīng)性，所以噴涂三防漆也是軍用PCB 電路板制作的關(guān)鍵工藝工序。

軍用PCB 電路板三防漆噴涂主要包括以下6 步：①清洗：按規(guī)定進(jìn)行清洗（若能確認(rèn)干凈時可不清洗）。②干燥：對清洗干凈的電路板可自然干燥或使用烘箱干燥。自然干燥時間不小于6h；使用烘箱干燥時，烘箱內(nèi)溫度至60℃±3℃，保持2h，并確認(rèn)夾層縫隙中無清洗劑。③局部保護(hù)：從烘干箱內(nèi)取出電路板用膠帶紙將起拔器、鎖緊器、插頭、插座等需要配合裝卡的部位，插腳、檢測孔、焊線孔等需要插接、焊接的金屬部位，數(shù)碼管、發(fā)光管等需要顯示的部位進(jìn)行保護(hù)。④噴、涂漆：對電路板雙面噴或涂三防漆，漆層應(yīng)均勻無流痕、夾渣、氣泡，除規(guī)定外不得外露無漆面。⑤干燥：噴、涂漆后的電路板再放入烘箱內(nèi)烘干。方法同2.干燥，保溫時間4h～6h,也可在室溫下自然干燥24h 以上。⑥清潔：揭去粘貼的膠帶紙,并用酒精棉球清潔殘留漆脂（也可用油漆稀釋劑）然后放入專用塑料袋轉(zhuǎn)運。

■3.8 檢驗

除按照3.6 檢查之外，還需檢驗噴漆質(zhì)量，對出現(xiàn)的問題及時追根溯源，并給出具體的解決方法。

4 總結(jié)

在軍用PCB 電路板的生產(chǎn)和制造過程中，一項重要的工序就是焊接工藝，因為焊接質(zhì)量的好壞與否對軍用PCB電路板的性能有著是非重要的影響，并影響著武器裝備電氣系統(tǒng)控制板電子元器件的參數(shù)，導(dǎo)致軍用PCB 電路板不能正常工作，甚至影響著武器裝備的作戰(zhàn)效能。根據(jù)軍用PCB 電路板的特點制定了一套合理可行的焊接工藝流程，對軍用PCB 電路板流程質(zhì)量的提升、工作效率的提高具有重要的意義。此外，還需要從PCB 電路板的設(shè)計上多下功夫，確保后期有著良好的焊接可操作性，減少焊接缺陷，提高軍用PCB 電路板的合格率。