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   摘要：多點焊，局部焊又稱選擇性焊接，就是指對PCB上特定位置的電子元件進行“有選擇性”焊接。選擇性焊接不同于波峰焊接，選擇性焊接的焊料是定位噴射的，而PCB板則在噴射的焊料上面移動。治具都是根據(jù)PCB板上元件的位置定制。目前，這種工藝已經(jīng)越來越多地用于小批量有一定數(shù)量后裝件的產(chǎn)品上。我公司產(chǎn)品由于存在這種生產(chǎn)特點，所以因生產(chǎn)需要，開發(fā)研制了一臺局部噴流焊錫爐，經(jīng)現(xiàn)場多年使用，焊接效果好，質(zhì)量穩(wěn)定，成為公司的重要設(shè)備之一。

    關(guān)鍵詞：局部噴流焊接；選擇性焊接；控制

    Abstract: Local spray soldering is known as multiple spot soldering, or selective soldering. It refers to selective soldering components of specified location on PCB. Nowadays, this technology is more and more applied to those small batch products which have a number of post plug-in components. In order to meet the need of production for such products in our company, this equipment is designed and developed independently. This paper introduces its design principle, system structure and control flow etc.. Through its use on site for more than a year, it has achieved the good soldering effects and stable quality.

    Key words: Local spray soldering; Selective soldering; Control

    1　引言

    目前在汽車工業(yè)中，繼電器、連接器及一些在使用過程中需要承受較大機械應(yīng)力的元件，仍需采用具有高結(jié)合強度的通孔型連接，常規(guī)的波峰焊可以實現(xiàn)插裝元件的焊接，但在焊接過程中需要專用的保護膜保護其它的表面貼裝元件，同時貼膜和脫膜均需手工操作，手工焊同樣可以實現(xiàn)插裝件的焊接，但手工焊的質(zhì)量過于依賴操作者的工作技巧和熟練程度，重復(fù)性差，不適于自動化的生產(chǎn)。隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，加工設(shè)備和工藝也不斷完善，原來以浸焊和波峰焊、回流焊為焊接主打設(shè)備，而隨著PCB板的不斷發(fā)展，對生產(chǎn)工藝要求也不斷提高，選擇性焊接應(yīng)運而生。

    我們可通過與波峰焊的比較來描述選擇性焊接的概念。兩者間最明顯的差異在于波峰焊中PCB的下部完全浸入液態(tài)焊錫中，而在選擇性焊接中，僅有部分特定區(qū)域與焊錫接觸。在焊接前也必須預(yù)先涂助焊劑。與波峰焊相比，助焊劑僅涂覆在PCB下部的待焊接部位，而不是整個PCB。但是選擇性焊接僅適用于插裝元件的焊接。

    選擇性焊接有兩種類型：噴焊和浸入焊。噴焊是通過PCB下固定的單一噴嘴來完成。利用噴焊可實現(xiàn)單個點或引腳等微小區(qū)域的焊接。通過控制PCB的移動速度以及PCB與噴嘴間的夾角來優(yōu)化焊接的質(zhì)量。而浸入焊接則是將PCB上待焊區(qū)域浸入專用的噴嘴夾具中，從而一次實現(xiàn)多個焊點的焊接，但由于不同PCB上焊點的位置不同，因而對不同的PCB需制作專用的噴嘴夾具。典型的選擇性焊接的工藝流程包括：助焊劑噴涂、PCB預(yù)熱、浸入焊和噴焊這幾個流程。

    我公司采用的即是選擇性浸焊，對于經(jīng)雙面印刷后回流爐出來的產(chǎn)品，有后裝器件或稱插件元件的產(chǎn)品，設(shè)計了這臺局部噴流焊設(shè)備，既保證了雙面印刷的PCB質(zhì)量，又比人工焊接后裝件提高了效率。該設(shè)備功能特點是：

    •  一機多用途，可做PCB板單點焊錫，局部插件焊錫，拆焊IC及零件，或特殊焊錫。

    •  使用軌道式可調(diào)寬滑臺，可適應(yīng)不同大小PCB板的焊接，可對產(chǎn)品焊接位置進行定位，大大提高焊接效率。

    •  錫槽及噴錫通道均采用工業(yè)純鈦板制作，耐高溫，耐腐蝕，發(fā)熱芯采用進口陶瓷發(fā)熱板，經(jīng)久耐用。

    •  可拆換式噴錫口，生產(chǎn)不同的產(chǎn)品時，將原噴口板拆下，換新的噴口板，就可以焊接不同的PCB板了，操作方便。

    •  焊錫表面不產(chǎn)生錫渣，焊錫表面始終保持光亮和流動性，大大提高焊接質(zhì)量。

    •  功能多、操作界面直觀，噴口高度、噴流時間可軟件調(diào)整。

    •  適用于焊接大面積的插件和貼片混裝板，無連焊、缺焊等現(xiàn)象，焊點飽滿。

    2　設(shè)計原理

    2.1　工作原理

    （1）設(shè)備主要用于特定線路板的局部焊接。

    （2）根據(jù)線路板的焊接工藝要求，設(shè)有以下三種工作狀態(tài)：除渣、預(yù)熱、焊接。

    （3）根據(jù)各種不同線路板的焊接工藝要求，可設(shè)定各種不同線路板的焊接工藝參數(shù)（工作模式），并可自由轉(zhuǎn)換。

    （4）各種工作狀態(tài)和工作模式由PLC和觸摸屏控制。

   2.2　主要結(jié)構(gòu)特點

    （1）整機采用全封閉式結(jié)構(gòu)，外型美觀，設(shè)計合理。

    （2）錫爐內(nèi)部采用3mm伏板，大噴口板采用3mm鈦板，小噴口采用2mm鈦板，大小噴口邊接采用定位銷和專用螺釘固定，錫爐加熱采用外置式鑄鋼加熱板，使用壽命長，維修方便，錫爐架采用角鋼，外封板采用1.2mm不銹鋼板，內(nèi)裝高效保溫棉。

    （3）進出機構(gòu)采用雙節(jié)抽屜滑軌型式，滑軌采用不銹鋼加強型，線路板夾具采用不銹鋼材料，定位夾具采用3mm鈦板。

    （4）電控柜采用分體式，與整機完全隔開，側(cè)面開門，便于維修保養(yǎng)。

    （5）整機底部與上面隔開，并設(shè)有儲存空間。

    （6）正面上部設(shè)有翻蓋門，門采用氣彈簧結(jié)構(gòu)，側(cè)面設(shè)有觀察窗。

    （7）整機內(nèi)部墻板均設(shè)有防熱處理。

    （8）除渣由人工通過腳踏開關(guān)控制，與操作門上的執(zhí)行元件互鎖。

    2.3　主要技術(shù)參數(shù)

    （1）錫爐溫度：0-400 ℃可隨意設(shè)置，智能溫控保溫，精度正負1.5℃。

    （2）大噴口尺寸：200×150mm。

    （3）噴流高度：0-10mm變頻無級可調(diào)。

    （4）錫槽容量：無鉛錫約250Kg

    （5）錫槽材料：3mm鈦板。

    （6）錫泵電機：370W耐高溫變頻電機。

    （7）溫控器：采用日本富士品牌，PID控制，SSR輸出。

    （8）PLC和觸摸屏控制，各工作模式可參數(shù)設(shè)定，首次調(diào)試后可保存，以后開機后可調(diào)用保存參數(shù)。界面直觀方便。

    3　設(shè)備的設(shè)計與制造

    3.1　硬件配置概述

    （1）PLC：SN32-DRA2系我公司為滿足中小型控制系統(tǒng)開發(fā)的功能強大的內(nèi)帶高速計數(shù)功能的整體式PLC。除帶有16入16出點外，還具備485通訊、擴展槽等。

    （2）模擬量模塊：選用兩通道數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊K2-2DAC將數(shù)據(jù)設(shè)定量轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出給變頻器，控制電機轉(zhuǎn)速。輸出信號范圍：0-5VDC，0-10VDC，4-20mA，分辨率：1/4096（12bit）。

    （3）三菱變頻器S500系列：用變頻器控制錫爐電機，實現(xiàn)錫峰的高低控制，完成局部焊接。

    （4）觸摸屏：EA7-T6C系我公司5.7英寸256色彩色LCD，分辨率320×240，色彩逼真，帶擴展I/O卡。

    3.2　設(shè)備外觀及操作面板

    3.2.1　整機外觀結(jié)構(gòu)見圖1。

    （1）工作指示燈：分三種指示狀態(tài)：黃燈、綠燈、紅燈。  
      黃燈：加熱時或焊接時燈閃，處于待機狀態(tài)；    
      綠燈：溫度到達時綠燈亮；
      紅燈：溫度未到時開噴流時燈閃。

    （2）氮氣流量指示。

    （3）氮氣壓力指示：大于4KG。

    （4）基板進出抽屜：抽屜式，基板放置架可放置任意大小尺寸，調(diào)節(jié)方便。

    3.2.2　操作面板（如圖2所示）

    操作面板按鍵及指示說明：
    •  啟動按鈕：基板框推入后，按下按鈕，開始焊接。
    •  電源指示燈：開機上電后指示電源。
    •  錫溫到達指示燈：錫槽到過設(shè)定溫度后指示燈亮。
    •  蜂鳴器消除按鈕：報警響時可手工按下消除反警聲。
    •  急停按鈕：當(dāng)設(shè)備有異常情況發(fā)生時，按下停機。
    •  電源鑰匙開關(guān)：向右檔打開電源，左檔關(guān)閉電源。
   •  選擇旋鈕：分為手動、自動和定時三種狀態(tài)。vvvvvv•  溫控表：溫度設(shè)定、溫度控制。

                        
                                圖1 整機外觀結(jié)構(gòu)                 圖2 操作面板圖

    3.3　電氣底板布局

    3.3.1　電氣電路板（如圖3所示）

                     
                                             圖3 底板布

    3.3.2　電氣原理圖（如圖4所示）

                       
                                            圖4 電氣原理圖

    3.3.3　PLC接線圖（如圖5所示）

                       
                                             圖5 PLC接線圖

    3.4　設(shè)備系統(tǒng)控制流程

    系統(tǒng)控制分三大類功能板塊，分為自動控制、手動控制和管理員功能，如圖6所示，自動控制部分如圖7所示。

                       
                                          圖6 系統(tǒng)控制流程圖

                        
                                      圖7 自動控制流程

    3.5　觸摸屏操作界面演示介紹（如圖8～圖15所示）

                        
                          圖8 開機后顯示界面                    圖9 當(dāng)旋鈕在定時位置時，可進入工作界面選擇

                     
              圖10 在自動方式下，可選擇調(diào)用不同焊接參數(shù)        圖11 自動方式焊接界面包括6個步驟

                      
        圖12 手動焊接單步選擇：待機、除渣、焊接、離開噴流可單獨控制和調(diào)整        圖13 定時開、關(guān)機設(shè)定界面：可按星期開機，或可指定日定時開機
 
                       
        圖14 管理員功能界面如下：品種增加菜單中，可以根據(jù)不同焊接要求，增加不同的產(chǎn)品種類，最多可9999種       圖15 參數(shù)設(shè)置界面如下：某個品種的參數(shù)需修改時，可調(diào)出參數(shù)，重新按需要設(shè)置，以達到最佳的焊接效果。

   4　實現(xiàn)效果

    設(shè)備自07年投運以來，已為我公司生產(chǎn)了多品種的各類基板，為觸摸屏等新品的研制和生產(chǎn)提供了有力保證。 設(shè)備具有以下優(yōu)點：

    （1）波峰比較穩(wěn)定，很少出現(xiàn)溢錫現(xiàn)象。

    （2）可以適用于多品種產(chǎn)品的焊接，應(yīng)用廣泛。每個品種對應(yīng)各自不同的焊接參數(shù)，焊接時只要調(diào)用已保存的相應(yīng)品種，最多可保存9999種參數(shù)，設(shè)備自動按之前的參數(shù)進行加工，不同品種有不同的參數(shù)。而目前國內(nèi)的局部焊機一般每生產(chǎn)一個品種就調(diào)一種參數(shù)，沒有多品種存貯調(diào)用的功能，加工的品種多了，只能靠人工記錄，每次查表再設(shè)置，比較麻煩。

    （3）含有定時開機功能，節(jié)省了預(yù)熱時間，因為錫爐一般都需要數(shù)小時的預(yù)熱，錫爐到溫時才能焊接。這臺設(shè)備可以按星期、或按指定日期的時間開機，這樣上班時正好焊接，節(jié)省了不少工作時間。與國內(nèi)的同類設(shè)備比較，一般只能設(shè)定一個定時時間，不能有多種定時選擇，靈活性少。

    （4）波峰可數(shù)字化控制，精準到位。每種噴流方式：預(yù)熱時、離開時、焊接時都可根據(jù)線路板的焊接要求進行數(shù)字化設(shè)定。精確的調(diào)整噴出的高度。

    （5）首次采用的觸摸屏界面，目前國內(nèi)類似機種尚無這種控制設(shè)計，直觀方便，連續(xù)自動控制，目前國內(nèi)設(shè)備一般都是采用幾個按鍵或旋鈕單獨控制， 這種一體化的控制還是難得一見的。

    （6）基板導(dǎo)軌傳送，可拉伸，作業(yè)人員安放固定基板方便，而且遠離錫爐，可防止錫爐中的濺錫，操作更安全。   

    5　結(jié)語

    選擇浸焊焊接時，每一個焊點的焊接參數(shù)都可以“度身定制”，有足夠的工藝調(diào)整空間把每個焊點的焊接參數(shù)（助焊劑的噴涂量、焊接時間、焊接波峰高度等）調(diào)至最佳，缺陷率由此降低，甚至有可能做到通孔元器件的零缺陷焊接。

    選擇焊只是針對所需要焊接的點進行助焊劑的選擇性噴涂，線路板的清潔度因此大大提高，同時離子污染量大大降低。助焊劑中的NA+離子和CL-離子如果殘留在線路板上，時間一長會與空氣中的水分子結(jié)合形成鹽從而腐蝕線路板和焊點，最終造成焊點開路。因此，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式往往需要對焊接完的線路板進行清洗，而選擇焊則從根本上解決了這一問題。

    經(jīng)過公司產(chǎn)品的實際使用，效果極佳，設(shè)備已為公司創(chuàng)造了數(shù)十萬的利潤，也改進了產(chǎn)品質(zhì)量，是國內(nèi)少見的多功能選擇性浸焊設(shè)備，也是我公司首例自主制作的焊接設(shè)備。

    參考文獻：

    [1] 周靄如, 官士鴻. Visual Basic程序設(shè)計教程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2008.

    [2] C-MORE觸摸屏用戶手冊[Z]. 光洋電子（無錫）有限公司.

    [3] SN系列用戶手冊[Z]. 光洋電子（無錫）有限公司.

    [4] 模擬量模塊用戶手冊[Z]. 光洋電子（無錫）有限公司.

    [5] S500變頻器說明手冊[Z]. 三菱株式會社.

    作者簡介

    顧竹青（1970-），女，江蘇武進人，工程師，大專，現(xiàn)就職于光洋電子（無錫）有限公司，主要研究方向為自動化控制。