摘要：多點(diǎn)焊，局部焊又稱(chēng)選擇性焊接，就是指對PCB上特定位置的電子元件進(jìn)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(dòng)。治具都是根據PCB板上元件的位置定制。目前，這種工藝已經(jīng)越來(lái)越多地用于小批量有一定數量后裝件的產(chǎn)品上。我公司產(chǎn)品由于存在這種生產(chǎn)特點(diǎn)，所以因生產(chǎn)需要，開(kāi)發(fā)研制了一臺局部噴流焊錫爐，經(jīng)現場(chǎng)多年使用，焊接效果好，質(zhì)量穩定，成為公司的重要設備之一。

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

    我們可通過(guò)與波峰焊的比較來(lái)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，僅有部分特定區域與焊錫接觸。在焊接前也必須預先涂助焊劑。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(gè)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(lèi)型：噴焊和浸入焊。噴焊是通過(guò)PCB下固定的單一噴嘴來(lái)完成。利用噴焊可實(shí)現單個(gè)點(diǎn)或引腳等微小區域的焊接。通過(guò)控制PCB的移動(dòng)速度以及PCB與噴嘴間的夾角來(lái)優(yōu)化焊接的質(zhì)量。而浸入焊接則是將PCB上待焊區域浸入專(zhuān)用的噴嘴夾具中，從而一次實(shí)現多個(gè)焊點(diǎn)的焊接，但由于不同PCB上焊點(diǎn)的位置不同，因而對不同的PCB需制作專(zhuān)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預熱、浸入焊和噴焊這幾個(gè)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(lái)的產(chǎn)品，有后裝器件或稱(chēng)插件元件的產(chǎn)品，設計了這臺局部噴流焊設備，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。該設備功能特點(diǎn)是：

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

    •  使用軌道式可調寬滑臺，可適應不同大小PCB板的焊接，可對產(chǎn)品焊接位置進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(dòng)性，大大提高焊接質(zhì)量。

    •  功能多、操作界面直觀(guān)，噴口高度、噴流時(shí)間可軟件調整。

    •  適用于焊接大面積的插件和貼片混裝板，無(wú)連焊、缺焊等現象，焊點(diǎn)飽滿(mǎn)。

    2　設計原理

    2.1　工作原理

    （1）設備主要用于特定線(xiàn)路板的局部焊接。

    （2）根據線(xiàn)路板的焊接工藝要求，設有以下三種工作狀態(tài)：除渣、預熱、焊接。

    （3）根據各種不同線(xiàn)路板的焊接工藝要求，可設定各種不同線(xiàn)路板的焊接工藝參數（工作模式），并可自由轉換。

    （4）各種工作狀態(tài)和工作模式由PLC和觸摸屏控制。

   2.2　主要結構特點(diǎn)

    （1）整機采用全封閉式結構，外型美觀(guān)，設計合理。

    （2）錫爐內部采用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(xiāo)和專(zhuān)用螺釘固定，錫爐加熱采用外置式鑄鋼加熱板，使用壽命長(cháng)，維修方便，錫爐架采用角鋼，外封板采用1.2mm不銹鋼板，內裝高效保溫棉。

    （3）進(jìn)出機構采用雙節抽屜滑軌型式，滑軌采用不銹鋼加強型，線(xiàn)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(kāi)，側面開(kāi)門(mén)，便于維修保養。

    （5）整機底部與上面隔開(kāi)，并設有儲存空間。

    （6）正面上部設有翻蓋門(mén)，門(mén)采用氣彈簧結構，側面設有觀(guān)察窗。

    （7）整機內部墻板均設有防熱處理。

    （8）除渣由人工通過(guò)腳踏開(kāi)關(guān)控制，與操作門(mén)上的執行元件互鎖。

    2.3　主要技術(shù)參數

    （1）錫爐溫度：0-400 ℃可隨意設置，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(wú)級可調。

    （4）錫槽容量：無(wú)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，各工作模式可參數設定，首次調試后可保存，以后開(kāi)機后可調用保存參數。界面直觀(guān)方便。

    3　設備的設計與制造

    3.1　硬件配置概述

    （1）PLC：SN32-DRA2系我公司為滿(mǎn)足中小型控制系統開(kāi)發(fā)的功能強大的內帶高速計數功能的整體式PLC。除帶有16入16出點(diǎn)外，還具備485通訊、擴展槽等。

    （2）模擬量模塊：選用兩通道數模轉換模塊K2-2DAC將數據設定量轉換成模擬信號輸出給變頻器，控制電機轉速。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(shí)現錫峰的高低控制，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　設備外觀(guān)及操作面板

    3.2.1　整機外觀(guān)結構見(jiàn)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(shí)或焊接時(shí)燈閃，處于待機狀態(tài)；    
      綠燈：溫度到達時(shí)綠燈亮；
      紅燈：溫度未到時(shí)開(kāi)噴流時(shí)燈閃。

    （2）氮氣流量指示。

    （3）氮氣壓力指示：大于4KG。

    （4）基板進(jìn)出抽屜：抽屜式，基板放置架可放置任意大小尺寸，調節方便。

    3.2.2　操作面板（如圖2所示）

    操作面板按鍵及指示說(shuō)明：
    •  啟動(dòng)按鈕：基板框推入后，按下按鈕，開(kāi)始焊接。
    •  電源指示燈：開(kāi)機上電后指示電源。
    •  錫溫到達指示燈：錫槽到過(guò)設定溫度后指示燈亮。
    •  蜂鳴器消除按鈕：報警響時(shí)可手工按下消除反警聲。
    •  急停按鈕：當設備有異常情況發(fā)生時(shí)，按下停機。
    •  電源鑰匙開(kāi)關(guān)：向右檔打開(kāi)電源，左檔關(guān)閉電源。
   •  選擇旋鈕：分為手動(dòng)、自動(dòng)和定時(shí)三種狀態(tài)。vvvvvv•  溫控表：溫度設定、溫度控制。

                        
                                圖1 整機外觀(guān)結構                 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(xiàn)圖（如圖5所示）

                       
                                             圖5 PLC接線(xiàn)圖

    3.4　設備系統控制流程

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

                       
                                          圖6 系統控制流程圖

                        
                                      圖7 自動(dòng)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(kāi)機后顯示界面                    圖9 當旋鈕在定時(shí)位置時(shí)，可進(jìn)入工作界面選擇

                     
              圖10 在自動(dòng)方式下，可選擇調用不同焊接參數        圖11 自動(dòng)方式焊接界面包括6個(gè)步驟

                      
        圖12 手動(dòng)焊接單步選擇：待機、除渣、焊接、離開(kāi)噴流可單獨控制和調整        圖13 定時(shí)開(kāi)、關(guān)機設定界面：可按星期開(kāi)機，或可指定日定時(shí)開(kāi)機
 
                       
        圖14 管理員功能界面如下：品種增加菜單中，可以根據不同焊接要求，增加不同的產(chǎn)品種類(lèi)，最多可9999種       圖15 參數設置界面如下：某個(gè)品種的參數需修改時(shí)，可調出參數，重新按需要設置，以達到最佳的焊接效果。

   4　實(shí)現效果

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

    （1）波峰比較穩定，很少出現溢錫現象。

    （2）可以適用于多品種產(chǎn)品的焊接，應用廣泛。每個(gè)品種對應各自不同的焊接參數，焊接時(shí)只要調用已保存的相應品種，最多可保存9999種參數，設備自動(dòng)按之前的參數進(jìn)行加工，不同品種有不同的參數。而目前國內的局部焊機一般每生產(chǎn)一個(gè)品種就調一種參數，沒(méi)有多品種存貯調用的功能，加工的品種多了，只能靠人工記錄，每次查表再設置，比較麻煩。

    （3）含有定時(shí)開(kāi)機功能，節省了預熱時(shí)間，因為錫爐一般都需要數小時(shí)的預熱，錫爐到溫時(shí)才能焊接。這臺設備可以按星期、或按指定日期的時(shí)間開(kāi)機，這樣上班時(shí)正好焊接，節省了不少工作時(shí)間。與國內的同類(lèi)設備比較，一般只能設定一個(gè)定時(shí)時(shí)間，不能有多種定時(shí)選擇，靈活性少。

    （4）波峰可數字化控制，精準到位。每種噴流方式：預熱時(shí)、離開(kāi)時(shí)、焊接時(shí)都可根據線(xiàn)路板的焊接要求進(jìn)行數字化設定。精確的調整噴出的高度。

    （5）首次采用的觸摸屏界面，目前國內類(lèi)似機種尚無(wú)這種控制設計，直觀(guān)方便，連續自動(dòng)控制，目前國內設備一般都是采用幾個(gè)按鍵或旋鈕單獨控制， 這種一體化的控制還是難得一見(jiàn)的。

    （6）基板導軌傳送，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　結語(yǔ)

    選擇浸焊焊接時(shí)，每一個(gè)焊點(diǎn)的焊接參數都可以“度身定制”，有足夠的工藝調整空間把每個(gè)焊點(diǎn)的焊接參數（助焊劑的噴涂量、焊接時(shí)間、焊接波峰高度等）調至最佳，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(diǎn)進(jìn)行助焊劑的選擇性噴涂，線(xiàn)路板的清潔度因此大大提高，同時(shí)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(xiàn)路板上，時(shí)間一長(cháng)會(huì )與空氣中的水分子結合形成鹽從而腐蝕線(xiàn)路板和焊點(diǎn)，最終造成焊點(diǎn)開(kāi)路。因此，傳統的生產(chǎn)方式往往需要對焊接完的線(xiàn)路板進(jìn)行清洗，而選擇焊則從根本上解決了這一問(wèn)題。

    經(jīng)過(guò)公司產(chǎn)品的實(shí)際使用，效果極佳，設備已為公司創(chuàng )造了數十萬(wàn)的利潤，也改進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量，是國內少見(jiàn)的多功能選擇性浸焊設備，也是我公司首例自主制作的焊接設備。

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    作者簡(jiǎn)介

    顧竹青（1970-），女，江蘇武進(jìn)人，工程師，大專(zhuān)，現就職于光洋電子（無(wú)錫）有限公司，主要研究方向為自動(dòng)化控制。