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“電子系統產品之母”的美稱，是電子產品不可或缺的基礎組件，在汽車電子、工業機器人、通信工程、智能醫療等民用領域以及兵器、航空航天、船舶等軍事領域都有著廣泛的應用領域。隨著裝備機械化、信息化與智能化的發展要求，軍用PCB電路板將向著高密度互聯與小型化、先進材料和綠色制造等方向發展[1]。軍用PCB電路板的生產質量則直接決定了裝備的可靠性和和質量水平[2]，焊接工藝對軍用PCB電路板的生產質量的把控起著至關重要的作用，據不完全統計裝備中PCB電路板的故障，焊接質量問題占到了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，其焊接作業也是一個非常復雜的過程，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備的工藝設備及輔助材料，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電路板焊接質量的因素分析

軍用PCB電路板是武器裝備電氣系統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鍵工藝，如果焊接質量達不到標準化要求就會影響到武器裝備電氣系統控制板電子元器件的參數，將會導致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量的關鍵因素，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支持。

（1）焊料的性質與焊材的成分

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

（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，需要根據具體情況進行適當的選擇，選擇的主要依據是根據焊料熔點不同進行。

（3）焊接的溫度

軍用PCB電路板的焊接溫度對焊接質量也有著很大的影響，當焊接溫度過高時，會導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，帶來的后果是導致軍用PCB電路板的焊接質量不能滿足要求。

（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，如果表面有雜質或污物，就會導致錫絲變成錫球，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量。

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

2 焊接前工藝裝置以及輔料準備

■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，普通電烙鐵僅適合焊接要求不高的場合，如：焊接導線、連接線等，因此PCB電路板焊接時應優先采用恒溫電烙鐵，并且電烙鐵需配備適用于不同規格元器件的電烙鐵頭；除此之外還需準備吸錫器、熱風槍等工具。

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格符合航天行業標準QJ3117-99和QJ3011-98。航天行業標準《航天電子電氣產品手工焊接工藝技術要求》QJ3117-99規定：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]。航天行業標準《航天電子電氣產品焊接通用技術要求》QJ3011-98規定：手工焊接溫度一般需要設定在260℃～300℃的范圍內，焊接的時間控制在3s內，對熱敏元器件與片狀元器件的焊接時間控制在2s內，如果在規定的時間沒有完成焊接，需要等待焊點冷卻后在再進行焊接作業[5]。

■2.2 焊接輔料準備

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，對于結構復雜的軍用PCB電路板有些部位很難進行清洗，一般需要對復雜軍用PCB電路板進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，下面對每一步進行詳細闡述。

■3.1 元器件的歸類

根據軍用PCB電路板元器件清單檢查元器件型號、規格和數量，對元器件進行歸類，如電阻類、電容類、二極管類等。

■3.2 元器件的搪錫

為了確保電子產品的焊接質量，在元器件進行正式焊接前需先進行搪錫處理（鍍銀或已經過處理的引線除外）。為保證元器件的搪錫質量，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內完成搪錫。搪錫環節所使用的釬料為Sn63Pb型釬料。采用錫鍋進行搪錫，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備成型實現元器件的整形，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象，表面封裝也沒有損壞，并且模具印痕裂紋不允許出現在引腳彎曲部分；引腳成型后其標稱值的位置要便于查看，通常將標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對引線進行彎曲。所使用的工具應光滑，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志要確定好方向，確保方便認讀。對于有極性的元器件要嚴格按照圖紙要求進行相應的安裝，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格按照工藝要求進行制作，不允許出現斜排、重疊排列與立體交叉，保證整齊美觀。

分立元件插接高度應能保證形成可靠焊角，在印制板裝聯過程中對電阻器、二極管、電容器等元器件規定了焊接高度要求，其插裝高度一般規定如下：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

焊接時需注意有導熱板進行散熱的集成電路的焊接，在接插前應適量均勻的涂一層導熱硅脂，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境的特殊要求，需要采取必要的手段進行防靜電處理，主要采取以下幾種方法進行防靜電處理：①對于可能產生靜電或者已經產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，遠離遭受靜電直接影響的區域；③靜電源的靜電可通過離子風機產生的正離子與負離子來中和；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行自檢。檢查內容一般包括元器件的安裝位置、元器件的型號以及焊接質量。元器件的安裝位置、元器件的型號應滿足圖紙要求，焊接質量應滿足：①焊點上沒有裂紋、氣孔、突起和夾渣等現象；②焊點上沒有明顯的焊劑殘渣等現象；③焊完后導體的絕緣材料等沒有出現裂紋、燙傷、變形等情況；④焊角應呈凹弧并且連續，焊料中能明顯看到引線的輪廓。如果不合適并對其進行修整。

■3.7 噴涂三防漆

由于裝備一般在潮濕、鹽霧、風沙、高溫、高寒等惡劣環境下服役，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、具有優越的絕緣性等特地給，能夠有效的提升軍用電路板的環境適應性，所以噴涂三防漆也是軍用PCB電路板制作的關鍵工藝工序。

軍用PCB電路板三防漆噴涂主要包括以下6步：①清洗：按規定進行清洗（若能確認干凈時可不清洗）。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，烘箱內溫度至60℃±3℃，保持2h，并確認夾層縫隙中無清洗劑。③局部保護：從烘干箱內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，數碼管、發光管等需要顯示的部位進行保護。④噴、涂漆：對電路板雙面噴或涂三防漆，漆層應均勻無流痕、夾渣、氣泡，除規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運。

■3.8 檢驗

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

4 總結

在軍用PCB電路板的生產和制造過程中，一項重要的工序就是焊接工藝，因為焊接質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控制板電子元器件的參數，導致軍用PCB電路板不能正常工作，甚至影響著武器裝備的作戰效能。根據軍用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。