浅谈军用PCB电路板的焊接工艺流程

孟小净，张东生，王玮，万岍，张苗苗，杨瑞

（西北机电工程研究所，陕西咸阳，712099）

PCB（Printed Circuit Board）电路板拥有“电子系统产品之母”的美称，是电子产品不可或缺的基础组件，在汽车电子、工业机器人、通信工程、智能医疗等民用领域以及兵器、航空航天、船舶等军事领域都有着广泛的应用领域。随着装备机械化、信息化与智能化的发展要求，军用PCB电路板将向着高密度互联与小型化、先进材料和绿色制造等方向发展[1]。军用PCB电路板的生产质量则直接决定了装备的可靠性和和质量水平[2]，焊接工艺对军用PCB电路板的生产质量的把控起着至关重要的作用，据不完全统计装备中PCB电路板的故障，焊接质量问题占到了50%以上，所以我们要重视军用PCB电路板在生产制造过程中的焊接工艺。

军用PCB电路板由于其特殊的要求及用途，其焊接作业也是一个非常复杂的过程，基于军用PCB电路板的特点，本文首先分析了影响军用PCB板的主要因素，介绍了焊接前需要准备的工艺设备及辅助材料，并以军用PCB电路板的加工顺序来阐述了军用PCB电路板的合理可行的焊接工艺流程。

1 影响军用PCB电路板焊接质量的因素分析

军用PCB电路板是武器装备电气系统不可或缺的组成部分，其性能的好坏直接影响着武器装备的综合作战效能，所以对军用PCB板的制作工艺有着非常高的要求。焊接工艺作为军用PCB电路板制作过程中的关键工艺，如果焊接质量达不到标准化要求就会影响到武器装备电气系统控制板电子元器件的参数，将会导致PCB电路板不能正常工作。为了提高军用PCB电路板的焊接工艺水平，首先需要明确影响焊接质量的关键因素，并找到解决方案，为合理可行的焊接工艺流程的制订提供有力的技术支持。

（1）焊料的性质与焊材的成分

军用PCB电路板焊接主要利用焊锡与焊剂等焊接物料，其性质和成分对军用PCB电路板的焊接质量有着直接的影响。此外，焊接过程中的化学反应在焊接时也必须多加关注，因为化学反应是焊接过程中的关键组成部分[3]，能够起到连接军用PCB电路板通道的关键作用。

（2）焊接的方法

军用PCB电路板由于安装位置及用途的不同所采用的焊接方法也不尽相同，需要根据具体情况进行适当的选择，选择的主要依据是根据焊料熔点不同进行。

（3）焊接的温度

军用PCB电路板的焊接温度对焊接质量也有着很大的影响，当焊接温度过高时，会导致焊料融化散开的速度加快，同时活性也会随之增加，并且会加速熔融焊料的氧化反应，带来的后果是导致军用PCB电路板的焊接质量不能满足要求。

（4）电路板表面的清洁度

在焊接之前需要确保军用PCB电路板表面清洁干净，如果表面有杂质或污物，就会导致锡丝变成锡球，并且缺少光泽。所以军用PCB电路板表面是否干净，也会影响到焊接的质量。

军用PCB电路板质量的好坏不仅会影响到军用PCB电路板功能的实现，而且会影响其美观性，所以在军用PCB电路板焊接时要严格按照焊接工艺流程执行，避免出现不必要的失误。

2 焊接前工艺装置以及辅料准备

■2.1 焊接工艺装置

军用PCB电路板元器件手工焊接时，考虑到PCB板上的元器件比较精细，普通电烙铁仅适合焊接要求不高的场合，如：焊接导线、连接线等，因此PCB电路板焊接时应优先采用恒温电烙铁，并且电烙铁需配备适用于不同规格元器件的电烙铁头；除此之外还需准备吸锡器、热风枪等工具。

军用PCB电路板元器件手工焊接时，焊接温度和焊接时间需严格符合航天行业标准QJ3117-99和QJ3011-98。航天行业标准《航天电子电气产品手工焊接工艺技术要求》QJ3117-99规定：对于大型的接线端子与接地线的焊接通常建议采用50～70W的电烙铁，电子元器件的焊接通常建议烙铁头部的温度为280℃，并保证在任何情况下不能超过320℃[4]。航天行业标准《航天电子电气产品焊接通用技术要求》QJ3011-98规定：手工焊接温度一般需要设定在260℃～300℃的范围内，焊接的时间控制在3s内，对热敏元器件与片状元器件的焊接时间控制在2s内，如果在规定的时间没有完成焊接，需要等待焊点冷却后在再进行焊接作业[5]。

■2.2 焊接辅料准备

军用PCB电路板元器件手工焊接时，选用无铅松香芯焊锡丝，焊锡丝线径0.5～1.0为宜。

军用PCB电路板元器件手工焊接时优先选用松香助焊剂，因为松香不仅能够增加焊锡的流动性，并且使用的时候无腐蚀，绝缘性强；在军用PCB电路板上焊接电子元器件时，一般不允许使用焊锡膏，由于焊锡膏具有腐蚀性与导电性，很容易伤及金属以及焊点，焊锡膏是一种无机焊剂，通过溶剂可以对焊接后的焊点可以清洗，对于结构复杂的军用PCB电路板有些部位很难进行清洗，一般需要对复杂军用PCB电路板进行焊接时一般不使用焊锡膏。

3 军用PCB电路板焊接工艺流程

军用PCB电路板焊接的工艺流程一般为：元器件归类→搪锡→整形→插件→焊接→剪脚→检查→修整→印制板涂三防漆→检验，下面对每一步进行详细阐述。

■3.1 元器件的归类

根据军用PCB电路板元器件清单检查元器件型号、规格和数量，对元器件进行归类，如电阻类、电容类、二极管类等。

■3.2 元器件的搪锡

为了确保电子产品的焊接质量，在元器件进行正式焊接前需先进行搪锡处理（镀银或已经过处理的引线除外）。为保证元器件的搪锡质量，搪锡前需去除元器件引腿上的氧化层，同时为避免元器件引腿在搪锡再次氧化，氧化层去除后需在2h内完成搪锡。搪锡环节所使用的钎料为Sn63Pb型钎料。采用锡锅进行搪锡，搪锡温度280℃，搪锡时间约为1s。

■3.3 元器件的整形

一般可以通过手工成型与用整形设备成型实现元器件的整形，手工成型的工具主要有镊子和尖嘴钳，专用整形设备主要有轴向元件成型机、径向元件成型机、全自动电阻成型机及全自动电容成型机等。引脚成型后，需要确保元器件的本体无破裂现象，表面封装也没有损坏，并且模具印痕裂纹不允许出现在引脚弯曲部分；引脚成型后其标称值的位置要便于查看，通常将标称值放置在元器件的外表面或者上表面。以电阻整形为例：RJ型金属膜电阻器平置安装的按图1、垂直安装的按图2对引线进行弯曲。所使用的工具应光滑，并且在弯曲的时候需要夹住引线上弯曲点和器件末端之间的某个点，不得伤到元器件以及引线。弯曲半径应等于或约为引线直径2倍，从元器件末端封接处至弯曲始点需要保证的最小距离如图1。引线直径的任何减小或变形均不应超过10%。

图1 RJ型金属膜电阻器平置安装

图2 RJ型金属膜电阻器垂直安装

■3.4 元器件的插装

军用PCB电路板上元器件是按照先小后大、先易后难、先轻后重以及先高后低等顺序进行插装，并先插装一般元件然后插装特殊原件，为便于焊接作业的可操作性要确保上道工序插装后不能影响接下来工序的安装。插装后的元器件上的标志要确定好方向，确保方便认读。对于有极性的元器件要严格按照图纸要求进行相应的安装，如果错装会影响军用PCB电路板的性能。军用PCB电路板上元器件要严格按照工艺要求进行制作，不允许出现斜排、重叠排列与立体交叉，保证整齐美观。

分立元件插接高度应能保证形成可靠焊角，在印制板装联过程中对电阻器、二极管、电容器等元器件规定了焊接高度要求，其插装高度一般规定如下：①电阻类(例RJ14-0.25W-1KΩ)：底部距离印制板面1～2mm；②二极管1N4007、稳压管类：底部距离印制板面1～2mm；③CD11系列电容：直插焊接：底部无线条紧贴板面，底部有线条距离板面1～1.5mm；卧焊：本体紧贴印制板面，用镀银丝或挤胶固定；④CA系列钽电容器 (例“黄豆电容”CA42-25V-22μF±10%)：元件本体距板面留出一焊点长度(1mm)；⑤扁电容：元件本体距板面留出一焊点长度(1mm)；⑥电流传感器(例JT10-C)、插座、插针：紧贴印制板焊接。

■3.5 元器件焊接与剪脚

焊接时需注意有导热板进行散热的集成电路的焊接，在接插前应适量均匀的涂一层导热硅脂，并且焊接时不得留有缝隙。在各焊点引线长约1.5mm～2.5mm剪掉过长的引线，如图3所示。

图3 元器件焊接与剪脚

军用PCB电路板由于其工作环境的特殊要求，需要采取必要的手段进行防静电处理，主要采取以下几种方法进行防静电处理：①对于可能产生静电或者已经产生静电的部位采取接地处理，通过采用埋地线的方法建立“独立”地线，为静电的释放提供通道；②尽可能地将电源线从PCB电路板的中部引出，远离遭受静电直接影响的区域；③静电源的静电可通过离子风机产生的正离子与负离子来中和；④安装孔放置在PCB的边缘处，并且采用无阻焊剂的顶层和底层将安装孔的周围连接到机箱上面。

■3.6 检查及修整

军用PCB电路板组装完毕之后要按照图纸进行自检。检查内容一般包括元器件的安装位置、元器件的型号以及焊接质量。元器件的安装位置、元器件的型号应满足图纸要求，焊接质量应满足：①焊点上没有裂纹、气孔、突起和夹渣等现象；②焊点上没有明显的焊剂残渣等现象；③焊完后导体的绝缘材料等没有出现裂纹、烫伤、变形等情况；④焊角应呈凹弧并且连续，焊料中能明显看到引线的轮廓。如果不合适并对其进行修整。

■3.7 喷涂三防漆

由于装备一般在潮湿、盐雾、风沙、高温、高寒等恶劣环境下服役，因此对军用PCB电路板的可靠性提出了更高的要求。由于三防漆具有防潮、防尘、耐高低温、具有优越的绝缘性等特地给，能够有效的提升军用电路板的环境适应性，所以喷涂三防漆也是军用PCB电路板制作的关键工艺工序。

军用PCB电路板三防漆喷涂主要包括以下6步：①清洗：按规定进行清洗（若能确认干净时可不清洗）。②干燥：对清洗干净的电路板可自然干燥或使用烘箱干燥。自然干燥时间不小于6h；使用烘箱干燥时，烘箱内温度至60℃±3℃，保持2h，并确认夹层缝隙中无清洗剂。③局部保护：从烘干箱内取出电路板用胶带纸将起拔器、锁紧器、插头、插座等需要配合装卡的部位，插脚、检测孔、焊线孔等需要插接、焊接的金属部位，数码管、发光管等需要显示的部位进行保护。④喷、涂漆：对电路板双面喷或涂三防漆，漆层应均匀无流痕、夹渣、气泡，除规定外不得外露无漆面。⑤干燥：喷、涂漆后的电路板再放入烘箱内烘干。方法同2.干燥，保温时间4h～6h,也可在室温下自然干燥24h以上。⑥清洁：揭去粘贴的胶带纸,并用酒精棉球清洁残留漆脂（也可用油漆稀释剂）然后放入专用塑料袋转运。

■3.8 检验

除按照3.6检查之外，还需检验喷漆质量，对出现的问题及时追根溯源，并给出具体的解决方法。

4 总结

在军用PCB电路板的生产和制造过程中，一项重要的工序就是焊接工艺，因为焊接质量的好坏与否对军用PCB电路板的性能有着是非重要的影响，并影响着武器装备电气系统控制板电子元器件的参数，导致军用PCB电路板不能正常工作，甚至影响着武器装备的作战效能。根据军用PCB电路板的特点制定了一套合理可行的焊接工艺流程，对军用PCB电路板流程质量的提升、工作效率的提高具有重要的意义。此外，还需要从PCB电路板的设计上多下功夫，确保后期有着良好的焊接可操作性，减少焊接缺陷，提高军用PCB电路板的合格率。