蒋小平
衡阳北方光电信息技术有限公司
摘要：我国军工装备进行电子元器件表面处理组装后的工艺技术质量,直接影响决定着我国十四五军工装备电子元器件组装加工的工艺质量,关系影响到未来我国军工装备电子制造业的长远健康发展。对此我们认为需要从不同的行业角度需求出发,加强传统工艺的控制精度,并对传统工艺当中常见的一些技术点和难点不断创新进行有效梳理克服,最终真正实现传统军工装备工艺产品质量的有效控制提升。本文主要用于研究我国军工装备电子电路元器件整体表面工艺组装改进工艺设计改进技术措施,以期不断改善我国军工装备电子电路元器件整体表面工艺组装改进工艺生产质量服务水平,为今后推进我国军工装备电子电路元器件整体表面组装工艺改进与应用奠定坚实基础。
关键词：电子元器件；表面组装工艺；改进应用
一、电子元器件表面组装工艺概述
军工装备电子元器件的表面组装工艺除了传统的手工焊接和组装方式外，在经过几十年的漫长发展，电子组件也在追求小型化、集成化,从以前使用的通孔插件元器件到目前已经基本实践跨越式发展，器件焊接组装已是密度高、电子组件体积小、重量轻,贴片元器件的体积和重量只有传统插装元件的1/20左右或更小的转变（如0201封装）。因此军工装备电子元器件的表面组装工艺已从以前的传统手工焊接发展到了目前的全自动化生产过程的转变，具体焊接方式为印制电路板的锡膏印刷、元器件全自动表面贴装、高可靠性的真空回流焊接工艺。
（一）印制电路板的锡膏印刷技术
印制电路板的锡膏印刷是通过钢网（也就是模板，以下统称模板）将锡膏准确精准地印刷在印制电路板焊盘上，这也是电子元器件的表面组装工艺中的第一道工序，也是一道关键工序，它是由模板开孔图形与印制电路板焊盘完全重合后再由刮刀压力、印刷速度、印刷板与模板的间隙、刮刀和模板之间的角度等相关要素将锡膏印刷到印制电路板上的一种工艺技术。
（二）电子元器件的表面自动组装技术
电子元器件表面自动组装技术是通过全自动贴设备按照一定的贴装程序，有序地把表面组装元器件贴装到印刷好锡膏的印制电路板焊盘上，它主要是由吸取和放置两个动作完成的。它是现代电子装配应用元器件及其表面材料组装制造工艺中将电子元器件自动贴装到印制电路板上最关键的一种技术。
（三）锡膏回流焊接技术
回流焊接是靠热风炉膛内的热气对流，使锡膏熔融成液态锡让表面贴片元器件与印制电路板焊接熔接在起，然后经过回流焊炉冷却区再形成焊点,胶糊状的锡膏在一定的高温气流下进行物理反应达到表面组装工艺的焊接效果，所以叫“回流焊”是因空气在炉内循环流动产生高温达到焊接目的该过程是以之前焊接工序元器件为焊接基础,将之前固定好的锡膏焊盘为焊接对象实施予以的回流融化焊接过程,能够有效提升金属焊盘与焊接元件引脚之间回流对接的安全可靠性。回流加热焊接其主要工作基本原理就是以加热空气作为媒介的热流动器作为散热载体从而进行的一种热能回流传递,是通过借助空气对流器的传热系统来直接实现回流加热的,风速则说它是直接影响整体散热流动速度的直接影响因素。
二、质量的改进与应用措施
（一）科学选择锡膏印刷参数,提升印刷质量
锡膏印刷在各种电子元器件产品表面上的组装过程是非常关键的一个工序,其中印刷刮刀的结构设计、压力、速度、钢网与印制板的直接脱模移动速度等各个参数值的选择,都是直接决定印制板锡膏印刷质量的一个关键要素。
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锡膏印刷质量因素
通常需要选用合适开孔长度的特制不锈钢印刷刮刀和合适的印刷角度,印刷压力的参数调整以保证开口闭孔印刷区域的锡膏都被刮刀刮干净来进行选定其参数,印刷速度参数调整以保证开口闭孔印刷区域锡膏没有残留来进行选定其参数,脱模印刷速度参数调整以开孔无拉尖、少锡等参数来进行选定其参数,以上各种参数在对产品进行试制或首件时都可以确定最佳选择参数进行组合,在产品生产时也可能需要在首件通过验证后进行选择调整。在实际生产制造过程中,首先我们需要对自动印刷机模板钢网进行清洗,将自动钢网清洗处理技术广泛应用在印刷钢板钢网清洗中,对模板钢网自动清洗进行快速清洗,避免出现钢网清洗操作不到位等异常情况。另外,还可以对生产环境温湿度进行控制,以保证正常运行环境中的温湿度以及空气温度的相对稳定性,保证环境清洁度[1]。
（二）有效控制焊锡膏的温度和湿度
关于电子元器件焊锡膏的工作温度、湿度和锡膏粘度这三大重要指标,始终以来是我们在准备进行电子元器件表面组装及其表面材料组装的工作过程中非常需要重点注意做好温度控制的关键因素。
根据军工装备使用焊锡膏的要求，湿度应尽量保持在30%至70%的湿度范围内,且相对温度一般处于18℃至27℃之间最佳,粘度则在500kcps-1200kcps之间范围为宜。如果温湿度由于控制不当而过高,那么将来就会直接大大增加形成焊锡膏锡球中的大量水分飞溅含量,从而在我们后续使用回流焊的过程中就有可能会直接出现水分飞溅的异常情况,出现形成焊接锡膏球状的现象（常说有锡珠）。同时,在材料温度过高的使用情况下或在完成材料印刷后,其材料焊接的牢固性和程度也可能无法完全满足国家相应质量标准。所以在车间生产准备工作顺利完成时,工作人员一定要特别注重车间内环境温度和空气湿度控制传感器的正确安装,使车间内环境温度和空气湿度都对性能始终保持处于精确掌控之中。一旦用户出现室内温度或湿度过高的异常情况,那么相关工作人员就要及时对室内温度和湿度系数进行自动调整,帮助其迅速恢复并达到之前应有的的数值[2]。
（三）改进钢网（模板）开孔的质量控制
相对于钢网，锡膏以及零件贴片机要求，也要相对提升，尤其印制板设计，钢网设计，配合锡膏的选择以贴片机之精准度，影响整个电子元器件表面自动组装之作业流程。每个关卡皆很重要，更要相互配合，越最前关越重要。
对于各种电子元器件产品表面的整体组装制造工艺而言,钢网的整体工艺是很重要的。钢网张力大小一般为35~48N/cm2，框架不可变形，金属板厚度误差在 10%以内，开口要跟印制板对准 （精度高），开口断面要垂直呈梯形，其中间凸出部份不可大于金属极厚的15%，钢版开口尺寸精度要在差内±0.01mm，不可超过±0.02mm。影响焊锡膏钢网放到印制板焊盘上效果的三个主要因素是：
a.钢网开口的宽厚比（Aspect Ratio）/面积比（Area Ratio）
b.钢网开口的形状
c.钢网开口孔壁的粗糙度
一般钢网设计的开口尺寸（面积）比印制板焊盘的尺寸（面积）小。适当减小开口尺寸和模板的不同开口的形式，对减小回流焊焊接后的锡珠、桥接等缺陷有很大的帮助。开口有一个最小的圆角有利于减小锡珠的产生并有利于模板的清洗。对于真空回流焊设备，BGA类球形开孔尺寸须缩减20%，具体需根据工艺调整。
（四）氮气真空回流焊接工艺
随着电子组装产品的发展，大量的表面贴焊元器件已广泛应用在军工装备产品中，传统的热风回流焊接工艺已经不能满足当前产品生产和质量的要求，尤其是现在大面积接触式焊点和陶瓷封装和金属封装的BGA和CCGA、QFN等复杂器件和高铅产品的大量使用，都对焊接提出了更加严苛的的要求，采用先进的电装工艺技术刻不容缓。要知道，锡膏在回流焊接过程中，熔融焊料中产生的气体是无法逃逸出去，最终停留在焊点内部形成空洞。超标的焊接气泡和元器件引脚不爬锡都会对焊点可靠性产生负面的影响，包括：1.焊点机械强度下降；2.元器件和印制板电流通路减少；3.高频器件的阻抗增加明显；4.导热性降低导致元器件过度升温；5.元器件引脚在高温环境中氧化不爬锡等（如QFN类、排阻类）。
经过将氮气充入回流焊炉中，当产品经过预热区、高温区、真空腔体在真空负压的焊接条件下，焊料的表面张力束缚作用大大减小，焊料的润湿扩散能力能大幅度提升，对于高铅的CBGA，这种功能可以保证器件引脚得到优良的焊接效果，焊膏对引脚的包裹率更好，爬锡更好，可靠性更高。当前，只有通过真空回流焊接工艺，才能稳定实现国军标要求范围内或以下的空洞率，是解决空洞率问题最为有效的手段。可以直接消除98%以上焊接中形成的气泡和空洞，这对于军工装备高可靠性行业的焊接需求有着极其重要的意义。
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真空回流焊结构图
（五）加强数据关联分析,优化工艺参数
优化前端参数安装组合,通过不断的探索总结研究实践,建立前端工艺组装参数组合优选数据库,持续努力提升我国军工装备电子元器件前端表面工艺组装生产过程中的工艺水平。由此我们可以充分验证,要使我们想不断提升其在电子电路元器件整体表面材料组装过程工艺的整体应用技术质量,需要从组装工艺设计实施的各个工艺流程中来进行技术分析,通过工艺数据之间关联性的分析,合理正确选择各种工艺技术参数,只有这样我们才能保证在军工装备电子电路元器件整体表面材料组装过程工艺技术质量应用水平不断得到提升。
三、结语
综上所述,在军工装备电子电路元器件表面产品组装技术工作当中,相关的插件组装技术工作人员必须都需要对系统整合插件装配工作过程细节加以充分的了解掌握,同时在军工装备电子电路元器件表面产品组装工作流程当中,对每一个军工装备电子电路元器件相互之间的组装衔接合理程度都非常需要充分加以注意,需要对军工装备电子电路元器件表面产品组装插件工艺根据不同电子产品工艺特性实际需要进行工艺参数值的选择和工艺持续进行优化和对参数进行组合,提升军工装备电子电路元器件表面产品组装插件工艺产品质量控制能力,充分保证军工装备电子产品插件整体的质量稳定性和使用安全性,制造生产出各种高质量的和高可靠性的军工装备电子产品插件组装产品。
参考文献：
[1]电子元器件制造中非正态工艺参数的质量控制与评价探讨[J]. 谭思亮,许波,王晋荣. 电子元器件与信息技术. 2019(10)
[2]电子元器件表面组装工艺质量改进策略分析[J]. 肖忠英. 机电信息. 2020(09)