本發(fā)明涉及一種電子產(chǎn)品中印制板組裝過程的焊膏涂覆應用中，用于無需漏印模板，實現(xiàn)同一塊印制板中不同厚度、不同外形的焊膏體精確3d打印。

背景技術(shù)：

如今，電子裝聯(lián)技術(shù)已普遍采用電子裝聯(lián)技術(shù)smt。從廣義上，新一代電子裝聯(lián)技術(shù)即表面貼裝技術(shù)smt包括了表面貼裝組件smc、表面貼裝器件smd、表面貼裝印刷電路板smb、普通混裝印刷電路板pcb、點膠、涂膏、表面貼裝設(shè)備、元器件取放系統(tǒng)、焊接及在線測試等技術(shù)內(nèi)容，是一整套完整的工藝技術(shù)過程的統(tǒng)稱。在smt生產(chǎn)過程中,采用金屬漏板模板漏印焊膏已成為分配焊膏的一個重要手段,它可以快速地,定量地將焊膏分配到每一個焊盤上去。焊膏漏印是一項復雜的工藝，既受材料的影響，同時又跟設(shè)備和參數(shù)有直接關(guān)系。印制電路板pcb裝聯(lián)工藝中的焊膏涂覆是應用絲網(wǎng)印刷機或漏印模版涂覆將焊膏或貼片膠漏印到pcb的焊盤上，為元器件的焊接做準備。在smt工藝中，主要包括三個基本環(huán)節(jié)：涂布焊膏、貼片以及焊接，而最重要的是焊膏涂覆。焊膏涂覆可用絲網(wǎng)印刷/漏印模版印刷方法。它位于smt生產(chǎn)線的最前端。在印刷中，刮刀在加壓的情況下以一定的速度推動焊膏，使之通過漏印模版上的窗口分配到pcb焊盤上，這一過程實質(zhì)上是焊膏流體的動態(tài)運動過程。在動態(tài)運動過程中，刮刀施加壓力時材料易發(fā)生變形，從而使焊膏的分配發(fā)生偏差。smt中的絲網(wǎng)印刷最困難的是怎樣把適量的焊膏準確地分配到網(wǎng)印pcb的焊盤上，難點就在于適量和準確。適量是漏印到pcb焊盤上的焊膏既不靠絲網(wǎng)印刷機的印刷精度保證，而且還涉及網(wǎng)版材料、厚度；漏印模版的厚度、窗口設(shè)計形狀及窗口尺寸大小，漏印模版與pcb工藝間距，包括刮刀材料、硬度、角度；印刷方向、速度、壓力；焊膏種類、粘度，工作的環(huán)境溫度、溫度等十多種工藝因素的綜合控制。漏印中如果刮刀間隙或焊膏黏度太大，漏印后焊盤易呈現(xiàn)小山峰狀，產(chǎn)生拉尖。如果刮刀壓力太大，焊膏黏度太小，pcb板定位不牢，印刷后，焊膏往兩邊塌陷，出現(xiàn)坍塌。如果印刷窗口阻塞或部份焊膏粘在模板底部，焊膏中有較大尺寸的金屬粉末顆粒，易產(chǎn)生印刷不完全。印刷不完全是指焊盤上部分地方?jīng)]有印上焊膏。基板厚和窗口尺寸過大，焊錫膏施放量就過多，易造成“橋接”。如果模板厚度不符合要求(太薄)；刮刀壓力太大，焊膏流動性較差，會產(chǎn)生焊膏太薄。如果模板與pcb板不平，焊膏攪拌不均勻，使得顆粒度不一致，印刷后，會產(chǎn)生焊盤上焊膏厚度不一致。如果焊膏黏度偏低，焊盤涂覆層太厚，模板窗孔孔壁粗糙會產(chǎn)生邊緣和表面有毛刺。如果模板窗口尺寸過大，鋼板與pcb板之間的間隙太大，容易造成橋聯(lián)而產(chǎn)生焊膏量太多的缺陷。如果以上所述的影響因素都得到控制，但是仍然不能實現(xiàn)同一塊印制板上焊膏厚度可變的要求。雖然焊膏印刷作為電子行業(yè)中最主要的焊膏涂覆方式得到了廣泛的應用。但隨著組裝工藝的復雜化和組裝方式的多樣化,傳統(tǒng)焊膏印刷的使用受到了限制。

現(xiàn)有焊膏涂覆技術(shù)中采用焊膏漏印、焊膏噴印兩類涂覆方式。在焊膏漏印涂覆方式中，采用在印制板上放置開有不同孔洞(空洞位置和形狀根據(jù)印制板元器件焊盤位置和大小對應)焊膏漏印模板，位置對齊后，印刷機通過焊膏刮刀以一定角度和速度對焊膏漏印模板施加一定的壓力，讓成品焊膏漏印到印制板中的焊盤上形成的焊膏體，該模式由于采用的焊膏漏印模板厚度是一定的，漏印形成的焊膏體厚度基本也是相同的，因此制約了在同個印制板中不同元器件焊盤的焊膏厚度變化，這就可能造成影響焊接質(zhì)量的情況：在印制板非平坦的襯底表面進行焊膏印刷，可能同時包含大尺寸和小尺寸的元件，在焊接時，針對細間距器件距引線間的間距小、焊盤面積小、漏印的焊膏量較少。一些小型元器件焊盤小，需要的焊膏量少，在焊盤面積確定的情況下，焊膏涂覆厚度偏厚，焊膏量偏多，導致焊接產(chǎn)生錫珠、短路、浸潤不好等焊接質(zhì)量。而一些大的元器件焊盤大，需要的焊膏量多，在焊盤面積確定的情況下，焊膏涂覆厚度偏薄，使得焊膏量偏少，導致焊接少錫、開路等焊接質(zhì)量。又由于焊膏漏印涂覆方式中，每塊印制板至少需要一個漏印模板，尺寸大的還必須正反面各一個漏印模板，漏印模板的加工、漏印模板模板的清洗設(shè)備及輔料占據(jù)了很大的生產(chǎn)成本。同時，雖然對同一種印制板涂覆焊膏速度較快，但是在更換產(chǎn)品時，需要拆卸、裝夾、清洗漏印模板等操作，這些操作同樣需要花很多工作時間，影響工作效率。在回流焊接中出現(xiàn)的錫球常常藏于矩形片式組件兩端之間的側(cè)面或細距引腳之間。在組件貼裝過程中，焊膏被置于片式組件的引腳與焊盤之間，隨著印制板穿過回流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等潤濕不良，液態(tài)焊錫會因收縮而使焊縫填充不充分，所有焊料顆粒不能聚合成一個焊點。部分液態(tài)焊錫會從焊縫流出，形成錫球。若片式組件的一對焊盤大小不同或不對稱，也會引起漏印的焊膏量不一致，小焊盤對溫度響應快，其上的焊膏易熔化，大焊盤則相反。多年來，在電子表面組裝生產(chǎn)中，雖然鋼網(wǎng)印刷是一種成熟的工藝，但依然有一些公認的難點和缺陷。在小批量多品種的高混裝生產(chǎn)中，產(chǎn)品的更換過程缺乏靈活性。在整個表面貼裝工藝中，它依然是影響焊接質(zhì)量的最主要的因素。在調(diào)試完好的工藝中，約70％的焊接問題源于鋼網(wǎng)印刷。如橋接少錫、開路、橋接等大部分的問題源于網(wǎng)板印刷這道工序。制作和運輸網(wǎng)板可能會占用生產(chǎn)時間，每個單獨的組裝工序會影響后面的工藝環(huán)節(jié)網(wǎng)板印刷有刮刀和鋼網(wǎng)，有多個參數(shù)會影響印刷的結(jié)果。

焊膏噴印涂覆在技術(shù)上采用了免網(wǎng)板印刷和高速焊膏涂覆的噴印方法。這種技術(shù)類似于文件的噴墨打印技術(shù)。換而言之，這意味著某個pcb的cad數(shù)據(jù)或光繪數(shù)據(jù)可以離線轉(zhuǎn)換，然后被傳送到噴印機中，并可按需要的份數(shù)來噴印。由于獨特的噴射系統(tǒng)，高速的焊膏噴涂條形碼和id芯片有效防止焊膏被用錯的風險。這種技術(shù)根據(jù)pcb的設(shè)計，通過噴印頭結(jié)構(gòu)，將焊膏管中的焊膏以極微小點噴射到pcb的焊盤位置上。噴印頭系統(tǒng)經(jīng)測試最快每秒鐘能噴出500點，實現(xiàn)飛行的焊膏噴印。高速焊膏噴印達到3g的加速度需要一個非常堅固的設(shè)計。焊膏管裝在輕質(zhì)化設(shè)計的焊膏盒中，而焊膏盒能快速切換式地卡入機器內(nèi)。焊膏盒能在幾秒鐘內(nèi)完成更換，能在極短的時間內(nèi)進行有鉛和無鉛焊膏生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換。這種無接觸的噴印技術(shù)沒有壓力加在pcb上，不需要任何pcb的支撐銷。噴印程序能根據(jù)參考點來自動對位和調(diào)整。3d方向噴印過程不受操作員影響。控制軟件整個過程完全由軟件來控制，焊膏量能根據(jù)需要來改變。可在需要印刷的每個單獨的焊盤、元件和封裝來微調(diào)焊膏的涂覆量、覆蓋面積、厚度和層數(shù)。使用噴印技術(shù)后，影響印刷質(zhì)量的參數(shù)，包括刮刀壓力和速度、脫模速度等，或者說間接影響焊接效果的參數(shù)被減少很多?？傮w而言，參數(shù)或者是工藝步驟的減少，提高了可靠性。在網(wǎng)板印刷中，各種參數(shù)或工序會影響到印刷的結(jié)果，包括網(wǎng)板的制作等，共涉及到大約有十多種不同的操作。而在焊膏噴印時，參數(shù)被減少到二到三個。每一個參數(shù)的去除，均提高了工藝的穩(wěn)定性。由于噴印技術(shù)不需要使用網(wǎng)板，可以離線編程，所以完成整個的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換只需要幾秒鐘，每種產(chǎn)品的生產(chǎn)從開始至完成的效率極高。機器的準備軟件會把數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換而生成“虛擬網(wǎng)板”。“自動匹配”功能會確定每個焊盤的最佳焊膏量，操作員可以在焊盤庫內(nèi)作選擇，也可以為復雜或異型元件自建新的噴印圖案。當操作員完成后，會生產(chǎn)噴印程序，并傳送到噴印機。省卻了網(wǎng)板意味著節(jié)省了其它的成本。例如觸點陣列封裝lbga焊接后的支撐高度很低，清洗困難，而且由于焊劑殘留問題，形成空洞和錫珠的幾率會增大，空洞和錫珠的形成與焊膏成分又有著密切關(guān)系。觸點陣列封裝lbga器件部分焊盤上有較多焊錫，在焊盤中間還存在或大或小的錫珠，很多焊盤上明顯少錫，部分焊盤則幾乎沒有焊料潤濕，對應的pcb焊盤上也是同樣的情況。焊膏噴印量及濕度的變化對觸點陣列封裝lbga焊點少錫合并錫珠缺陷的產(chǎn)生影響顯著。造成該焊接缺陷的機理是：lbga這種封裝底部間隙非常小的元器件存在毛細管現(xiàn)象，在回流焊過程中，噴印焊膏飛濺極易產(chǎn)生錫珠。該缺陷直觀表現(xiàn)為部分焊盤上的焊錫被偷走至其他焊盤上了，過多的焊錫使得整個器件浮高，從而使得其他焊盤幾乎沒有焊錫潤濕。

由于焊膏噴印涂覆方式采用對成品焊膏施加氣壓，使得焊膏噴射在印制板上，每個焊盤由多個點狀焊膏點陣排列形成最終的焊膏體，雖然焊膏量可以根據(jù)焊盤大小進行控制，但是，由于焊膏體由多個點狀焊膏組成，其外形不可控，焊膏體外形精度差導致小型封裝器件焊接容易短路。又由于目前采用焊膏噴印涂覆方式為了取得好的精度，不得不采用口徑小的噴嘴，口徑越小越容易堵塞。雖然焊膏噴印不需要漏印涂覆方式中的焊膏漏印模板，但是這種涂覆方式中，每一個焊膏體需要多次噴射點狀焊膏才完成，導致焊膏涂覆的效率很低，最主要是焊膏形狀不可精確控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種焊膏體外形可控，焊膏涂覆效率高，并能實現(xiàn)不同厚度、不同外形的3d精確打印焊膏體的工藝方法。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供的一種印制電路板上3d打印焊膏體的工藝方法，其特征在于包括如下步驟：在所述印制電路板上的元器件焊盤位置，通過不同3d打印頭、3d打印的層文件和打印程序控制焊膏體中的每層助焊劑的厚度和每層焊錫層粉末的厚度，先打印一層與焊盤形狀一致的助焊劑作為焊錫粉末固定介質(zhì)，再在這些位置的助焊劑上打印一層焊錫粉末，并在逐層打印完一個獨立焊膏體后再進行下一個焊膏體的打印，讓逐層打印的助焊劑層2和焊錫粉末層3進行混合，在打印過程中實時形成焊膏體4，這樣交替逐層打印，逐層交替打印助焊劑層和焊錫粉末層形成所需焊膏體，在最后一層以打印助焊劑作為3d打印焊結(jié)束，在同一塊印制板上形成不同厚度、不同外形的助焊劑和焊錫粉末多層流體自然復合的焊膏體布局分布。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。

焊膏體外形可控。本發(fā)明在同一塊印制板上，通過不同3d打印頭、3d打印層文件和打印程序控制焊膏體中的每層助焊劑的外形厚度和每層焊錫層粉末的外形厚度，采用先在印制板的所有焊盤上打印一層與焊盤形狀一致的助焊劑作為焊錫粉末固定介質(zhì)，再在這些位置的助焊劑上打印一層焊錫粉末，通過助焊劑與焊錫合金粉末逐層打印，在印制板上形成元器件焊接所需的焊膏體，這樣交替逐層打印，可以在同一塊印制板上形成不同厚度、不同外形的助焊劑和焊錫粉末多層流體自然復合的焊膏體布局分布。。解決了現(xiàn)有技術(shù)由多個點狀焊膏組成焊膏體，焊膏體外形不可控，焊膏體外形精度差導致小型封裝器件焊接容易短路的問題。

焊膏涂覆效率高，本發(fā)明應用3d打印技術(shù)原理，在3d打印過程中，將助焊劑和焊錫粉末分開逐層交替打印，實時完成助焊劑與焊錫粉末的混合，形成可以焊接的焊膏體。這種逐層交替打印助焊劑和焊錫粉末形成所需焊膏體，不需要攪拌等工序，各層助焊劑和焊錫粉末流體在打印過程中自然混合，實時形成焊膏體，不僅大幅度地提高了焊錫膏涂覆速度，而且，這種實時形成的焊膏體成品不會出現(xiàn)儲存后分層，使用中，避免了現(xiàn)有技術(shù)助焊劑和焊錫粉需要攪拌工序的復雜性，解決了攪拌工序中易吸附大量空氣、水汽和粉塵等會產(chǎn)生錫珠或焊錫量少不均的質(zhì)量問題和焊接時，可能導致產(chǎn)生焊膏炸裂的現(xiàn)象。利用本發(fā)明不需要漏印鋼模板、漏印模板更換及清洗，沒有漏印鋼模板使用壽命限制，同時也不需要先前配制焊膏成品進行噴印，在節(jié)約成本上效果更明顯。解決了現(xiàn)有技術(shù)焊膏噴印工藝，在同一塊印制板上不能控制焊膏厚度變化，外形變化精確控制難的問題。避免了傳統(tǒng)焊膏印刷工藝技術(shù)，不能精確控制焊膏外形，焊膏厚度可變難難，外形變化精確控制難的問題。

實現(xiàn)不同厚度、不同外形的焊膏體精確3d打印。本發(fā)明在所述印制板上的元器件焊盤位置，由3d打印的層文件和打印程序控制焊膏體中的每層助焊劑的外形厚度和每層焊錫層粉末的外形厚度，助焊劑與焊錫合金顆粒逐層打印，在印制板上形成元器件焊接的焊膏體，在最后一層以打印助焊劑作為3d打印焊結(jié)束，在同一塊印制板上形成不同厚度、不同外形的助焊劑和焊錫粉末多層流體自然復合的焊膏體布局分布。，并且在同一塊印制板上，打印形成的焊膏體的最終厚度也可以根據(jù)具體情況進行變化，保證了焊接質(zhì)量。避免了傳統(tǒng)焊膏印刷工藝技術(shù)中，在同一塊印制板上不能控制焊膏厚度變化的缺點，同時避免了現(xiàn)有的焊膏噴印工藝技術(shù)中，不能精確控制焊膏外形的缺點。通過3d打印實時形成焊膏體，每層助焊劑和每層焊錫粉末的外形厚度都可以精確控制，不存在保存時效限制問題。在3d打印過程中，雖然應用了3d打印技術(shù)原理，但是，在打印過程中，并不采取任何措施讓焊膏體中焊錫粉末熔化，只是形成精確的焊膏體形狀，在后期焊接工序中才熔化焊膏體中焊錫。在同一塊印制板上可能存在臺階、凹槽內(nèi)有焊盤，由于打印頭在程序控制下上下運動控制焊膏體的高度，可以在該印制板這些不同平面內(nèi)同時進行焊膏3d打印。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

圖1顯示的是本發(fā)明一個典型實施例的3d打印焊膏體的印制電路板剖視圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3展示了本發(fā)明單個矩形焊膏體的3d打印過程示意圖。

圖4展示了變形焊膏體的3d打印過程示意圖。

圖中：1.印制板，2.助焊劑層，3.焊錫粉末層，4.焊膏體。

下面通過結(jié)合附圖和實施例一步說明本發(fā)明。

具體實施方式

參閱圖1～圖4。根據(jù)本發(fā)明，在所述印制電路板上的元器件焊盤位置，通過不同3d打印頭、3d打印的層文件和打印程序控制焊膏體中的每層助焊劑的厚度和每層焊錫層粉末的厚度，先在印制板的所有焊盤上打印一層與焊盤形狀一致的助焊劑作為焊錫粉末固定介質(zhì)，再在這些位置的助焊劑上打印一層焊錫粉末，并在逐層打印完一個獨立焊膏體后再進行下一個焊膏體的打印，讓逐層打印的助焊劑2和焊錫粉末3進行混合，在打印過程中實時形成焊膏體4，這樣交替逐層打印，逐層交替打印助焊劑和焊錫粉末形成所需焊膏體，在最后一層以打印助焊劑作為3d打印焊結(jié)束，在同一塊印制板上形成不同厚度、不同外形的助焊劑和焊錫粉末多層流體自然復合的焊膏體布局分布。

在以下附圖和實施中，第一步，助焊劑打印頭根據(jù)打印程序設(shè)置的助焊劑控制厚度，在印制板1上的焊盤位置，打印與焊盤形狀相同的助焊劑層2和固定助焊劑層的焊錫粉末層3；整個印制板1上的焊盤的助焊劑1打印完成后，進行第二步，換作焊錫粉末打印頭打印與焊盤形狀相同的焊錫粉末層3，焊錫粉末層3厚度由打印程序設(shè)置厚度進行控制；整個印制板1上的焊錫粉末層3打印完成后，進行第三步，并依次類推，交替打印助焊劑層2和焊錫粉末層3，直到焊膏體4的厚度達到打印程序設(shè)置厚度值為止，最后一步，必須打印一層助焊劑層2，固定焊錫粉末層3，最終形成所需的焊膏體4。打印完成后焊膏體4分布在印制板1(局部)上。

焊膏體4已經(jīng)打印完成，對于一些焊膏體還沒有達到要求的厚度，繼續(xù)對這些焊膏體繼續(xù)交替打印焊錫粉末層3和助焊劑層2，直到整個焊膏體達到設(shè)計要求為止。

在逐步打印助焊劑層2和焊錫粉末層3的過程中，助焊劑層2是流動液體，在打印過程中不可能如圖2中所示為矩形，除第一層附著在印制板1的焊盤上外，其他各層的助焊劑層2都會向下滲透，正是經(jīng)過這一過程，讓逐層打印的助焊劑層2和焊錫粉末層3進行混合，在打印過程中實時形成焊膏體4。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作若干變形和改進。比如，本發(fā)明可以將焊膏的成分細分成更多種類的打印原料采用更多的3d打印頭與之對應，逐層3d打印焊膏體。又比如，在本發(fā)明實例中，打印層數(shù)(或步驟數(shù))并不只限于該優(yōu)選實施例的層數(shù)(或步驟數(shù))，實際應用中，打印多少層(或步驟數(shù))均可以根據(jù)具體要求進行設(shè)置、改變。又比如，本發(fā)明在在印制板的所有焊盤上打印同一層時，可能存在印制板尺寸過大，3d打印頭的工作范圍不能涵蓋整個印制板，那么，只能將每層分幾次打印。又比如，在本發(fā)明實例中，打印的助焊劑層厚度和焊錫粉末層厚度是通過程序設(shè)置可以改變。又比如，本發(fā)明可以逐層打印完一個獨立焊膏體后再進行下一個焊膏體的打印，即每個焊膏體單獨逐層打印(如圖3、圖4)。又比如，3d打印的焊膏體剖面或俯視投影的形狀可以是矩形、半圓形、三角形、梯形等所有基本形狀以及由這些基本形狀之間任意組合形成的不同形狀。這些變更和改變應視為屬于本發(fā)明的保護范圍。