焊膏印刷機(jī)制造數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王雙記

（中國人民解放軍91388部隊(duì)，廣東湛江，524022）

表面貼裝技術(shù)（Surface Mount Technology，SMT）的廣泛應(yīng)用為我國信息化建設(shè)，特別是為各種新型設(shè)備的小型化、輕量化、高性能、高頻率的發(fā)展，提供了有效的技術(shù)途徑。但是，SMT在發(fā)展的同時(shí)也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，即在生產(chǎn)過程中無法對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將生產(chǎn)過程中的錯(cuò)誤及時(shí)的反饋給用戶。這導(dǎo)致印刷電路板（Print Circuit Board，PCB）無法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、和低成本的生產(chǎn)。

SMT基本流程是焊膏印刷、貼裝、回流焊接、清洗、檢測(cè)。焊膏印刷作為SMT中的第一道工序，它直接影響著后序工藝，并決定著產(chǎn)品的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，60%-70%的焊接缺陷都是由不良的焊膏印刷結(jié)果造成的[1]。為了解決上述問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊膏印刷機(jī)關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)分析的軟件。

1 焊膏印刷質(zhì)量因素分析

焊膏印刷機(jī)常被用作印刷焊膏或貼片膠，其功能主要是將貼片膠或焊膏準(zhǔn)確無誤的漏印到對(duì)應(yīng)印制板的位置。影響焊膏印刷質(zhì)量的因素非常多，最關(guān)鍵的要屬焊膏特性、印刷工藝參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)版制作。

1.1 焊膏特性

焊膏主要組成主要包括助焊劑、焊料顆粒、溶劑、調(diào)節(jié)劑等。焊膏不同，成分不同，適用范圍也不同。為了保證焊膏的質(zhì)量，要使焊膏滿足三個(gè)特性：

首先：要具有良好的可印刷性。焊膏的主要性能體現(xiàn)在顆粒大小與粘度兩個(gè)方面。焊膏粘度過大時(shí)，易粘到刮刀上面，造成焊膏印刷不到模板上；焊膏粘度過低時(shí)，則不易控制焊膏的沉積形狀，印刷后會(huì)塌陷，這樣容易產(chǎn)生橋接，同時(shí)在使用軟刮刀或刮刀壓力較大時(shí)，會(huì)使焊膏從模板開孔中被刮走，從而形成凹型焊膏沉積，使焊料不足而造成虛焊。

其次，要具有良好的粘合性。焊膏粘性不夠時(shí)，印刷過程中焊膏將不會(huì)在模板上滾動(dòng)；焊膏粘性過大時(shí)，焊膏將會(huì)掛在模板孔壁上，不能全部漏印到焊板上。

最后，要具有良好的可焊接性。如果焊膏印刷后保存的時(shí)間過長或印刷周期過長，會(huì)因溶劑等物質(zhì)揮發(fā)而增加氧化程度，影響焊料的濕潤性。

1.2 網(wǎng)板

網(wǎng)板主要由絲網(wǎng)、網(wǎng)框和掩膜圖形等組成。具體參數(shù)設(shè)置包括網(wǎng)板開孔尺寸、厚度及開孔方向。網(wǎng)板開孔尺寸主要由印刷板對(duì)應(yīng)焊盤的尺寸決定；網(wǎng)板的越厚則開孔越小，越不有利于焊膏釋放；焊膏釋放在焊盤的長度方向與印刷方向一致時(shí)，印刷效果較好。常見網(wǎng)板設(shè)計(jì)工藝見表1。

表1 網(wǎng)板開口尺寸厚度寬度及引線間距的關(guān)系

2.3 印刷機(jī)參數(shù)

焊膏印刷過程涉及到的參數(shù)非常多，每個(gè)參數(shù)的設(shè)置都將影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。

（1）刮刀的壓力

刮刀的壓力改變將對(duì)印刷造成重大影響。壓力太小將使得焊膏不能有效抵達(dá)模板的開孔底部并且很好地沉積在焊盤上；壓力太大將使得焊膏印刷太薄，更有損壞模板的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）印刷的厚度

印刷的厚度與網(wǎng)板厚度有密切關(guān)系，除此之外，與焊膏特性、機(jī)器參數(shù)設(shè)定相關(guān)。印刷過程中經(jīng)常需要調(diào)整刮刀的速度和壓力，依此實(shí)現(xiàn)印刷的厚度微調(diào)。

（3）印刷的速度

在刮刀的推動(dòng)下，焊膏將會(huì)在網(wǎng)板上向前滾動(dòng)。印刷速度設(shè)置較快時(shí)，對(duì)網(wǎng)板的回彈將起到積極作用，但會(huì)阻礙焊膏的傳遞；速度設(shè)置過慢，會(huì)降低焊膏在鋼網(wǎng)上的滾動(dòng)速度，降低焊盤上焊膏的分辨率。

2 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

2.1.1 性能需求

為了使PCB實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率和低成本的生產(chǎn)，必須對(duì)SMT的成產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該軟件的設(shè)計(jì)可以用于對(duì)焊膏印刷機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、故障、任務(wù)及其它制造信息進(jìn)行靈活的統(tǒng)計(jì)、分析。對(duì)于采集到的制造數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將其轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)曲線的形式顯示出來。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息深層次分析，加強(qiáng)了對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)管力度，提高了監(jiān)控生產(chǎn)過程的能力。本軟件可以廣泛的用在含有焊膏印刷機(jī)的電子電路制造平臺(tái)上。

2.1.2 功能需求

軟件首先需要從焊膏印刷機(jī)中提取出其制造數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以一定的格式存放在服務(wù)器中。當(dāng)對(duì)焊膏印刷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行離線分析時(shí)，軟件向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求獲取制造數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)格式將焊膏印刷機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，同時(shí)將其以動(dòng)態(tài)曲線的形式顯示給用戶。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該軟件采用C/S模式，可以分為三個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集、離線分析、數(shù)據(jù)顯示。其總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 總體功能結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊首先由客戶端下達(dá)操作指令并設(shè)定好采集數(shù)據(jù)的頻率，然后由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集相關(guān)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)以及生產(chǎn)過程中半成品的實(shí)時(shí)信息，這些信息都將顯示給客戶端，并以*.log的數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，作為離線分析模塊的輸入。其流程圖如圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊流程圖

2.2.2 離線分析模塊

離線分析模塊由客戶端下達(dá)操作指令并讀取數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的采集數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析。分析正確時(shí)將結(jié)果存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，以備數(shù)據(jù)顯示模塊調(diào)用；分析出錯(cuò)時(shí)將錯(cuò)誤信息反饋給客戶端。其流程圖如圖3所示。

數(shù)據(jù)采集模塊采集制造數(shù)據(jù)并存放在擴(kuò)展名為.log的文件中。在進(jìn)行離線分析時(shí)，首先要對(duì)文件進(jìn)行分析，提取出關(guān)鍵參數(shù)并存放到數(shù)據(jù)庫中。文件部分格式如下：

圖3 離線分析模塊流程圖

3.2.3 數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)顯示模塊是由客戶端發(fā)送顯示數(shù)據(jù)操作指令，程序讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的分析結(jié)果，，并將其生成動(dòng)態(tài)的曲線顯示給用戶。其流程圖如圖4所示：

圖4 數(shù)據(jù)顯示模塊流程圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用SQL Server2000和Visual C++6.0中的MFC來完成。

3.1 關(guān)鍵參數(shù)提取

在從“*.log”文件中提取關(guān)鍵參數(shù)時(shí)，使用了MFC中的類CstdioFile，該類從CFile類派生而來，每次讀取文本文件的一行。然后，對(duì)讀到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，截取出有用的數(shù)據(jù)。

下面是對(duì)關(guān)鍵參數(shù)“刮刀正行程位置”提取的操作：

3.2 數(shù)據(jù)庫連接

對(duì)制造數(shù)據(jù)分析完成之后需要將關(guān)鍵參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，程序使用了一個(gè)封裝數(shù)據(jù)庫類ADoconn來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的操作。其使用方法如下所示：

3.3 數(shù)據(jù)顯示

本系統(tǒng)引入了一個(gè)繪制實(shí)時(shí)曲線的插件clPlot，完成實(shí)時(shí)曲線的繪制功能。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的插件，用它可以方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滾動(dòng)的實(shí)時(shí)曲線繪制。

3.4 運(yùn)行界面

運(yùn)行程序，點(diǎn)擊“讀取文件”，找到制造數(shù)據(jù)文件并打開，程序便可以將關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)的顯示出來：

圖5 焊膏印刷機(jī)關(guān)鍵參數(shù)顯示

在圖5中顯示了文件名稱和文件創(chuàng)建時(shí)間，在界面左側(cè)顯示出了焊膏印刷機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，右側(cè)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪制。

5 結(jié)束語

介紹了焊膏印刷機(jī)關(guān)鍵參數(shù)，指出了影響焊膏印刷的各種因素，成功設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了焊膏印刷機(jī)制造數(shù)據(jù)處理軟件。本軟件可以實(shí)時(shí)查看印刷過程中焊膏印刷機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中設(shè)備的故障，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。