电路板回流焊接工艺实时监控研究.docx

电路板回流焊接工艺实时监控研究 摘要：回流焊接可靠性直接影响电子产品在其服役生命周期的稳定、可靠、安全对回流焊接可靠性的研究，国内外SMT行业面临越来越苛刻的挑战，仅仅依靠用测温板在批量生产前对炉温进行抽样检测这种传统手法，已无法全面保证回流焊接的品质及可靠性，并且也无法实现焊接品质问题的可追溯性因此开发研究用于实时监控回流焊接设备工作状况和即时测量每片电路板温度曲线的实时监控系统成为SMT行业发展的当务之急，也必将成为未来的发展趋势关键词：回流焊接；实时监控；温度曲线；设备状态引言：回流焊接实时监控系统的应用能够科学地自动化、网络化进行现场过程管理，对工艺制程和设备能力进行预警、预测变异趋势综合实时监控系统智能化、自动化监控每片产品的焊接质量状况，并能将每片产品的焊接温度曲线都与该板的条码链接起来，以实现焊接品质的可追溯性同时也具有监控焊炉产品层面温度的实时波动，链速的波动，SPC实时趋势判异，CPK制程能力指数监控及PPI实时风险趋势分析等功能通过批量数据信息的采集，对回流焊温度曲线实时监控，并实时智能分析各项工艺参数，加强管控回流焊接风险，进一步提高产品焊接可靠性后续配合MES系统等智能管理软件，实现智能化、自动化，无人化管理模式。

1 影响焊接可靠性的因素回流焊接的品质受诸多因素的影响，例如焊接温度、设备传送链条速度、热对流风速、传送轨道振动、传送轨道形变等等，而最重要的因素是回流焊炉的温度曲线在PCBA焊接生产过程中，影响焊接质量的最关键因素是回流炉温度参数的设置，通过理论温度曲线，可以为回流炉参数的设置提供可参考的温度区间，一般情况下，温度的分布受组装电路板的器件分布、器件的热特性、焊膏特性和回流炉加热效率的影响实际操作中，并不能保证整个电路板每个焊点的温度曲线都能够达到理想的情况，需要综合考虑各种影响设置最为合理的温度参数回流焊接温度曲线一般分为预热段、保温段、回流段、冷却段1)预热段这一段目的是将电路板的温度从环境温度提高到助焊剂所需的有效温度，但加热的速率不能过快，否则热冲击会损坏PCB基板和元器件;太慢则会导致助焊剂中溶剂挥发不充分，影响焊点的润湿性根据不同助焊剂的活性，通常这一阶段典型的升温速率为1－3℃/秒2)保温段保温段主要目的是确保在进入焊接之前整个电路板温度趋于均匀，从而使温差最小化太长的或者过短的保温周期都会导致不同的焊接质量问题，因此保温周期的参数应根据电路板实际情况及回流炉加热效率来确定。

3)回流段这一段温度已经超过焊膏的溶点温度，元器件焊点浸润温度曲线的峰值一般为210℃－230℃，达到峰值温度的持续时间为3－5秒，超过铅锡合金熔点温度的持续时间维持在20－30秒之间，时间过短或过长都会造成不同的焊接质量问题4)冷却段这一段焊膏已经熔化并充分润湿焊点表面，应该用较快的速度来进行冷却，但是过快的降温会造成线路板产生冷应变，导致PCBA的焊接质量问题，根据电路板实际情况这一阶段的降温速率一般为3-10℃/秒2 系统功能2.1 条码追溯功能每一片被监控的待焊接电路板，进炉前进行条码读取，进炉后，将自动匹配该板之条码，在出炉时，此条码信息及温度曲线信息一并写入文件，实现后续刷条码即可查出该电路板温度曲线的功能可追溯性在产品出现品质问题、客诉问题时，可即时了解当时问题产品的温度曲线，查清问题是否与焊接有关;另外在持续品质改善过程中，可通过条码追踪不同温度优化设置下，产品焊接品质的对应情况[1]2.2 测温板学习及温度监控实时监控系统通过学习测温板过炉状态，再以学习曲线与测温板实测曲线结合，监控正常生产的每片生产板的温度曲线1)学习过程根据测温板上各热电偶探头实测温度曲线，结合实时监控测温板所到达之焊炉分区所引起的能量变化曲线，为各通道分别建立对应通道热容数据模型。

测温板上各热电偶探头实测温度曲线：实时监控测温板所到达之焊炉分区所引起的能量变化曲线:2.3 产品制程稳定性监控对各种不同大小、尺寸、材质的产品进行各工艺参数(峰值温度、回流时间、预热斜率、浸温时间、冷却斜率等)进行实时SPC统计分析，了解各通道任一工艺参数的制程能力CPK通过对产品制程能力的监控，了解当前制程的稳健程度，及时了解潜在制程风险信号，及时采取措施，在制程风险尚未恶化之前，将一切品质问题扼杀在萌芽状态2.4 焊炉设备稳定性监控对回流焊炉各个加热区的加热稳定性，热补偿及时性，到位程度，补偿能力等及时监控，深入及时动态分析各区加热源的实际温度波动情况，对设备加热能力的稳定性(CMK)进行SPC统计分析;通过对设备各加热区加热能力的了解，从温度波动之变异源抓起，透视炉子加热、补热能力，分析焊炉能力是否适合生产该产品，当前进板节奏是否会让焊炉吃不消等，如何改善、提升焊炉的供热稳定性2.5 链条稳定性监控实时测试链速，当链速下降超过预设范围使软件报警并停止进板通过监控进板时间与出炉时间的差值来监控板子的过炉时间，通过监控实际过炉时间与理论过炉时间进行对比，超出理论过炉时间，软件自动报警，并提示‘卡板、挤板’现象;挤板导致板子行进顿挫，产生振动、在炉内停留时间过长，导致焊点发黑、掉件、过度氧化等问题，卡板若不及时取出，将直接导致烧板。

通过监控及时发出警报，及时解决问题[2]结论：简而言之，本文阐述了电路板回流焊接的实时监控系统，对影响电路板焊接可靠性的工艺因素:温度、链速、风速、轨道振动、轨道形变等进行剖析，通过先进监控技术实现离线监控解决方案及智能实时监控的解决方案，实现回流焊接工艺的最优方案，保证了电路板回流焊接的质量参考文献：[1]Q/QJB235-2014航天电子电气产品有铅、无铅混合再流焊焊接技术要求．[2]江平．无铅有铅混装焊接技术．电子工艺技术，2017(11)．-全文完-。