進板間隔對爐溫曲線的影響

摘 要：印板在回流焊接時，對爐溫曲線有較高的控制要求。爐溫曲線在測定時整個爐腔內(nèi)只有一塊測溫板，但是正式生產(chǎn)時，是連續(xù)生產(chǎn)方式，爐腔內(nèi)有多塊印板，此時爐溫曲線會有所變化。進板間隔越短，同時在爐腔內(nèi)的印板就越多，對爐溫曲線的影響也越大。本文就是研究進板間隔對爐溫曲線的影響，以找到合理的最小進板間隔。

關(guān)鍵詞：進板間隔；爐溫曲線；回流時間

1 引言

印板的回流焊接是SMT生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，而回流爐本身各個溫區(qū)的設(shè)置溫度，只能控制爐腔內(nèi)溫度，并不是真正傳導(dǎo)到印板器件上的實際溫度。因此在印板生產(chǎn)前需要制作專門的測溫板，以測定印板在爐腔內(nèi)的實際溫度，以確定實際的爐溫曲線是否滿足控制要求。

但是，用測溫板測試爐溫時，往往是在爐腔內(nèi)沒有其他印板的情況下進行，而實際生產(chǎn)時，是連續(xù)生產(chǎn)方式，印板以SMT流水線節(jié)拍為間隔，依次進入回流爐。此時由于爐腔內(nèi)印板較多，勢必會對實際爐溫造成影響。盡管現(xiàn)在我們公司使用的回流爐都是具有閉環(huán)控制的進口設(shè)備，但是其熱量補償總有一定的時間差，對印板上的實際爐溫曲線影響多大，都需要通過試驗進行驗證。

2 試驗驗證

2.1 試驗條件設(shè)定

由于回流爐內(nèi)各溫區(qū)采用閉環(huán)控制，本身熱容量較大，可以預(yù)見當(dāng)同時在爐腔內(nèi)印板越多時，對實際爐溫的影響會越大。換言之，印板的進入回流爐的間隔越短，對印板的實際爐溫曲線影響越大。因此，我們的試驗需要設(shè)定一個最短的進板間隔，以確定其對爐溫曲線的影響。

考慮到生產(chǎn)過程中實際的最短進板間隔，應(yīng)該是SMT生產(chǎn)線的節(jié)拍，一般來講是貼片機的最小生產(chǎn)節(jié)拍。但是印板本身復(fù)雜程度差異較大，很難確定最短的生產(chǎn)節(jié)拍。貼片機的前道印刷機的生產(chǎn)節(jié)拍相對固定，即使印板再簡單，印刷的時間也不會縮短太多，一般至少需要20秒。

綜合考慮，我們將最短進板間隔可以預(yù)設(shè)為20s。為了保證一定的余量，我們將試驗的印板進板間隔定在15秒左右。

2.2 試驗方法

首先將制作好的測溫板，在回流爐內(nèi)沒有印板的情況下測試爐溫曲線。然后以15秒左右的進板間隔將印板放入回流爐，在中間插入測溫板，以測定爐溫曲線。將兩條爐溫曲線進行對比，以確定縮短進板間隔對爐溫曲線的影響，以及是否仍在爐溫曲線的控制要求之內(nèi)。

2.3 試驗結(jié)果分析

實測后的兩條爐溫曲線，將兩條爐溫曲線的各個控制要點，列表1比較如下。

根據(jù)表1可以看到，兩條爐溫曲線在預(yù)熱階段差別不大，有兩個測溫點預(yù)熱時間略有減少。但是在回流階段，各測溫點回流時間普遍被拉長，峰值溫度也有所上升。各控制要點都符合控制要求。

這與預(yù)先設(shè)想中連續(xù)進板時，由于吸熱量變大，各階段溫度將普遍變低的預(yù)想有所不同。為了進一步分析連續(xù)進板時溫度反而上升的原因，我們將爐溫曲線與回流爐的各個溫區(qū)進行對應(yīng)后，作圖1如下。

試驗使用的回流爐由10個加熱溫區(qū)，以及兩個冷卻溫區(qū)組成。從上圖可以看到，回流時間（>200℃）的溫度曲線不僅落在最后兩個加熱溫區(qū)，還有部分落在第一個冷卻溫區(qū)。因此冷卻溫區(qū)對回流時間的長短也有顯著的影響。冷卻溫區(qū)的工作原理是通過冷凝水循環(huán)，利用頂部風(fēng)扇將冷風(fēng)吹出，使?fàn)t腔降溫。由于連續(xù)進板后，同時有多塊印板進入冷卻區(qū)，印板將加熱溫區(qū)的大量高溫直接帶到冷卻區(qū)，冷卻區(qū)的降溫效果就變差，導(dǎo)致印板的回流時間加長，甚至峰值溫度也略有上升。

為了驗證上述分析，我們再用回流曲線的具體數(shù)據(jù)來進行驗證。選取回流時間改變最多（增加8秒）的測溫點3來看，在單塊印板實測時，從200℃升溫到峰值溫度229℃耗時33秒，從229℃降溫到200℃耗時15秒；連續(xù)進板實測時，從200℃升溫到229℃耗時32秒，從229℃降溫到200℃耗時24秒。可見在升溫速度基本相當(dāng)?shù)那闆r下，降溫速度變慢，是使回流時間變長的主要原因。

3 結(jié)語

根據(jù)試驗驗證的結(jié)果，可以看到，即使在印板間隔15秒左右進爐的情況下，回流爐加熱溫區(qū)的熱容量和閉環(huán)控制能力都足以滿足印板焊接所需的熱量要求，不至于對焊接品質(zhì)造成不良。

但是由于連續(xù)進板時對冷卻溫區(qū)造成較大的負擔(dān)，使冷卻能力降低較多，造成了回流時間變長和峰值溫度升高的情況。盡管數(shù)據(jù)仍然在控制要求之內(nèi)，但是仍需引起重視，對進板間隔需要進行規(guī)范，以防止進板間隔過短使印板上器件因溫度過高而損壞的情況發(fā)生。

根據(jù)試驗的數(shù)據(jù)，進板間隔在15秒時各溫度控制要求已能滿足，加上一定的余量，將印板進板間隔的標(biāo)準(zhǔn)定在不小于20秒是合理可行的。

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作者簡介：姚效（1980-），男，上海市人，工程師，工程碩士學(xué)位，主要從事SMT工藝研究工作。endprint