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只有一塊測溫板，但是正式生產時，是連續生產方式，爐腔內有多塊印板，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生產的重要環節，而回流爐本身各個溫區的設置溫度，只能控制爐腔內溫度，并不是真正傳導到印板器件上的實際溫度。因此在印板生產前需要制作專門的測溫板，以測定印板在爐腔內的實際溫度，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，往往是在爐腔內沒有其他印板的情況下進行，而實際生產時，是連續生產方式，印板以SMT流水線節拍為間隔，依次進入回流爐。此時由于爐腔內印板較多，勢必會對實際爐溫造成影響。盡管現在我們公司使用的回流爐都是具有閉環控制的進口設備，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 試驗條件設定

由于回流爐內各溫區采用閉環控制，本身熱容量較大，可以預見當同時在爐腔內印板越多時，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。

考慮到生產過程中實際的最短進板間隔，應該是SMT生產線的節拍，一般來講是貼片機的最小生產節拍。但是印板本身復雜程度差異較大，很難確定最短的生產節拍。貼片機的前道印刷機的生產節拍相對固定，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設為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。

2.3 試驗結果分析

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。

根據表1可以看到，兩條爐溫曲線在預熱階段差別不大，有兩個測溫點預熱時間略有減少。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。

這與預先設想中連續進板時，由于吸熱量變大，各階段溫度將普遍變低的預想有所不同。為了進一步分析連續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進行對應后，作圖1如下。

試驗使用的回流爐由10個加熱溫區，以及兩個冷卻溫區組成。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，還有部分落在第一個冷卻溫區。因此冷卻溫區對回流時間的長短也有顯著的影響。冷卻溫區的工作原理是通過冷凝水循環，利用頂部風扇將冷風吹出，使爐腔降溫。由于連續進板后，同時有多塊印板進入冷卻區，印板將加熱溫區的大量高溫直接帶到冷卻區，冷卻區的降溫效果就變差，導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據來進行驗證。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的情況下，降溫速度變慢，是使回流時間變長的主要原因。

3 結語

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

但是由于連續進板時對冷卻溫區造成較大的負擔，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。盡管數據仍然在控制要求之內，但是仍需引起重視，對進板間隔需要進行規范，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生。

根據試驗的數據，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準定在不小于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，工程碩士學位，主要從事SMT工藝研究工作。endprint