加熱平臺(tái)的校準(zhǔn)與不確定度評(píng)定

鄭曉敏，李鎖印，韓志國，孫悅

(中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所，河北石家莊050051)

0 引言

表面組裝技術(shù)(SMT，Surface Mounted Technology)是電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)“輕、薄、短、小”，低成本、多功能、高可靠的主要技術(shù)手段之一。該技術(shù)是電子封裝技術(shù)的主要發(fā)展方向，已成為世界電子產(chǎn)品組裝技術(shù)的主流。SMT工藝過程一般包括:點(diǎn)膠、固化、焊接、清洗、檢測、返修等工藝環(huán)節(jié)。焊接是SMT生產(chǎn)線最基本的組成，焊接的質(zhì)量直接影響器件的可靠性。為了得到質(zhì)量好的焊點(diǎn)，往往需要將電烙鐵的溫度調(diào)高，使焊錫快速熔化，這樣得到的焊點(diǎn)質(zhì)量就會(huì)較好。但是，如果電烙鐵溫度設(shè)定過高，焊接時(shí)，烙鐵過高的溫度容易導(dǎo)致元器件損壞。為了解決這個(gè)問題，工藝線上經(jīng)常使用加熱平臺(tái)先為器件整體進(jìn)行預(yù)熱，然后再使用電烙鐵進(jìn)行焊接，這時(shí)電烙鐵不需要設(shè)置過高的溫度就能得到較好的焊點(diǎn)，從而保證了器件的可靠性。

加熱平臺(tái)有分體式和整體式等各種形式，一般以電熱管的形式進(jìn)行加熱。其應(yīng)用范圍非常廣泛:電子行業(yè)封膠、點(diǎn)膠恒溫加熱;LED行業(yè)鋁基板，燈珠焊接，維修;SMT生產(chǎn)線器件預(yù)熱等。

鑒于加熱平臺(tái)的重要性，各單位對加熱平臺(tái)均勻性、溫度偏差提出了計(jì)量性能方面的要求。目前，國內(nèi)暫未發(fā)布專門用于校準(zhǔn)加熱平臺(tái)的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，現(xiàn)參照J(rèn)JF1409-2013《表面溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》中附錄D給出的“表面溫度源控溫穩(wěn)定性及溫度均勻性測量方法”對加熱平臺(tái)進(jìn)行校準(zhǔn)［1］，具體做法如下。

1 加熱平臺(tái)校準(zhǔn)方法

1.1 均勻性

1.1.1 測量儀器

測量儀器選擇福祿克公司的手持溫度表，型號(hào)為51II，配置表面探頭，指標(biāo)為:在-55～400℃范圍內(nèi)，擴(kuò)展不確定度為1.4℃。

1.1.2 測量方法

選擇加熱平臺(tái)工作區(qū)為測量區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)選5個(gè)測量位置，如圖1所示。根據(jù)使用人的使用要求選擇測量溫度點(diǎn)。首先將加熱平臺(tái)升溫至要測試的溫度點(diǎn)，待穩(wěn)定后，使用手持溫度表分別在圖2所示的五個(gè)測量位置，按照位置編號(hào)0-1-0-2-0-3-0-4-0的順序，1 min測量一個(gè)位置，讀數(shù)后迅速將手持溫度表移至下一測量位置，共測一遍。然后將加熱平臺(tái)升溫至下一個(gè)溫度點(diǎn)。重復(fù)上述操作過程，依次完成各溫度點(diǎn)的溫度均勻性的測量。

圖1 測量位置示意圖

1.1.3 測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理

分別計(jì)算各測量溫度點(diǎn)位置1、位置2、位置3、位置4測量結(jié)果與該測量前后相鄰兩次位置0測量結(jié)果平均值的差值，取這4個(gè)值絕對值的最大值為相應(yīng)溫度點(diǎn)加熱平臺(tái)的溫度均勻性。

1.2 溫度偏差

1.2.1 測量儀器

測量儀器依然選擇福祿克公司的手持溫度表。型號(hào)為51II，配置表面探頭，指標(biāo)為:在-55～400℃范圍內(nèi)，擴(kuò)展不確定度為1.4℃。

1.2.2 測量方法

首先將加熱平臺(tái)升溫至要測試的溫度點(diǎn)，待穩(wěn)定后，使用手持溫度表分別在圖2所示的五個(gè)測量位置進(jìn)行測試，每個(gè)位置在1分鐘內(nèi)測量5個(gè)數(shù)據(jù)，讀數(shù)后迅速將手持溫度表移至下一測量位置，共測一遍。然后將加熱平臺(tái)升溫至下一個(gè)溫度點(diǎn)，重復(fù)上述操作過程，依次完成各溫度點(diǎn)的測量。

1.2.3 測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理

分別計(jì)算各測量溫度點(diǎn)位置0、位置1、位置2、位置3、位置4測量結(jié)果的平均值，測量結(jié)果的平均值加上手持溫度表與之對應(yīng)的溫度修正值為實(shí)際溫度，顯示溫度與實(shí)際溫度的差值為該位置的溫度偏差。

2 校準(zhǔn)實(shí)例

以校準(zhǔn)型號(hào)為JRT-1612的加熱平臺(tái)220℃為例，介紹加熱平臺(tái)的校準(zhǔn)方法及溫度偏差測量結(jié)果的不確定度評(píng)定。

2.1 校準(zhǔn)結(jié)果

校準(zhǔn)結(jié)果分別在表1和表2中給出。

表1 溫度均勻性校準(zhǔn)結(jié)果

表2 溫度偏差校準(zhǔn)結(jié)果(設(shè)定溫度220℃，顯示溫度200℃)

2.2 溫度偏差不確定度評(píng)定

測量不確定度來源:標(biāo)準(zhǔn)器、加熱平臺(tái)穩(wěn)定性，測量結(jié)果重復(fù)性。

2.2.1 手持溫度表的不確定度引入的不確定度u1

手持溫度表的表面探頭校準(zhǔn)證書給出的擴(kuò)展不確定度為1.4℃，取k=2，則

2.2.2 加熱平臺(tái)穩(wěn)定性引入的不確定度u2

2.2.3 測量重復(fù)性引入的不確定度u3

以表2中五個(gè)測量位置測量重復(fù)性最大值進(jìn)行計(jì)算，則

2.2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.2.5 擴(kuò)展不確定度

取k=2，則擴(kuò)展不確定度為U=1.5℃。

2.3 校準(zhǔn)過程中的注意事項(xiàng)

為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確，在加熱平臺(tái)的校準(zhǔn)過程中應(yīng)該注意以下事項(xiàng):

1)測量前，對加熱平臺(tái)及探頭的表面進(jìn)行清潔處理，去掉影響測溫準(zhǔn)確度的污物;

2)手持溫度表在加熱平臺(tái)上預(yù)熱5分鐘后，方可開始各溫度點(diǎn)的測量;

3)測量時(shí)，表面探頭應(yīng)該與加熱平臺(tái)表面垂直，保證探頭與測量位置良好接觸。

4)加熱平臺(tái)表面溫度與探頭感應(yīng)溫度之間的差異，通過在其之間加入導(dǎo)熱硅脂保證良好接觸及溫度傳導(dǎo)，減小差異。

3 結(jié)束語

JJF1409-2013《表面溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》附錄D為加熱平臺(tái)的校準(zhǔn)提供了技術(shù)依據(jù)，解決了加熱平臺(tái)的校準(zhǔn)問題。通過對本單位加熱平臺(tái)的校準(zhǔn)，總結(jié)了在校準(zhǔn)加熱平臺(tái)中應(yīng)該注意的事項(xiàng)，希望可以為加熱平臺(tái)的校準(zhǔn)提供有益的借鑒。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF 1409-2013表面溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范［S］.北京:中國質(zhì)檢出版社，2013.

［2］徐智.高精度加熱平臺(tái)的研制［D］.武漢:華中科技大學(xué)，2009.

［3］吳文棟，李茂東，涂欣，等.熱板溫度的控制要求與檢測方法的探討［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2014，43(8):132-135.