CN107309515A - 一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法 - Google Patents

一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法，属于高温钎焊工艺技术领域，包括：利用温度测试仪测量调整后的炉温，记录当前炉钎焊温度曲线；根据测量的炉温数据，拟合出时间和温度对应关系的多项式函数T(t)；基于当前炉钎焊温度曲线，得到最高钎焊温度Tmax和保温时间△t；基于多项式函数T(t)，对温度曲线的液相线上进行定积分，得到加热因子Qη；根据最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。通过增加加热因子这一定量化参数，提高了对钎焊温度曲线评价的准确性，更好的指导生产。

Description

一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法
技术领域
本发明涉及高温钎焊工艺技术领域，特别涉及一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法。
背景技术
高温链式炉钎焊比如银铜焊接在金属封装外壳行业中运用非常广泛，但调整一台链式炉的钎焊工艺曲线是一件非常繁琐的工作。在调整的过程中，即使温度曲线的保温时间、最高温度、升温速率和气氛条件等都在工艺规定的范围内，在固定热熔的产品焊接时，也仍然会出现焊料过流淌或者焊料不化等现象，从而影响产品的生产和钎焊质量。因此，需要经过多次调整保温时间和最高钎焊温度，才能得出是和生产的钎焊工艺曲线。但是这种温度曲线的漂移或微变化很难用常规的办法识别出来。
当前采用钎焊最高温度以及保温时间两个定量化的参数评价调整后的温度曲线的优劣。但是，这种评判方式较为简单，仅采用了两个定量化参数进行评价，无法准确的评价出调整后的温度曲线的优劣。
在应用表面贴装技术(Surfacd Mounting Technolegy，SMT)的电子产品中，提出了针对温度曲线中加热因子的定义：温度曲线在液相线上的面积即图1中阴影面积所示Qη，其计算方法是将阴影区域简化为一个三角形，底为△t＝t2-t1，高为△T＝Tmax-Tm，即对于广泛应用于SMT行业中的Pb-Sn共晶材料中，Tm＝183℃，则但是SMT行业中的液相线上的加热因子计算较为简单粗放，将其引入对高温钎焊温度曲线评价时，计算误差较大，对温度曲线的评价和生产指导作用很小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法，以提高高温链式炉钎焊温度曲线评价结果的准确性。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：提供一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法，包括：
利用温度测试仪测量调整后的炉温，记录当前炉钎焊温度曲线；
根据测量的炉温数据，拟合出时间和温度对应关系的多项式函数T(t)；
基于当前炉钎焊温度曲线，得到最高钎焊温度Tmax和保温时间△t；
基于多项式函数T(t)，对温度曲线的液相线上进行定积分，得到加热因子Qη；
根据最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
进一步地，利用温度测试仪测量炉温，记录当前炉钎焊温度曲线，具体包括：
将端头前后放置石墨负载的热电偶的一端连接温度测试仪，另一端随链式炉炉带从炉膛入口移动至出口；
根据温度测试仪测量的炉温数据，记录当前炉钎焊温度曲线。
进一步地，根据测量的炉温数据，拟合出时间和温度对应关系的多项式函数T(t)，具体包括：
利用TestTemp软件对温度记录仪测量的炉温数据进行处理，得到每个采样时间点对应的温度；
利用Matlab软件中的最小二乘法对每个采样时间点及其对应的温度进行拟合，得到时间和温度对应关系的多项式函数T(t)。
进一步地，该方法还包括：
根据当前炉钎焊温度曲线，取液相线以上区域的时间采样点及其对应的温度数据进行拟合，得到时间和温度对应关系的多项式函数T`(t)；
基于多项式函数T`(t)所表示的曲线进行定积分，得到加热因子Q1η；
相应地，所述的根据最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价，包括：
根据最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Q1η，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
进一步地，根据最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价，具体包括：
根据调整前的炉钎焊温度曲线，得到调整前的最高钎焊温度T`max、保温时间△`t以及加热因子Q`η；
将所述的最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Qη分别与调整前的最高钎焊温度T`max、保温时间△`t以及加热因子Q`η进行对比，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过在对高温链式炉钎焊温度曲线评价过程中，除了采用钎焊最高温度、保温时间两个定量化参数进行评价外，还增加了加热因子的定量判断要素，对调整后新的温度曲线的优劣进行评价和指导生产。并且在加热因子的计算过程中，取液相线以上的区域进行局部拟合，提高了拟合精度，利用这种定量计算出的加热因子，可以非常准确的知道高温链式炉钎焊工艺的改进和温度工艺曲线的调整。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是本发明背景技术部分提及的STM电子产品中加热因子的定义示意图；
图2是本发明一实施例中一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例中当n＝50时，炉钎焊温度曲线从开始到结束时的拟合结果示意图；
图4是本发明另一实施例中一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法的流程示意图；
图5是本发明另一实施例中对位于炉钎焊温度曲线液相线以上区域的温度数据进行拟合的结果示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图2所示，本发明一实施例公开了一种高温链式炉前温度曲线评价方法，该方法包括如下步骤：
S1、利用温度测试仪测量调整后的炉温，记录当前炉钎焊温度曲线；
需要说明的是，在实际应用中，在炉温发生漂移或进行维修后，需要评价、对比及考核新的炉钎焊温度曲线是否发生漂移和变化，进而确定钎焊工艺的稳定性和生产的可持续性。因此，在炉温调整后，需要通过温度测试仪测量调整后的炉温，得到新的炉钎焊温度曲线。
S2、根据测量的炉温数据，拟合出时间和温度对应关系的多项式函数T(t)；
S3、基于当前炉钎焊温度曲线，得到最高钎焊温度Tmax和保温时间△t；
S4、基于多项式函数T(t)，对温度曲线的液相线上进行定积分，得到加热因子Qη；
S5、根据最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
进一步地，步骤S1具体包括如下步骤：
将端头前后放置石墨负载的热电偶的一端连接温度测试仪，另一端随链式炉炉带从炉膛入口移动至出口；
根据温度测试仪测量的炉温数据，记录当前炉钎焊温度曲线。
需要说明的是，在热电偶端头前后放置石墨负载的作用是为了模拟生产时的送载情况，温度测试仪即可测量出生产时，炉膛入口到出口过程的温度，保证得到的当前炉钎焊温度曲线的准确性。
进一步地，步骤S3，具体包括如下细分步骤：
利用TestTemp软件对温度记录仪测量的炉温数据进行处理，得到每个采样时间点对应的温度；
利用Matlab软件中的最小二乘法对每个采样时间点及其对应的温度进行拟合，得到时间和温度对应关系的多项式函数T(t)。
具体地，对步骤S3的详细过程描述如下：
将温度测试仪记录的炉温数据导入TestTemp软件中，分析每个采样时间点对应的温度，同时通过数据转换将每个采样时间点及其对应的温度导入Excel中，生成时间和温度的对应关系，如表1所示：
采样时间(S) 通道1(温度℃)
0 29.3
2 29.5
4 29.7
6 29.8
…… ……
2114 808.4
2116 808.6
2118 809.3
2120 809.1
…… ……
5044 49.1
5046 48.8
5048 48.6
5050 48.4
将表1中的数据导入Matlab软件中，运用曲线拟合中的最小二乘法，拟合出时间和温度对应关系的多项式函数T(t)：
T(t)＝antn+an-1tn-1+an-2tn-2+…+a1t+a0，
式中，t是时间变量，即测试温度的采集时间，T(t)对应采集时间时的温度，n＝2,3,4,5,…，an,an-1,…,a0为系数。
如图3所示，当n＝50时，炉钎焊温度曲线从开始到结束时拟合情况，本实施例中对每一采样时间点及其对应的温度数据进行拟合的作用是：通过数学表达式模拟出实际的温度曲线，找出时间和温度的对应关系，从而方便加热因子的精确计算，取代SMT行业中简化成三角形的计算方法，提高了加热因子的计算精度，大幅度的减小误差。
其中，加热因子Qη的计算过程如下：
对于金属封装外壳广泛应用的Ag-Cu共晶焊料，加热因子Qη的计算过程如下：
进一步地，步骤S5，具体包括如下步骤：
根据调整前的炉钎焊温度曲线，得到调整前的最高钎焊温度T`max、保温时间△`t以及加热因子Q`η；
将所述的最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Qη分别与调整前的最高钎焊温度T`max、保温时间△`t以及加热因子Q`η进行对比，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
本实施例通过增加定量化参数加热因子，对调整后炉新的炉钎焊温度曲线进行评价，与传统的评价过程相比：如图1所示，本实施例除了利用炉钎焊温度曲线与液相线相交的两个端点确定保温时间、及钎焊最高温度点以外，还增加了液相线以上的区域面积作为评价的定量化参数。根据这些定量化参数可以更精确的评价新的炉钎焊温度曲线是否与调整前的温度曲线相符，提高了对炉钎焊温度曲线评判的准确性以及提高对生产的指导作用。
传统的评价方式仅从钎焊保温时间、钎焊最高温度两个维度对温度曲线进行评价，但是在实际生产应用过程中，满足上述两个条件的曲线不一定与调整前的曲线重合，可能出现其它形式的曲线，导致温度曲线漂移。因此，传统的方法并不精确，不能很好的指导生产。。
如图4所示，本发明另一实施例在上述实施例公开内容的基础上，公开的一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法，包括如下步骤：
B1、利用温度测试仪测量调整后的炉温，记录当前炉钎焊温度曲线；
B2、基于当前炉钎焊温度曲线，得到最高钎焊温度Tmax和保温时间△t；
B3、根据当前炉钎焊温度曲线，取液相线以上区域的时间采样点及其对应的温度数据进行拟合，得到时间和温度对应关系的多项式函数T`(t)；
B4、基于多项式函数T`(t)所表示的曲线进行定积分，得到加热因子Q1η；
B5、根据最高钎焊温度Tmax、保温时间△t以及加热因子Q1η，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
具体地，为了提高拟合精度，增加加热因子计算的准确性，如图5所示，本实施例中对位于炉钎焊温度曲线液相线以上区域的采样时间点及其对应的温度数据进行拟合。其中，加热因子Q1η的计算过程如下：
对于金属封装外壳广泛应用的Ag-Cu共晶焊料，加热因子Q1η的计算过程如下：
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高温链式炉钎焊温度曲线评价方法，其特征在于，包括：
利用温度测试仪测量调整后的炉温，记录当前炉钎焊温度曲线；
根据测量的炉温数据，拟合出时间和温度对应关系的多项式函数T(t)；
基于当前炉钎焊温度曲线，得到最高钎焊温度Tmax和保温时间Δt；
基于多项式函数T(t)，对温度曲线的液相线上进行定积分，得到加热因子Qη；
根据最高钎焊温度Tmax、保温时间Δt以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用温度测试仪测量炉温，记录当前炉钎焊温度曲线，具体包括：
将端头前后放置石墨负载的热电偶的一端连接温度测试仪，另一端随链式炉炉带从炉膛入口移动至出口；
根据温度测试仪测量的炉温数据，记录当前炉钎焊温度曲线。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据测量的炉温数据，拟合出时间和温度对应关系的多项式函数T(t)，具体包括：
利用TestTemp软件对温度记录仪测量的炉温数据进行处理，得到每个采样时间点对应的温度；
利用Matlab软件中的最小二乘法对每个采样时间点及其对应的温度进行拟合，得到时间和温度对应关系的多项式函数T(t)。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
根据当前炉钎焊温度曲线，取液相线以上区域的时间采样点及其对应的温度数据进行拟合，得到时间和温度对应关系的多项式函数T`(t)；
基于多项式函数T`(t)所表示的曲线进行定积分，得到加热因子Q1η；
相应地，所述的根据最高钎焊温度Tmax、保温时间Δt以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价，包括：
根据最高钎焊温度Tmax、保温时间Δt以及加热因子Q1η，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，所述的根据最高钎焊温度Tmax、保温时间Δt以及加热因子Qη，对当前炉钎焊温度曲线进行评价，具体包括：
根据调整前的炉钎焊温度曲线，得到调整前的最高钎焊温度T`max、保温时间Δ`t以及加热因子Q`η；
将所述的最高钎焊温度Tmax、保温时间Δt以及加热因子Qη分别与调整前的最高钎焊温度T`max、保温时间Δ`t以及加热因子Q`η进行对比，对当前炉钎焊温度曲线进行评价。
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