CN111881585B - 一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，属于回流焊接技术领域。该方法包括以下步骤：分析在一个标准的加热条件下，印制板组件的特征因素对回流焊接温度曲线的影响强弱；根据影响因素强弱，结合实际应用划分印制板组件种类，进行初步分类；对划分后的每类设置相应的回流程序，并利用特征与之对应的印制板组件进行温度曲线测量及焊接程序调整，最终得到符合工艺窗口要求的温度曲线，并固化焊接程序；利用调整后的温度曲线与印制板特征的对应关系对相应的印制板进行回流焊接。本发明适用于多品种小批量的印制板焊接模式，工作效率高，实施成本低。

Description

一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法

技术领域

本发明涉及回流焊接技术领域，特别是指一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法。

背景技术

回流焊接是利用热风对流、红外辐射、热传导等方式将预先分布在印制电路板焊盘上焊膏熔化，在元器件的引脚（焊端）与印制板的焊盘之间形成机械和电气连接的过程。对于回流焊接而言，最为主要的技术参数为焊接时加在印制电路板组件上的回流焊接温度曲线，此曲线为一条随时间变化的温度曲线，一般该曲线可以分为预热、保温、回流和冷却四个部分，每个部分都有相关的工艺窗口，回流曲线需要满足这种工艺窗口的要求才能保证焊接的质量。

目前消费类电子产品主要是大批量生产，生产厂商针对每种印制电路板组件都会进行专门的回流程序设置，并对其温度曲线进行实际测量，以保证印制电路板组件能够在要求的工艺窗口内进行焊接。而对于多品种小批量的生产模式，一般没有条件对每种印制电路板组件进行单独的回流程序设置和温度曲线的测量。因此，如何用一个回流程序进行多种相似的印制电路板组件的焊接操作，是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，该方法能够通过少量的预设温度曲线适应多种印制板组件的回流焊接，简化温度曲线的设置过程，提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，包括以下步骤：

（1）分析在一个标准的加热条件下，印制板组件的特征因素对回流焊接温度曲线的影响强弱；根据对回流焊接温度曲线的影响从强到弱的顺序对印制板组件的特征因素进行排序，并选取最前面的几个特征因素作为特定特征因素；

（2）根据特定特征因素对印制板组件进行分类；其中，第一个特定特征因素的值域划分对应于印制板组件的各一级类别，后一个特定特征因素均在前一特定特征因素的分类结果基础上将每个末级类别进一步分为多个次级类别，最终得到印制板组件的分类树；

（3）将分类树中归属于同一上级节点的所有末级节点划为一组；针对每组节点，为该组中的第一个节点设置回流程序，并将该回流程序套用到该组中的下一个节点上，然后验证本回流程序的回流焊接温度曲线是否符合该下一节点的工艺窗口要求，若符合则将该下一节点与其上一节点合并，并继续对后面的节点进行套用，直至某一节点不符合被套用的回流程序时，重新为该不符合的节点设置回流程序，并从该节点开始向后套用新的回流程序；如此操作，最终得到合并后的分类树；合并后的分类树中，每个末级节点对应于最后一个特定特征因素的一个取值范围，且该范围内的所有印制板组件均适用于同一个回流焊接温度曲线；

（4）针对每一个待进行回流焊接的印制板组件，根据其特征因素值找到其在合并后的分类树中所对应的末级节点，并采用该末级节点对应的回流焊接温度曲线对该印制板组件进行回流焊接。

进一步的，所述特征因素包括元器件材料、元器件尺寸、元器件封装形式、印制板面积、印制板厚度、印制板材料、印制板铜箔层数、单位面积内元器件数量。

进一步的，步骤（1）的具体方式为：

（101）利用实际装配的印制板进行现场测温，得到标准加热条件下的真实温度曲线，并通过有限元分析法对该温度曲线进行仿真，然后将真实的温度曲线与仿真曲线进行比对，根据比对的结果调整仿真参数，使得仿真曲线符合真实温度曲线，从而得到仿真模型；

（102）基于仿真模型，对影响回流焊接温度曲线的各种因素进行仿真分析，找出印制板组件特征因素中对回流温度影响最为明显的三种因素作为特定特征因素。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、适用于多品种小批量的印制板焊接模式。针对多品种小批量的生产模式，一般没有条件对每种印制电路板组件进行单独的回流程序设置和温度曲线的测量。由于温度曲线的窗口存在一定的宽度，因此不同的印制电路板在相同的回流程序下也可以得出合理的温度曲线。本发明利用这一特性将印制板组件分为若干类型，并设置一系列的回流焊接程序来满足不同种类的印制电路板组件的焊接需要。

2、实施成本低。对回流焊接温度曲线的影响因素进行分析，若利用真实的印制板组件进行实际的测温分析，则需要制造大量的印制电路板，并采购大量不同封装，不同尺寸的元器件，需要的成本很高，并且若由于试验方案制定不善造成重复，将造成很大的浪费，同时还会拖延周期。为此，本发明进一步地利用了仿真分析的方法对回流焊接温度曲线的影响因素进行分析，并利用实际的测温结果指导仿真参数的设定，提高了仿真结果的置信程度，降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例中回流炉温度曲线设置方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，包括以下步骤：

步骤一：分析在一个标准的加热条件下，印制板组件的特征因素对回流焊接温度曲线的影响强弱。

步骤二：根据影响因素强弱，结合实际应用划分印制板组件种类，进行初步分类。初步分类中，将印制板组件分为几个大类，每个大类再细分为几个小类；

步骤三：对划分后的每类设置相应的回流程序，并利用特征与之对应的印制板组件进行温度曲线测量及焊接程序调整，最终得到符合工艺窗口要求的温度曲线，并固化焊接程序。具体来说，从每个大类的第1小类印制板组件开始，设置相应的回流程序，测量温度曲线。当设置的回流程序满足第1小类印制板组件的焊接要求时，将该回流程序运用到第2小类印制板组件的回流焊接。当该回流程序同样满足第2小类印制板组件的焊接要求时，将该回流程序运用到第3小类印制板组件的回流焊接。直到不满足第N小类印制板组件的焊接要求时，重新编制新的适合于第N类的回流程序，测量温度曲线。当设置的回流程序满足第N类印制板组件的焊接要求时，将该回流程序运用到第N+1小类印制板组件的回流焊接。以此类推。

步骤四：依据设定好的温度曲线对相应的印制板组件进行回流焊接，并进行组装质量检测。

步骤一中，特征因素包括元器件材料、元器件尺寸、元器件封装形式、印制板面积、印制板厚度、印制板材料、印制板铜箔层数、单位面积内元器件数量。

该方法利用实际装配的印制板进行现场测温，得到真实的温度曲线，并将其与有限元分析法仿真的结果进行比对，根据比对的结果调整仿真参数，使得仿真结果与实际测量结果接近，保证仿真的结果置信。进一步的，利用有限元分析法对影响回流焊接温度曲线的各种因素进行建模及仿真，找出印制板组件特征因素中对回流温度影响最为明显的三种因素。

步骤三中，有针对性的进行回流程序的设置和温度曲线的测量，使得划分的种类基本覆盖常用的印制电路板组件，使每种分类下的印制板组件能够在合理的回流温度曲线下进行焊接。

以下为一个更具体的例子：

参照图1，一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，首先进行影响因素类型分析。影响因素主要有印制电路板组件表面积、印制电路板组件表面与热风温度差、对流传热系数（与气体流速、沿流动方向的表面特征长度有关）、材料的导热系数、材料的比热容、材料的密度等。将以上因素转换为实际影响形态即为元器件、印制板、组装密度等。即特征因素包括元器件材料、元器件尺寸、元器件封装形式、印制板面积、印制板厚度、印制板材料、印制板铜箔层数、单位面积内元器件数量。

之后对影响因素强弱的分析利用有限元分析软件进行仿真，根据仿真结果分析各影响因素的强弱。首先要保证仿真的结果与实际测温结果应较为相近，即仿真结果能够真实反映回流焊接温度曲线的情况。利用实际装配的印制板进行现场测温，得到真实的温度曲线，并将其与仿真的结果进行比对，根据比对的结果调整仿真参数，使得仿真结果与实际测量结果接近，保证仿真的结果置信。

然后对影响因素的强弱进行分析。通过仿真实验结果发现，对印制板回流焊接温度影响较大的因素包括印制板的厚度、元器件的封装形式和BGA类元器件的尺寸。

下一步对印制板组件类型划分。从影响因素对回流温度影响强弱分析得出印制板厚度、元器件封装形式和元器件的厚度对回流温度影响较大，因此在进行印制板回流焊接类型划分时主要依据这三个因素进行，划分完成后制作相应的印制板组件，并进行温度曲线的测试，使每种印制板组件得到一个符合要求的温度曲线，并确定其焊接的回流程序。为了实际操作时能够方便，首先将印制板组件分为带有BGA封装类型和无BGA封装的类型；再在两种类型中依据印制板的厚度来划分小类。

由于非BGA类元器件在不同的厚度和面积条件下对回流温度的影响并不明显，并且其焊接的工艺窗口较宽，峰值温度窗口在20℃，因此无BGA类型的印制板在印制板厚度下不再进行细分。而BGA类元器件在不同的厚度和面积条件下对回流温度的影响比较明显，并且对于混装焊接的BGA而言，其工艺窗口较窄，峰值温度的窗口只有10℃，因此有BGA类型的印制板在印制板厚度下还需继续进行类型的细分。

各大类包括：混装带有金属壳BGA的印制板组件、混装无金属壳BGA的印制板组件、有铅BGA和无BGA的印制板组件。

之后测量印制板组件回流焊接曲线。从每个大类的第1小类，即最小厚度的印制板组件开始，设置相应的回流程序，测量温度曲线。当设置的回流程序满足最小厚度印制板组件的焊接要求时，将该回流程序运用到第2小类印制板组件的回流焊接。当该回流程序同样满足第2小类印制板组件的焊接要求时，将该回流程序运用到第3小类印制板组件的回流焊接。直到不满足第N小类印制板组件的焊接要求时，重新编制新的适合于第N类的回流程序，测量温度曲线。当设置的回流程序满足第N类印制板组件的焊接要求时，将该回流程序运用到第N+1小类印制板组件的回流焊接。依此类推。

通过以上的测温结果，最终将印制板组件分为了14类，并为其分配了11个回流焊接的程序。利用研究划分的类型和相应的焊接程序，完成了一块印制板组件的装配，对焊接的结果首先进行了X-ray检测，未发现焊接问题，并且空洞比例满足要求。

总之，本方法通过分析印制板组件回流焊接温度曲线的各类影响因素，并根据影响因素强弱，结合实际应用将印制板组件分为若干类型，从而设置一系列的回流焊接程序来满足不同种类的印制电路板组件的焊接需要。该方法可适用于多品种小批量的印制板焊接模式，工作效率高，实施成本低。

以上所述仅为本发明创造的实施例，但本发明创造并不限于所述实施例。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神和原则的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）分析在一个标准的加热条件下，印制板组件的特征因素对回流焊接温度曲线的影响强弱；根据对回流焊接温度曲线的影响从强到弱的顺序对印制板组件的特征因素进行排序，并选取最前面的几个特征因素作为特定特征因素；

（2）根据特定特征因素对印制板组件进行分类；其中，第一个特定特征因素的值域划分对应于印制板组件的各一级类别，后一个特定特征因素均在前一特定特征因素的分类结果基础上将每个末级类别进一步分为多个次级类别，最终得到印制板组件的分类树；

（3）将分类树中归属于同一上级节点的所有末级节点划为一组；针对每组节点，为该组中的第一个节点设置回流程序，并将该回流程序套用到该组中的下一个节点上，然后验证本回流程序的回流焊接温度曲线是否符合该下一节点的工艺窗口要求，若符合则将该下一节点与其上一节点合并，并继续对后面的节点进行套用，直至某一节点不符合被套用的回流程序时，重新为该不符合的节点设置回流程序，并从该节点开始向后套用新的回流程序；如此操作，最终得到合并后的分类树；合并后的分类树中，每个末级节点对应于最后一个特定特征因素的一个取值范围，且该范围内的所有印制板组件均适用于同一个回流焊接温度曲线；

（4）针对每一个待进行回流焊接的印制板组件，根据其特征因素值找到其在合并后的分类树中所对应的末级节点，并采用该末级节点对应的回流焊接温度曲线对该印制板组件进行回流焊接。

2.根据权利要求1所述的一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，其特征在于，所述特征因素包括元器件材料、元器件尺寸、元器件封装形式、印制板面积、印制板厚度、印制板材料、印制板铜箔层数、单位面积内元器件数量。

3.根据权利要求2所述的一种面向多品种小批量的回流炉温度曲线设置方法，其特征在于，步骤（1）的具体方式为：

（101）利用实际装配的印制板进行现场测温，得到标准加热条件下的真实温度曲线，并通过有限元分析法对该温度曲线进行仿真，然后将真实的温度曲线与仿真曲线进行比对，根据比对的结果调整仿真参数，使得仿真曲线符合真实温度曲线，从而得到仿真模型；

（102）基于仿真模型，对影响回流焊接温度曲线的各种因素进行仿真分析，找出印制板组件特征因素中对回流温度影响最为明显的三种因素作为特定特征因素。

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