自动再流焊过程控制

SMT生产线的丝网印刷机,贴片机的过程控制数据可容易得到,确定这些工序是否在控制之中,相对讲是一项比较简单的工作,但至今,对SMT再流焊工艺过程的控制却没有真正实现。

许多年来，有些制造厂称；他们的系统能提供实时再流焊数据，但是这些系统作为技术工具设计配置。工具收集某一给定工艺过程的所有数据，然后工艺工程师对这写数据进行分析来确定此工艺过程是否在控制之中。

在市场经济的今天，电子组装厂必须达到每一个环节尽可能高效率，然而这种不完整的技术手段的配置是难能接受的。给电子组装厂能够完全控制SMT再流焊过程，同时对人力资源的要求降到最低，这就是本文介绍的自动再流焊过程控制。

2.                过程控制状态直方图

控制再流焊过程的状态直方图的第一步,焊炉按原先确认的温度设置及传送带速度进行设定。当焊炉报告控制点已经到达设定值，PCB再流焊加工可以开始。

用户必须假设；昨天在技术标准范围内的再流焊工艺图温区温度及传送带速度设定值，今天也应该在技术标准范围之内。然而尽管焊炉已被工艺文件规定的工艺参数值设定，但随着时间的流去，我们会发现，你的再流焊工艺过程很少能够保持在技术标准范围之内。

大多数用户认为他们基本上是‘瞎子过河’，按步就班地每个月，每一周，每一天或换班时，检验他们的再流焊过程。

采用这种方法的问题是如果再流焊工艺超出工艺标准范围，那么以前加工的所有符合技术标准的PCB都值得怀疑。

另一个问题是如果在过程中发生重大变动，断续性的工艺检验不可能捕捉到这种变动。往往在SMT终端检查才能发现，当然来时太晚了，不可避免有些PCB必须返工直至报废。采用状态直方图控制再流焊过程，令人更为头疼的是停工时间与人力资源的成本增加。

再流焊过程控制的状态直方图依靠两项基本技术；通过式再流焊过程仿真器和实时温度监控系统。

通过式再流焊过程仿真器已演进为高级过程设置工具，但其仅产生一个瞬时的再流焊工艺过程。

 

图 1 热电偶探头安装位置

 

 

操作者使用通过式再流焊过程仿真器紧张忙禄得到有限度成功是表证焊炉的性能，无法描述实际再流焊过程的状态。这种方法提供了跟踪焊炉性能的一些数据，但是由于取样的间断性，不能获得相应的过程数据或实际控制。

实时温度监测系统的传感器安装在焊炉内，连续采集数据（本质上讲是再流焊过程温度记录图），提供实时过程控制的一种手段。而现有的实时过程监测系统作为一个技术工具设计的，进行过程控制缺乏资源。

3.                自动再流焊管理系统

新近开发的自动再流焊管理系统组合了连续统计过程控制(SPC)图表及现场实时过程跟踪,集总两项在一个软件包内。该系统自动传送数据给工程师及管理者，使得他们能够对影响生产质量及成本事件作出果断的决策。

该系统可对每一块PCB记录其再流焊时的热状态的过程数据。取代以往常用周期性的检查焊炉性能的方法。系统能在缺陷发生前，自动采集潜在缺陷的原因，不必在最终检查时暴露缺陷。

自动再流焊管理系统使用的热电偶探头，安装在焊炉传送带的PCB同层面，（图 1），热电偶探头连接到数据传输器件，连续实时传输信息给计算机系统。

自动再流焊管理系统的基本功能是在PCB通过焊炉炉道时，自动准确地采集PCB上的数据。

自动再流焊管理系统的优点有；

l        免去检验再流焊过程工艺的需要

l        为达到另缺陷，提供实时信息反馈及报警提示

l        全自动采集再流焊数据

l        自动再流焊过程SPC图表，过程能力因素（CP/CPK）变动报警提示

自动再流焊管理系统与前述的实时过程监测系统之间明显的差别是新系统提供解决问题的答案，不仅仅是一项技术工具。系统软件设计理念是最大程度包容各种情况，也就是讲在对再流焊过程的监控，最低程度利用人力姿源。

自动再流焊管理系统直接与焊炉控制系统联结，提高再流焊过程的效力。当软件中更改原先的PCB再流焊工艺，软件会自动下载给焊炉，省略了单独数据输入。

4.                PCB实时再流焊工艺图

对每块PCB再流焊过程的检验方法是PCB实时再流焊工艺图PCB实时再流焊工艺图(图 2),PCB实时再流焊工艺图是通过实时再流焊工艺仿真器得到的原始PCB再流焊工艺,同时由焊炉内安装的传感器采集的数据建立的。在PCB层面的温度与PCB自身的温度间的差可有计算方法得到，这样软件可准确模拟PCB再流焊工艺中的变化。

图 2  PCB实时再流焊工艺图

 

PCB实时再流焊工艺图建立后，系统转入监控模式，对加工的PCB进行监控。在实时监控模式，系统产生一个实时工艺过程图及根据工艺窗口选定的数据表。系统提供每次统计的SPC管理图及PCB自身的全过程窗口检索的控制图。PCB在焊炉炉道内传动时，每块PCB的数据被随时记录和保存。

过程窗口检索（PWI）是序列过程的统计方法。按照必须符合严格过程统计的再流焊工艺文件，通过对工艺过程的序列排列，以获得PCB再流焊工艺如何更好地符合用户规定的标准界限内的测量结果。（图 3 ）

图  3  PWI 图

 

自动再流焊管理系统使用过程窗口指标（PWI）计算通过焊炉炉道的每块PCB再流焊过程的过程能力因素值（CP/CPK）。

5.                热转换效率

焊炉再流焊的热转换率是一个新观念,其测量的要求是严格的，能测量焊炉内的热转换率的工具， 只能间断性的完成测量工作，且仅仅对夹具测量，不能对PCB进行测量。对PCB实体热转换测量技术的研究，在过程温度或气流的任何变化，则在PCB层面的温度发生明显变化。例如；风扇风量减小。

自动再流焊管理系统不能直接测量焊炉内部热转换率，但是现代焊炉具有精确的调整，高重复性，高可靠性的优点，只要焊炉正确运转，在正常操作环境下，控制区内的传送带及温度设置值之间的温度差是特别稳定的。如过热转换率是一致的，则在传送带PCB层面上的温度也是一致的。

自动再流焊管理系统表征焊炉性能，确定了焊炉的稳定性。在PCB层面的温度测量是焊炉热转换率的函数。这是由温区的设置温度值及气流速度。区内温度或气流的任何变化都将会造成PCB层面温度的变化。于是自动再流焊管理系统不需要监控热转换率，只需要对传送带连续监控，如这些温度没变化，那么热转换率也不会有任何变化。

6.                自动实时SPC

一旦PCB实时再流焊工艺图建立,系统能自动产生成SPC数据( 图 4)

图 4   SPC图

 

PCB在焊炉炉道内传动的每一时段,采集的数据经计算画出频次直方图.所有工艺文件规定工艺参数的如峰值温度,保温时间,焊膏液相以上温度等都可图示。

在实时控制图上的数据及过程能力（CP/CPK）可根据工艺文件标准计算得到。过程窗口指标（PWI）图表，提供整个过程的实时能力因素（CP/CPK）。如工艺超出控制界限，系统立即发出报警。在焊炉产生简单的缺陷前，实时CPK跟踪能报警提示操作者过程超差。

系统自动收集数据，WINDOWS操作系统。操作者能检查检查加工的每一块PCB，提供现场活动再流焊过程的文件。

这系统建立的文件以PCB名称命题，如再流焊工艺，PCB数据，报警事例等，全部事件及工艺文件以时间，日期标识。

报警记录显示报警发生时间，报警应答时间，便于管理人员检查操作者的工作状态。无论PCB实时再流焊工艺统计或过程窗口指标（PWI超出用户定义的界限，报警系统能设置锁定。系统能对过程的变化报警，提示操作者过程正在变化，允许在工艺过程没有超出标准之前，纠正差错。报警另一个功能是自动故障保护，在过程发生明显的温度变化时，及时报警提示操作者。

l        操作者得到报警后，可从软件取的诊断程序，隔离报警来源。热电偶探头的正/负偏移都被跟踪，并显示偏移量。软件将热电偶与焊炉控制区连接，使得温度偏差的实际位置快速显示。

7.                结 论

自动再流焊管理系统的优点如下;

l        自动SPC管理图提供每块PCB的再流焊过程的CP/CPK值

l        为改进工艺,提供实时过程数据

l        减少培训时间,容易操作,改进生产平衡任务分配

l        焊炉控制接口

l        对每块PCB跟踪监测

l        不必对工艺文件参数检验

l        另缺陷再流焊工艺

自动再流焊管理系统每天24小时,每周7天,不停顿地保证SMT电子组件高质量,高可靠的再流焊过程。