IPC-7530 焊工艺温度曲线指南(回流焊和波峰焊) 中文版.pdf - 第13页
5 温度曲线记录仪的⼯作原理 5.1 基本概念 温度曲线记录仪 常用 于记录 静 态 炉 （ 译注 ：指 产品 静态 放 置 的 加 热 炉 ，如 烘 箱 、 非 流动 式加 热 炉等 ） 、 再流焊 炉 、 波峰焊机 台 、 烙铁 和 激光 设备的温度。 几 乎专 用 的测 量 系统 都 使用 热电偶来 检 测和测 量 待 测 位置 的热 量 。对于 一些 应 用 ， 使用 拖尾 的热电偶线 从 记 录 器到 测 量 点 更 合 适些…
4.1.1.3 类型 产品温度曲线记录仪可以分为静
态和动态两种。静态温度曲线记录仪常常被固
定在焊接设备上，而动态温度曲线记录仪则在
隔热措施下跟随产品一起通过焊接设备。动态
设备通过减少热电偶的长度来简化这个过程，
同时也省去了在分析过程完成后将导线重新拉
回到机器上的必要性。
动态设备可以进一步分为：可在一个小液晶屏
上显示温度数据的设备，能存储数据并之后可
下载到计算机系统的设备和能实时传输数据的
设备。一些设备可同时兼具以上两个或多个方
式。
4.1.2 机台温度曲线记录仪
4.1.2.1 ⽬的 机台温度曲线记录仪的主要目的
就是优化机台的设置参数和验证机台性能。而
产品温度曲线记录仪所记录的产品的温度是机
台设置参数和产品物理特性的结果，机台温度
曲线记录仪更多地偏向于设备参数而忽略了产
品和焊料绝大部分的化学变量。当使用产品温
度曲线记录仪来确 定合适 的机台
设置或方法
时，可以用机台温度曲线记录仪来验证参数的
一致性。这可以在换线和制程改变之后进行。
这省去了用完好的组件来验证机器性能而产生
的报废。
4.1.2.2 测量参数 机台温度曲线记录仪是为测
量机台参数而设计的。参数测量因机台的类型
不同而相差各异。
再流焊炉 温度曲线记录仪可 以记录传送带速
度、温区长度、温区热风温度或热流量。热流
量是温区的温度和气流的产物，或者说是炉子
将热量传递给组件的能力。一些机台温度曲线
记录仪可以测试炉内的气流，甚至是紫外线和
红外辐射。
波峰焊温度曲线记录仪可 以记录传送带的速
度，预热温度和一些扰波和平波参数。波峰焊
炉参数可能包括沾锡长度、锡波高度、锡波平行
度、锡波温度和锡波温度的波动。波峰焊温度
曲线记录仪也可测量板子主、辅面的温度，如
同对模拟典型印制板设计的附连板进行测量。
一些波峰焊温度曲线记录仪可以提供一个表示
基板和锡波之间接触面积的数字。
4.1.2.3 类型 如同产品温度曲线记录仪，机台
温度曲线记录仪也有两个基本的类型：静态和
动态。静态温度曲线记录仪是永久连接或是内
置于波峰焊炉内的，而动态温度曲线记录仪则
是独立的、可以在机台与机台之间移动的。动
态机台温度曲线记录仪拥有内存数据存储功能
或射频传输能力，部分设备则兼具两者。动态
机台温度曲线测试设备可用于验证机台的性能
和可重复性。
4.1.3 连续实时温度曲线监测 除了使用标准
的移动式温度曲线记录仪来验证制程的标准温
度曲线，也可以应用实时温度曲线记录仪。实
时温度曲线记录仪不间断及自动的监测整个焊
接制程，当制程有所偏移时就会产生警报。然
而，实时温度曲线监测需要先通过移动式温度
曲线记录仪建立产品再流焊曲线，它减少了每
班，每日，每周等例行的使用移动式温度曲线
记录仪的需要，而借助计算模拟产品的温度曲
线来确定工艺符合规范。实时温度曲线记录仪
可以自动将过程数据输出到QC和SPC程序。
实时温度曲线记录仪使用固定安装在加热炉传
送带正上方的一系列热电偶。热电偶探头需要
尽量靠近印制板安装以提供有代表性的温度，
但要离炉子轨道足够远以免受加热炉轨道本身
热质量的影响。虽然这个系统实际并不真正测
量印制板温度，但是它提供了一个当印制板从
再流焊炉经过时在传送带处测量到的制程温度
值。
4.1.4 温度曲线记录仪的数据显⽰和分析 所
有的温度曲线记录仪提供了几种形式的数据显
示和分析。这些形式可能 像 电 压 表 “即时 读
出”的快速检查形式，或像打印的 “即时报
告”文档，或基于PC的数据档案、储存和显示
系统。所有系统都提供某种形式的数据简化和
关键参数分析。这种关键参数像峰值差异，升
温，温度以上时间和加热速率都可以快速分析。
一些系统提供SPC参数和过程能力Cp和Cpk的测
量。操作人员可以处理监测数据，并以多种方
式查看数据，包括从更改机台设置来预测产品
温度变化的结果。
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5 温度曲线记录仪的⼯作原理
5.1 基本概念 温度曲线记录仪常用于记录静
态炉 （译注：指产品静态放置的加热炉，如烘
箱、非流动式加热炉等）、再流焊炉、波峰焊机
台、烙铁和激光设备的温度。几乎专用的测量
系统都使用热电偶来检测和测量待测位置的热
量。对于一些应用，使用拖尾的热电偶线从记
录器到测量点更合适些，但是对于长的再流焊
炉和波峰焊系统，这通常就不切合实际。
对于这些系统，必须将温度曲线记录仪连同待
测试的印制线路板一起经过炉体，或从波峰焊
系统的预热和锡波上方通过。这意味着温度曲
线记录仪会承 受 和 印 制线路板相似的过程温
度，所以设计温度曲线记录仪时必须要使它能
足以承受这样的过程温度。一般的处理是温度
曲线记录仪内部绝热或将其放置在隔热的保护
壳内。
选择温度曲线记录仪时，应该考虑隔热盒的要
求，因为这会影响它的整体高度，可能会与炉
体入口和出口的高度发生冲突。额外隔热的需
求基于总的温度曲线测量的持续时间、到达的
最高温度和其测量时所需持续的最长时间。此
外应该指出的是，未来的发展可能需要使用比
现行工艺温度高20°C的无铅合金。
如果温度曲线记录仪通过再流焊炉或波峰焊系
统，则需要考虑温度曲线记录仪的传送方法。
如有些系统使用金属网带来传送印制板，而其
它系统使用边缘销钉或爪片来传送印制板。温
度曲线记录仪可以放在一个陪板或特定的载具
上通过炉体。
温度曲线记录仪通常使用一次性的干电池或可
充电电池供电。通常温度曲线记录仪里的电池
很容易因高温而损坏。正是这个元器件限制了
温度曲线记录仪的尺寸和工作范围。大多数温
度曲线记录仪在内部温度接近到可能遭到损坏
的温度点时将提供一些警告。内部持续高温会
降低电池的使用寿命，最终可能会导致电池的
失效。
现行的温度曲线记录仪可以使用可调节或者固
定的采样频率来进行温度测量。一些温度曲线
记录仪可自动调节采样频率，因此最大采样频
率常被使用，但使用的最佳采样频率由可用内
存决定。大多数温度曲线记录仪允许用户选择
测量单位来记录数据，°C或°F。
温度曲线记录仪的测量通道最多的已经达到12
个。选择温度曲线记录仪时应该考虑过程中所
需的数据量。虽然准确度都在±2°C内，但各个
温度曲线记录仪的准确度也是各不相同。某些
特定的过程可能要求更严格的公差。
该系统使用一系列各类型的热电偶，虽然他们
的准确度水平都相似，如果将它们焊接到测量
位置，就会发现一些类型的比其他类型更容易
焊接。
温度曲线记录仪记录的温度曲线，其准确度可能
受温度曲线记录仪内部温度和热电偶类型（见
7.3节）、接线位置（见7.8节）和附着方法（见7.9
节）等因素的影响。
5.2 数据输出 尽管有些系统可以实时的将数
据传送至计算机，但大多数系统都要求在测试
完成后将温度曲线记录仪连接到打印机或计算
机上，然后下载数据。温度测量值通常以温度-
时间图显示，它可以通过打印机直接打印或在
计算机程序里显示。数据也可以作为数据文件
存储或转换文件格式导入到另一软件包里。怎
样存储数据是个问题，它应该考虑到温度曲线
是否会被作为质量体系记录的一部分。
5.3 结果说明 温度曲线测试是过程模拟的重
要部分。温度曲线通常用于确认焊接过程已经
加 热焊点到 达要求 的最低 温度所需的最短时
间，组件和连接处不会由于过热而损坏、液相
线温度以上时间过长或者过高温度的热冲击。
其它的测量值可以使用，比如吸潮或预热温度
和冷却的时间和速率。有关电子组件过程模拟
的更多信息获取见 IPC-9501，IPC-9502和IPC-
9504。
需求的温度曲线可以由焊膏供应商提供或从生
产经验中建立。测试的温度曲线与需求的标准
温度曲线可以人工对比，或使用记录仪软件作
对比。一些系统允许导入或者生成标准曲线，
通过修订时间轴，方便直接比较温度曲线和标
准曲线。数据也可用于过程控制图来证明可追
溯性和焊接过程受控。
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5.4 预测能⼒ 温度曲线通常用于检查焊接系
统是否按照印制线路板的工艺参数正确设定。
更改温度曲线需要操作经验和一些试错。一些
系统现在可以通过对加热炉的温度特性建模来
预测改变机台的设定对焊点温度的影响。这就
要求具备印制板温度特性和机台性能特性的知
识。不同的软件系统可以用不同的方式和不同
的层次来解释，但是它们可以极大地帮助改变
机台设置以获得所需的温度曲线。
这些预测系统使得建立匹配产品温度曲线的系
统更加容易，像焊膏再流焊温度曲线。他们甚
至有能力参考系统特性来弥补校准误差，例如
加热区温度和传送带速度。他们也可以补偿不
同的炉子负载，温区间热溢流和变化的气体流
速间的差异。
他们通常会需要大量的曲线样本去获知系统特
性并且持续的从将来的温度曲线上获知。该系统
可以预测改变加热炉设置对焊点温度的影响，
或者为了获得期望的温度曲线来决定应该修改
炉子的哪个设置。
5.4.1 ⾃动预测⼯具 自动预测软件（可从不
同供应商处获得）从加热炉设置工艺中去除了
“试错法”。用户通过对关键过程的统计设定上
下限来定义工艺窗口，例如峰值温度，给定温
度以上时间，最大升温和冷却斜率。一个自动
预测工具为达到预期的结果，反复测试了成千
上万个可能的加热炉方案。然后，它将为他们
提供最佳的结果和最宽的工艺窗口。通过评估
建议的改变内容，用户可以基于从一个产品切
换至另一个产品时的温度曲线改变的便利性，
更快的产出而决定的传送带速度，或者其他的
工艺中可能的特定需求等，来选择最适合的温
度曲线。将改动输入炉子后，再 通过的印制板已
经使用改动生效后的期望的温度曲线了。这使
得一个最佳的温度曲线能被迅速创建，而不占
用宝贵的设备和工程资源。但是通常情况下，
要创建最佳的温度曲线这两项缺一不可。
5.5 外部影响 热源的外部影响和负载可能会
影响板温。加热炉内部的风扇和外部的气流都会
影响印制板温度，特别是在再流焊炉的测温的
开始和结束，或者是在波峰焊系统附近获取。在
7.9节讲述的热电偶固定方式也可能会影响测量
结果。
处于加热炉内的温度曲线记录仪也会影响炉子
的热负荷，温度曲线记录仪和印制板之间的距
离将会影响温度曲线记录仪对温度的采集。
6 机台温度曲线的设备性能分析
在缺少有效的过程控制的情况下，当焊接过程
中产生缺陷或临界状况时，首要原因归咎于机
台和不断变化的参数。反之，应用良好的分析工
具将会有显著的帮助。许多机台设置之外的因
素也会导致焊接设备焊接异常。为减少过程输出
端的随机影响，机台输入（PWBs，元器件，助
焊剂等）须要处于管控状态。当然，机台按要
求正确的设定和运行也是必须的。机台的性能
可以用很多种方法来确定，但使用基于软件的
工具来分析设备的科学方法的运用是更高效、
更准确、更有益的。
6.1 问题 印制线路焊接工艺的温度曲线的设
备与技术应用已有一些时间了，并且应用于帮
助在特定的电装工艺中获得特定的机台设定。
新一代焊接机台已经配备能直读这台机台的大
部分设置参数和检查实际运行的特征点读数的
闭环控制。增加的功能是能够测量几个机台参数
和他们之间的相互关系。统计过程控制（SPC）
软件可以显示他们之间的联系和时间上的变化
趋势。
6.2 控制
6.2.1 控制减弱的原因 任何制程机台的子系
统其功能里的那些计划外的变异会导致控制减
弱并且降低了整个制程能力。这导致生产输出
一致性的制程能力降低。当超过一台机台时，
其特性或组合可以代表所取得的状态。应该指
出的是，也有可能被监测到的那些导致不可接
受状态的根本原因是非机台可控参数。这加强
了机台设置和运行时获得及时和有效的信息的
价值，以避免因为非机台可控原因所造成的缺
陷却“指责机台”。
6.2.2 焊接⼯艺评定 焊接设备的主要运行特
性的测量和记录对操作人员和工艺工程师都有
很大的好处。一个有能力及时确定焊接系统实
际性能的工具，能够确认机台设置和每一个预
防性维护（PM）程序采取纠正措施的影响。新
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