IPC-7530 焊工艺温度曲线指南(回流焊和波峰焊) 中文版.pdf - 第14页
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 …
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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增加的功能可以测量随着时间的推移其整个过
程中这些参数的相互关联的影响。对于组装工
序中不特定的温度曲线或“条件参数配置”，这
些工具可以帮助对于机台功能变异的准确性和
重复性的评估。结合使用SPC软件程序可以检测
操作参数的变化，可以得知机台是否需要维护。
“调试”是制程失去管控的第一个信号。当数
据准确、可靠时，才能对设备进行修改或更换。
6.2.3 设备分析的特点 测量机台设定信息的
可用性和追踪其复杂的交互作用的变异性对过
程控制有重大意义。设备的操作设定，条件参
数和特性能够测量和分别显示，远比只是从机
台上直接的读取设定信息要更有意义。此信息
可用在产品投产之前和担忧缺陷产生之前，它
是一个真正的预防性维护和工艺控制系统的本
质。应用SPC 软件可以满足预防性维护所需要
的预测要求。如果是基于随意的生产排程，太
迟（作为快速响应去纠正问题）或者太快的执
行预防维护都是不符合成本效益的。
6.2.4 对策 软件套件可以帮助操作人员追踪
和对比 机台和过程参数随着时间变化时的差
异。这提供了统计的信息让我们感受到了偏移
或机台性能改变的预警。这对于操作人员和工
艺工程师在车间收集这些过程和设备的操作变
量数据和实时评估来讲都是有利的。应该强调
的是，这些数据反映系统参数是以追踪机台设
定和性能为目的，并不是特定的组装工艺的温
度曲线。
有了这些数据，机台设定和工艺参数可以按照
需求正确的输入和加载，来维护系统或者达到
以前设定条件下的机台性能。当没有这个功能
时，想努力去再现特定组装工艺的温度曲线常
常需要用同一个样本不停的调整机台参数，为
了达到预期的条件常常需要追踪调整机台的各
个参数。应该知道哪些控制因素与之前的条件
不同，来减少猜测。
使用这种类型工具的好处包括提高的生产力和
温度曲线测试设定及基线测量时的分辨力、过
程控制和机台及工艺的故障排除。
6.3 设定与基准 建立正确的波峰焊机台设置
对于整个焊接过程都是重要的。操作人员不断
的按指令检查组件，当它们经过锡波时确保合
适的锡波高度和适当的浸锡深度。假如有一个
装置可以做这项工作的话那将会有更高的产能
和良好的重复性，设定时不用冒着贵重的产品使
用“尝试法”的风险。有了建立好的规范的设
备参数，应用机台“温度曲线”装置的运行，
在维修保养之后恢复设备到最适合的运行状态
将是可达到的。
6.4 ⼯艺控制 要提供可靠的产品最重要的是
提供受控的过程与在工艺窗口之内。同样的该
工具可以提高故障排除时的诊断能力，可以加
快识别是材料或机台的问题。
获取与追踪相关测量的过程变量，对测量和追
踪这些实际值而非设定值的能力提供了优势，
在这些方面提高生产力，减少返工或修板。
7 在线测试过程的技术和步骤
7.1 预热限制 如标准J-STD-001所述，预热温
度不得降低印制板、元器件或焊接性能。并且
助焊剂和元器件供应商对于特定材料通常会有
推荐的温度要求，在生成温度曲线时必须予以
考虑。
7.2 测试频率 温度曲线的测试频率取决于设
备的控制水平。在最低限度的控制水平，曲线
测试应该在：
• 连续组装时至少每七天一次。
• 如果是批次组装过程则每次都需要测试。
如果设备能够显示被适当管控，则测量待测物
的温度曲线随时都是可进行的：
• 设备上有新的组装时。
• 发生能够影响组装热量的工程变更。
• 发生可能影响组装热量的设备调整。
7.3 热电偶定义/选择
7.3.1 热电偶类型 以下是这种用法所建议的
常见的热电偶类型。选择的热电偶必须与使用
的温度曲线记录仪的输入要求相匹配。
7.3.1.1
K型 K型（镍-铬和镍-铝）是最常用
的热电偶感温线，它具有较宽的作业范围从-
200°C 到1250°C，精确度为 ±1.5°C。温 度 高于
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