进板间隔对炉温曲线的影响

摘 要：印板在回流焊接时，对炉温曲线有较高的控制要求。炉温曲线在测定时整个炉腔内只有一块测温板，但是正式生产时，是连续生产方式，炉腔内有多块印板，此时炉温曲线会有所变化。进板间隔越短，同时在炉腔内的印板就越多，对炉温曲线的影响也越大。本文就是研究进板间隔对炉温曲线的影响，以找到合理的最小进板间隔。

关键词：进板间隔；炉温曲线；回流时间

1 引言

印板的回流焊接是SMT生产的重要环节，而回流炉本身各个温区的设置温度，只能控制炉腔内温度，并不是真正传导到印板器件上的实际温度。因此在印板生产前需要制作专门的测温板，以测定印板在炉腔内的实际温度，以确定实际的炉温曲线是否满足控制要求。

但是，用测温板测试炉温时，往往是在炉腔内没有其他印板的情况下进行，而实际生产时，是连续生产方式，印板以SMT流水线节拍为间隔，依次进入回流炉。此时由于炉腔内印板较多，势必会对实际炉温造成影响。尽管现在我们公司使用的回流炉都是具有闭环控制的进口设备，但是其热量补偿总有一定的时间差，对印板上的实际炉温曲线影响多大，都需要通过试验进行验证。

2 试验验证

2.1 试验条件设定

由于回流炉内各温区采用闭环控制，本身热容量较大，可以预见当同时在炉腔内印板越多时，对实际炉温的影响会越大。换言之，印板的进入回流炉的间隔越短，对印板的实际炉温曲线影响越大。因此，我们的试验需要设定一个最短的进板间隔，以确定其对炉温曲线的影响。

考虑到生产过程中实际的最短进板间隔，应该是SMT生产线的节拍，一般来讲是贴片机的最小生产节拍。但是印板本身复杂程度差异较大，很难确定最短的生产节拍。贴片机的前道印刷机的生产节拍相对固定，即使印板再简单，印刷的时间也不会缩短太多，一般至少需要20秒。

综合考虑，我们将最短进板间隔可以预设为20s。为了保证一定的余量，我们将试验的印板进板间隔定在15秒左右。

2.2 试验方法

首先将制作好的测温板，在回流炉内没有印板的情况下测试炉温曲线。然后以15秒左右的进板间隔将印板放入回流炉，在中间插入测温板，以测定炉温曲线。将两条炉温曲线进行对比，以确定缩短进板间隔对炉温曲线的影响，以及是否仍在炉温曲线的控制要求之内。

2.3 试验结果分析

实测后的两条炉温曲线，将两条炉温曲线的各个控制要点，列表1比较如下。

根据表1可以看到，两条炉温曲线在预热阶段差别不大，有两个测温点预热时间略有减少。但是在回流阶段，各测温点回流时间普遍被拉长，峰值温度也有所上升。各控制要点都符合控制要求。

这与预先设想中连续进板时，由于吸热量变大，各阶段温度将普遍变低的预想有所不同。为了进一步分析连续进板时温度反而上升的原因，我们将炉温曲线与回流炉的各个温区进行对应后，作图1如下。

试验使用的回流炉由10个加热温区，以及两个冷却温区组成。从上图可以看到，回流时间（>200℃）的温度曲线不仅落在最后两个加热温区，还有部分落在第一个冷却温区。因此冷却温区对回流时间的长短也有显著的影响。冷却温区的工作原理是通过冷凝水循环，利用顶部风扇将冷风吹出，使炉腔降温。由于连续进板后，同时有多块印板进入冷却区，印板将加热温区的大量高温直接带到冷却区，冷却区的降温效果就变差，导致印板的回流时间加长，甚至峰值温度也略有上升。

为了验证上述分析，我们再用回流曲线的具体数据来进行验证。选取回流时间改变最多（增加8秒）的测温点3来看，在单块印板实测时，从200℃升温到峰值温度229℃耗时33秒，从229℃降温到200℃耗时15秒；连续进板实测时，从200℃升温到229℃耗时32秒，从229℃降温到200℃耗时24秒。可见在升温速度基本相当的情况下，降温速度变慢，是使回流时间变长的主要原因。

3 结语

根据试验验证的结果，可以看到，即使在印板间隔15秒左右进炉的情况下，回流炉加热温区的热容量和闭环控制能力都足以满足印板焊接所需的热量要求，不至于对焊接品质造成不良。

但是由于连续进板时对冷却温区造成较大的负担，使冷却能力降低较多，造成了回流时间变长和峰值温度升高的情况。尽管数据仍然在控制要求之内，但是仍需引起重视，对进板间隔需要进行规范，以防止进板间隔过短使印板上器件因温度过高而损坏的情况发生。

根据试验的数据，进板间隔在15秒时各温度控制要求已能满足，加上一定的余量，将印板进板间隔的标准定在不小于20秒是合理可行的。

参考文献：

[1]贾忠中.SMT核心工艺解析与案例分析[M].电子工业出版社，2013.

[2]王天曦，王豫明.SMT教育培训系列教材：电子组装先进工艺[M]. 电子工业出版社，2013.

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作者简介：姚效（1980-），男，上海市人，工程师，工程硕士学位，主要从事SMT工艺研究工作。endprint