SMT回流焊接炉温的精准控制方法

技术领域

本发明属于控制技术领域，尤其涉及一种SMT回流焊接炉温的精准控制方法。

背景技术

SMT工艺的基本流程包括：锡膏印刷-零件贴装-回流焊接-清洗-AOI光学检测-维修-分板。

其中，在SMT贴片(Surface Mount Technology，电子电路表面组装技术；简称表面贴装)指的是在PCB(印刷电路板)基础上进行加工的系列工艺流程的简称；在SMT贴片生产回流焊接中，温度太低会导致焊锡未熔化冷焊，温度太高会导致PCB上的电子元件被烘烤坏，因此一个精准的回流焊接炉温是保证整个焊接品质的关键；亟需改进。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种SMT回流焊接炉温的精准控制方法，能够解决现有技术的回流焊接中温度太低、太高容易导致焊接低质的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种SMT回流焊接炉温的精准控制方法，包括：

测定所选定的标准PCB板回流焊接的标准温度曲线，将该标准温度曲线按照回流焊接工艺至少分解出预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数；

将待焊接件放置到回流焊接炉内后，将炉内温度按照第一升温速率升高至第一活性温度，实时控制第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数；

将炉内温度维持在第一活性温度至第二活性温度之间，并维持60-120秒；第二活性温度大于第一活性温度；

将炉内温度升高至最高温度区间，并维持45-75秒；该最高温度区间中的最高温度控制在235-250℃；

进行炉内冷却，并将冷却时降温速率的数值控制在不大于所述第一升温速率的最大值。

作为本发明进一步的方案，所述测定所选定的标准PCB板回流焊接的标准温度曲线的步骤中，具体可以通过模拟测定、实物测定，或者通过模拟测定和实物测定同时实现。

作为本发明进一步的方案，通过模拟测定所选定的标准PCB板回流焊接的标准温度曲线，具体包括：

选定标准PCB板，设定测温探头，并连接测温探头与测温仪；

将设定有测温探头的标准PCB板放进回流焊接炉中，模拟正常生产的过炉动作测试炉内温度；

测试完成后读取所述测温仪通过所述温度探头采集的温度数据，生成炉温曲线；即得所述的标准温度曲线。

作为本发明进一步的方案，所述模拟测定的次数为两次以上，进而得到两次以上的炉温曲线；

拟合所有的炉温曲线，得到所述的标准温度曲线。

作为本发明进一步的方案，所述方法还包括：

在分解出预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数后，对预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数求导，得到预热控制分量、恒温控制分量、回流控制分量和冷却控制分量；

将待焊接件放置到回流焊接炉内后，实时获取炉内温度；

在时序上按照相应时刻的预热控制分量、恒温控制分量、回流控制分量或冷却控制分量控制炉内温度，实现待焊接件的回流焊接。

作为本发明进一步的方案，所述实时控制第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数的步骤，具体包括：

对所述预热区的控制参数求导，得到预热控制分量；

实时获取第一升温速率，并与相应时刻的预热控制分量做差，根据所得的差值调节炉内温度，使得该差值趋于零，以使第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数。

作为本发明进一步的方案，将第一活性温度调至第二活性温度的过程中，各时刻的温度变化速率记为第二升温速率，该第二升温速率按照所述恒温区的控制参数进行实时调节。

作为本发明进一步的方案，所述第二活性温度的取值范围是150-200℃。

根据权利要求1所述的SMT回流焊接炉温的精准控制方法，其特征在于，所述将炉内温度升高至最高温度区间，并维持45-75秒；该最高温度区间中的最高温度控制在235-250℃的步骤，具体包括：

按照回流区的控制参数，将炉内温度由第二活性温度升高至220℃；之后，控制炉内温度升高至235℃以上、250℃以下；维持炉内温度在220℃以上的时间在45-75秒。

作为本发明进一步的方案，所述进行炉内冷却的步骤，具体包括：

按照不大于所述第一升温速率的数值匀速控制炉内温度降低；

或者，变速控制炉内温度降低，变速时任意时刻的数值不大于所述第一升温速率的最大值。

作为本发明进一步的方案，其中，进行炉内冷却的降温速率为：1～5℃/s。

作为本发明进一步的方案，所述第一升温速率的范围为：1～5℃/s。

作为本发明进一步的方案，所述第一升温速率的最佳取值为3℃/s。

本发明实施例提供的一种SMT回流焊接炉温的精准控制方法，相比现有技术取得以下有益效果：按照预热区、恒温区、回流区和冷却区，测定标准温度曲线，并根据测定的数据，精准控制待焊接件的回流焊接，这样的话，待焊接件是PCBA(印制电路板)时，可以在恒温区：使PCBA上的所有元件温度达到一致，使锡膏中的挥发性物质挥发掉，锡膏里的助焊剂开始工作与焊接部位的金属氧化层起化学反应去除氧化层形成干净的焊接面；在回流区：关键的焊接区,使焊锡颗粒开始熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程，在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点；并避免峰值温度过高或回流时间过长，可能会对PCB、元器件造成的损害；以及，峰值温度过低或回流时间过短，可能会使焊锡的润湿性变差而不能形成高品质的焊点，易造成虚焊、冷焊等不良；在冷却区：使得焊点迅速降温、焊锡凝固，焊点迅速冷却可以将焊料晶格细化，结合强度提高，焊点光亮，表面连续“呈弯月面”；避免冷却速率太快，则可能会因承受过大的热应力而造成元器件损伤，焊点有裂纹等不良。

附图说明

图1为本实施例提供的一种SMT回流焊接炉温的精准控制方法的流程图；

图2为本实施例中测定标准温度曲线(即标准炉温曲线)的流程图；

图3为本实施例中的标准炉温曲线图(其中横轴表示时间，纵轴表示温度)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例提供的一种SMT回流焊接炉温的精准控制方法的流程图，具体包括以下步骤S101-S109：

S101、测定所选定的标准PCB板回流焊接的标准温度曲线，该标准温度曲线即为图3所示的标准炉温曲线；将该标准温度曲线按照回流焊接工艺至少分解出预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数；

本步骤中，所述测定所选定的标准PCB板回流焊接的标准温度曲线的步骤中，具体可以通过模拟测定、实物测定，或者通过模拟测定和实物测定同时实现。

本实施例的一个示例中，标准炉温曲线可以预先测量，也可以在选定待焊接件后，根据待焊接件对标准PCB板进行选定后测定。

本实施例的一个示例中，并不局限于将该标准温度曲线按照回流焊接工艺分解出预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数这样的四个工艺区，也可以是其他划分方式，在此不再详述。

如图2所示，通过模拟测定所选定的标准PCB板回流焊接的标准温度曲线，具体包括：

S202、选定标准PCB板，设定测温探头，并连接测温探头与测温仪；

由该标准PCB板的PCBA制作一片测温板，在关键的元器件位置安装测温探头，测温探头另一端与测温仪相连，测温探头、测温仪均是市面上参见的成熟器件，在此不再详述；

S204、将设定有测温探头的标准PCB板放进回流焊接炉中，模拟正常生产的过炉动作测试炉内温度；正常生产的过炉动作包括预热、恒温、回流和冷却等等。

S206、测试完成后读取所述测温仪通过所述温度探头采集的温度数据，生成炉温曲线；即得所述的标准温度曲线。

S103、将待焊接件放置到回流焊接炉内后，将炉内温度按照第一升温速率升高至第一活性温度，实时控制第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数；

本步骤中，第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数，一般的，是将第一升温速率按照预热区的控制参数表示的曲线的曲率变化进行调整和控制。

S105、将炉内温度维持在第一活性温度至第二活性温度之间，并维持60-120秒；第二活性温度大于第一活性温度；

例如：在图3中，第一活性温度是150℃，第二活性温度是200℃，第二活性温度大于第一活性温度；显然，为了后续工艺的升温，可以在恒温区保持温度在60-120秒内持续升温，但是不超过200℃；此外，也可以在恒温区保持温度在60-120秒内恒温在150、175、190或200℃的温度；

根据待焊接件的板材的不同，维持的温度也可以不同，可以是60、70、80、100、110或120秒，具体可以根据实际进行灵活选择；

S107、将炉内温度升高至最高温度区间，并维持45-75秒；该最高温度区间中的最高温度控制在235-250℃，如最高温度区间为220至(235℃，250℃)，则最高温度可以是235℃、240℃、245℃或250℃；而维持的温度可以根据实际控制在45-75秒范围内；

S109、进行炉内冷却，并将冷却时降温速率的数值控制在不大于所述第一升温速率的最大值。进行炉内冷却后得到回流焊接的PCBA成品。

本实施例的一个示例中，图3所示的标准炉温曲线中，可以看出，预热区(图中的A→B)：此温区主要是将PCBA的温度从环境温度提升到所需的活性温度，即第一活性温度，一个示例中具体是150℃；此温区重点管控升温速率，即管控第一升温速率，一般管控在1～5℃/s，最佳3℃/s，因为升温太快易导致某些缺陷，如锡膏飞溅产生锡珠、陶瓷电容产生裂纹等，升温太慢会导致锡膏感温过度没有足够的时间使PCBA达到活性温度。

恒温区(图中的B→C)：此温区也叫活性区，主要作用是使PCBA上的所有元件温度达到一致，使锡膏中的挥发性物质挥发掉，锡膏里的助焊剂开始工作与焊接部位的金属氧化层起化学反应去除氧化层形成干净的焊接面，此温区温度变化不宜过大一般在150-200℃(即第一活性温度至第二活性温度)，时间控制在60-120秒。

回流区(图中的C→D)：此温区是关键的焊接区,进入该温区后焊锡颗粒开始熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程，在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点；该温区的峰值温度即最高温度应控制在235-250℃，回流时间(220℃以上)应控制在45-75秒；若峰值温度过高或回流时间过长，则可能会对PCBA、元器件造成损害；若峰值温度过低或回流时间过短，则可能会使焊锡的润湿性变差而不能形成高品质的焊点，易造成虚焊、冷焊等不良。

冷却区(图中的D→E)：PCBA进入冷却区后，焊点迅速降温、焊锡凝固，焊点迅速冷却可以将焊料晶格细化，结合强度提高，焊点光亮，表面连续“呈弯月面”，该区降温速率即冷却时降温速率应控制在5℃/s以内，若冷却速率太快，则可能会因承受过大的热应力而造成元器件损伤，焊点有裂纹等不良。

本实施例中，所述的SMT回流焊接炉温的精准控制方法，按照预热区、恒温区、回流区和冷却区，测定标准温度曲线，并根据测定的数据，精准控制待焊接件的回流焊接，这样的话，待焊接件是PCBA(印制电路板)时，可以在恒温区：使PCBA上的所有元件温度达到一致，使锡膏中的挥发性物质挥发掉，锡膏里的助焊剂开始工作与焊接部位的金属氧化层起化学反应去除氧化层形成干净的焊接面；在回流区：关键的焊接区,使焊锡颗粒开始熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程，在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点；并避免峰值温度过高或回流时间过长，可能会对PCBA、元器件造成的损害；以及，峰值温度过低或回流时间过短，可能会使焊锡的润湿性变差而不能形成高品质的焊点，易造成虚焊、冷焊等不良；在冷却区：使得焊点迅速降温、焊锡凝固，焊点迅速冷却可以将焊料晶格细化，结合强度提高，焊点光亮，表面连续“呈弯月面”；避免冷却速率太快，则可能会因承受过大的热应力而造成元器件损伤，焊点有裂纹等不良。

可以理解的是，该SMT回流焊接炉温的精准控制方法，不仅可以应用在PCBA，还可以应用在其他电路板的焊接中，当其应用到其他电路板时，测定标准温度曲线的方式是一样的，仅仅可能对预热区、恒温区、回流区、冷却区进行微调即可，这种微调，本领域技术人员根据实际容易选择；本实施例并不限制于此。

本实施例的一个示例中，所述模拟测定的次数为两次以上，进而得到两次以上的炉温曲线；

拟合所有的炉温曲线，得到所述的标准温度曲线。

其中，拟合的方法为现有技术，例如：均值法、方差法等；

本实施例的一个示例中，可以对已完成回流焊接的PCBA成品进行判断；

获取或调用回流焊接过程中的实际炉温数据，并可制成实测炉温曲线，通过比较标准炉温曲线和实测炉温曲线，判断PCBA成品是否合格；即通过比较实测炉温曲线的四区数据与标准炉温曲线的标准数据的差异，判断每项数据是否在范围之内，在范围之内才是合格的炉温曲线，不在范围之内则需对炉温设置进行相应的调整后再测试炉温，直到测试合格为止。而未测试合格状态产生的PCBA成品为次品。

本实施例的一个示例中，所述方法还包括：

在分解出预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数后，对预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数求导，得到预热控制分量、恒温控制分量、回流控制分量和冷却控制分量；

将待焊接件放置到回流焊接炉内后，实时获取炉内温度；

在时序上按照相应时刻的预热控制分量、恒温控制分量、回流控制分量或冷却控制分量控制炉内温度，实现待焊接件的回流焊接。

本实施例的一个示例中，所述实时控制第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数的步骤，具体包括：

对所述预热区的控制参数求导，得到预热控制分量；

实时获取第一升温速率，并与相应时刻的预热控制分量做差，根据所得的差值调节炉内温度，使得该差值趋于零，以使第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数；这种PI闭环控制方式，时效性较高，并且控制精度高。

本实施例的一个示例中，将第一活性温度调至第二活性温度的过程中，各时刻的温度变化速率记为第二升温速率，该第二升温速率按照所述恒温区的控制参数进行实时调节。

第一活性温度为150℃，也可以根据需求灵活设置；

本实施例的一个示例中，所述第二活性温度的取值范围是150-200℃。

例如：所述第二活性温度取150、165、180或200℃；

本实施例的一个示例中，所述将炉内温度升高至最高温度区间，并维持45-75秒；该最高温度区间中的最高温度控制在235-250℃的步骤，具体包括：

按照回流区的控制参数，将炉内温度由第二活性温度升高至220℃；之后，控制炉内温度升高至235℃以上、250℃以下；维持炉内温度在220℃以上的时间在45-75秒。

本实施例的一个示例中，所述进行炉内冷却的步骤，具体包括：

按照不大于所述第一升温速率的数值匀速控制炉内温度降低；

或者，变速控制炉内温度降低，变速时任意时刻的数值不大于所述第一升温速率的最大值。

本实施例的一个示例中，其中，进行炉内冷却的降温速率为：1～5℃/s。

优选的，进行炉内冷却的降温速率为3℃/s。

本实施例的一个示例中，所述第一升温速率的范围为：1～5℃/s。

本实施例的一个示例中，所述第一升温速率的最佳取值为3℃/s。

在另一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述方法的步骤S101至S109；

S101、测定所选定的标准PCB板回流焊接的标准温度曲线，将该标准温度曲线按照回流焊接工艺至少分解出预热区、恒温区、回流区和冷却区的控制参数；

S103、将待焊接件放置到回流焊接炉内后，将炉内温度按照第一升温速率升高至第一活性温度，实时控制第一升温速率遵循于所述预热区的控制参数；

S105、将炉内温度维持在第一活性温度至第二活性温度之间，并维持60-120秒；第二活性温度大于第一活性温度；

S107、将炉内温度升高至最高温度区间，并维持45-75秒；该最高温度区间中的最高温度控制在235-250℃；

S109、进行炉内冷却，并将冷却时降温速率的数值控制在不大于所述第一升温速率的最大值。

上述，本实施例提供的一种SMT回流焊接炉温的精准控制方法，按照预热区、恒温区、回流区和冷却区，测定标准温度曲线，并根据测定的数据，精准控制待焊接件的回流焊接，这样的话，可以在恒温区：使PCBA上的所有元件温度达到一致，使锡膏中的挥发性物质挥发掉，锡膏里的助焊剂开始工作与焊接部位的金属氧化层起化学反应去除氧化层形成干净的焊接面；在回流区：关键的焊接区,使焊锡颗粒开始熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程，在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点；并避免峰值温度过高或回流时间过长，可能会对PCB、元器件造成的损害；以及，峰值温度过低或回流时间过短，可能会使焊锡的润湿性变差而不能形成高品质的焊点，易造成虚焊、冷焊等不良；在冷却区：使得焊点迅速降温、焊锡凝固，焊点迅速冷却可以将焊料晶格细化，结合强度提高，焊点光亮，表面连续“呈弯月面”；避免冷却速率太快，则可能会因承受过大的热应力而造成元器件损伤，焊点有裂纹等不良。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。