雙軌回流焊爐已問(wèn)世多年。通過(guò)同時(shí)平行處理兩個(gè)電路板，可使單個(gè)雙軌爐的產(chǎn)能提高兩倍。目前, 電路板制造商僅限于在每個(gè)軌道中處理相同或重量相似的電路板。而現(xiàn)在, 擁有獨(dú)立軌道速度的雙軌雙速回流焊爐使同時(shí)處理兩塊差異更大的電路板成為現(xiàn)實(shí)。 既然不同軌道都可以設(shè)定不同的速度，那么工藝工程師的任務(wù)就是要開(kāi)發(fā)可同時(shí)滿足兩個(gè)電路板要求的工藝參數(shù)設(shè)置。本論文將探討怎樣去獲得這樣爐溫曲線的實(shí)用方法。
2 原理
首先，我們要了解影響熱能從回流爐加熱器向電路板傳遞的主要因素。在通常情況下，如圖 A所示，回流焊爐的風(fēng)扇推動(dòng)氣體（空氣或氮?dú)猓┙?jīng)過(guò)加熱線圈，氣體被加熱后，通過(guò)孔板內(nèi)的一系列孔口傳遞到產(chǎn)品上。
可用如下方程來(lái)描述熱能從氣流傳遞到電路板的過(guò)程，
q = 傳遞到電路板上的熱能
a = 電路板和組件的對(duì)流熱傳遞系數(shù)
t = 電路板的加熱時(shí)間
A = 傳熱表面積
ΔT = 對(duì)流氣體和電路板之間的溫度差
我們將電路板相關(guān)參數(shù)移到公式的一側(cè)，并將回流焊爐參數(shù)移到另一側(cè)，可得到如下公式：
q=a|t|a||t 當(dāng)引入不同的電路板時(shí)，公式中的參數(shù) a 和 A 都會(huì)相應(yīng)改變。進(jìn)而，只有通過(guò)調(diào)整電路板吸收的熱能（q）才能使公式繼續(xù)保持平衡。熱能的變化會(huì)造成電路板溫度發(fā)生變化。所以，為了保持電路板溫度不變，我們必須改變區(qū)域溫度設(shè)點(diǎn)（ΔT）或傳輸帶速度（t）。
3 應(yīng)用
在單軌回流焊爐中處理一個(gè)電路板時(shí)， 我們可以通過(guò)修改設(shè)置點(diǎn)(ΔT)或帶速(t)來(lái)調(diào)整溫度曲線進(jìn)而獲得理想的溫度曲線。如果我們?cè)陔p軌道回流焊爐中同時(shí)處理兩個(gè)不同的電路板時(shí)，我們只可以調(diào)整每個(gè)軌道的帶速來(lái)獲得所需的溫度曲線，因?yàn)樵陔p軌回焊爐中兩個(gè)軌道同在一個(gè)爐腔，其溫度設(shè)置必須是相同的。
2009 年 8 月，BTU1
發(fā)表了一篇論文，文中討論了帶速、溫區(qū)設(shè)點(diǎn)和對(duì)流速率對(duì)回流焊接溫度曲線的影響，并且探討了爐子的設(shè)置如何影響兩個(gè)電路板的峰值溫度、液態(tài)以上時(shí)間和均勻性。隨著雙速雙軌技術(shù)的出現(xiàn)，我們有必要深入研究在僅改變帶速的情況下，處理三塊不同電路板的情況。 這項(xiàng)研究采用無(wú)鉛和有鉛焊膏配方工藝，應(yīng)用 Pyramax 150N-12Z 12 區(qū)氮?dú)饣亓骱笭t，使用75 克、360克和 520克三種電路板，帶速分別從 30 IPM 變化到60 IPM 不等。每種實(shí)驗(yàn)組合的峰值溫度、液態(tài)以上時(shí)間以及保溫時(shí)間均予以記錄，以便分析。
3.1 有鉛焊膏工藝
如圖 B 所示，有鉛工藝實(shí)驗(yàn)的第一步是用 360 克電路板在 45 IPM 帶速來(lái)建立一個(gè)基準(zhǔn)曲線 (ramp-soak-spike：快速升溫-保溫-峰值)。峰值溫度目標(biāo)值為220°C，液態(tài)以上時(shí)間 (TAL)為60秒，140-170°C 段的保溫時(shí)間為 70 秒。
然后再改變帶速，以45 IPM 為起始點(diǎn)，每次改變幅度為 5 IPM，最小變化范圍為 15 IPM。后，記錄下每種實(shí)驗(yàn)組合的峰值溫度、液相線以上時(shí)間和保溫時(shí)間。如圖C1，C2，C3
隨帶速的變化
正如所料，在同一帶速的條件下，電路板重量對(duì)峰值溫度有較明顯的影響。其中，較重電路板的溫度比較輕電路板的溫度低 7-10°C。但對(duì)液態(tài)以上時(shí)間和保溫時(shí)間的影響不大。然而，當(dāng)我們改變帶速時(shí)，所有三個(gè)參數(shù)都發(fā)生變化。其中，液態(tài)以上時(shí)間和保溫時(shí)間的變化幅度幾乎達(dá)到50 秒，峰值溫度的變化幅度大約為 15°C。
下面我們將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用到雙軌雙速爐中，在同一雙軌回流焊爐中處理兩個(gè)不同電路板。首先，將 360 克的電路板放在一個(gè)軌道上，在另一個(gè)軌道上放上 75 克電路板。然后，根據(jù)圖 C1 的結(jié)果，將放置75克電路板的軌道帶速增加到 58 IPM (請(qǐng)參見(jiàn)圖D)，這樣兩個(gè)不同電路板就會(huì)實(shí)現(xiàn)相同峰值溫度。根據(jù)圖C2 和C3的結(jié)果，當(dāng)帶速為 58 IPM 時(shí)，75 克電路板的液態(tài)以上時(shí)間和保溫時(shí)間將分別縮短到45和55 秒。
同理，如圖D 所示，如果我們?cè)?60克電路板加熱菜單下處理 520 克電路板，我們則需要將帶速調(diào)整到 38 IPM，以保持這兩個(gè)不同電路板具有相同的峰值溫度。而最終得液態(tài)以上時(shí)間是80 秒，保溫時(shí)間為85秒。 通過(guò)上面實(shí)驗(yàn)我們可以看出，如果能夠接受新的液態(tài)以上時(shí)間和保溫時(shí)間，那么第二個(gè)電路板的新帶速就可以使用了。如果不能接受新的液態(tài)以上時(shí)間或保溫時(shí)間，那么只能接受新電路板不同峰值溫度，或在兩個(gè)電路板上再嘗試不同的設(shè)置點(diǎn)。
3.2 無(wú)鉛焊膏工藝
接下來(lái)，我們按照前面的方法來(lái)獲得無(wú)鉛菜單的溫度曲線。我們用 360 克電路板在帶速為 44 IPM 的條件下，建立一個(gè)迅速升至峰值的無(wú)鉛基準(zhǔn)菜單，如圖 E所示。峰值溫度目標(biāo)是 240°C，217°C液態(tài)以上的時(shí)間為 60 秒。因?yàn)闊o(wú)鉛曲線通常幾乎沒(méi)有或完全沒(méi)有保溫時(shí)間，所以如果要考慮保溫時(shí)間的話，我們選擇監(jiān)測(cè)在 140-170°C 范圍之間的時(shí)間。
我們按照有鉛工藝實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)無(wú)鉛工藝重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn)。使帶速?gòu)钠瘘c(diǎn)開(kāi)始上下變化 幅度為 15 IPM。記錄下三個(gè)測(cè)試電路板分別在不同帶速情況下的峰值溫度、液態(tài)以上時(shí)間和保溫時(shí)間。結(jié)果如圖 F1、F2和F3 所示。
從圖中可以看出，電路板的重量對(duì)無(wú)鉛焊料峰值溫度的影響和有鉛焊料是相似的。在較低帶速情況下，電路板之間的峰值溫度差值大約是 7°C；速度較快時(shí)，差值接近 13°C。在有鉛實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，電路板量不影響液態(tài)以上時(shí)間或保溫時(shí)間。而在無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，75 克電路板的液態(tài)以上時(shí)間幾乎比其它板長(zhǎng) 20 秒，這極可能是由于迅速升至峰值溫度曲線的特殊形狀引起的。 同理，當(dāng)我們改變帶速時(shí)，所有三個(gè)參數(shù)也如同有鉛曲線中一樣都發(fā)生了變化。其中液態(tài)以上溫度改變幅度為 80 秒，保溫時(shí)間改變幅度為 20 秒，峰值溫度的改變幅度則為 15°C。 從上述圖中我們可以看出，有鉛和無(wú)鉛曲線是類似的。其中，峰值溫度圖 F1 表明，如果我們使用 360 克電路板所確定的菜單，并且希望在另一軌道上同時(shí)處理 75 克的電路板，我們則需要將帶速增加到 60 IPM。而圖 F2 和 F3 告訴我們，75 克電路板在 60 IPM 帶速情況下的液態(tài)以上
時(shí)間和保溫時(shí)間大約為 40和 20 秒。 同樣，我們可以在 39 IPM 帶速條件下，使用 360 克電路板設(shè)置菜單同時(shí)處理 520 克電路板，使其具有相同的峰值溫度。而最終得到的液態(tài)以上時(shí)間是 62 秒，保溫時(shí)間為 32 秒。如果我們可以接受液態(tài)以上時(shí)間和保溫時(shí)間的改變，那么通過(guò)改變帶速可以達(dá)到我們的工藝要求。
4 捷徑 - 預(yù)測(cè)軟件
在處理多個(gè)曲線之后，我們認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)工程師希望有一個(gè)更好更快捷的辦法來(lái)從這些圖表中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠節(jié)省他們的工作時(shí)間。首批實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)在速度變化范圍內(nèi)接近線性，于是我們想首先獲得主電路板的基本曲線，然后采用相同區(qū)域設(shè)置點(diǎn)和±15 IPM 的帶速變化幅度，在次級(jí)電路板上面獲得兩個(gè)曲線。然后可以將各點(diǎn)連接起來(lái)，繪制一條平行線，為次級(jí)電路板提出新的帶速。這將需要我們僅處理三個(gè)曲線，即可確定初步的帶速估值。 接著，我們需要了解KIC Navigator等預(yù)測(cè)軟件是否可用來(lái)預(yù)測(cè)曲線。我們?cè)褂肒IC Explorer來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)的原始曲線，在僅改變無(wú)鉛基準(zhǔn)菜單帶速的情況下，KIC Navigator 對(duì)于每個(gè)電路板曲線的預(yù)測(cè)其實(shí)是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的步驟。軟件預(yù)測(cè)的峰值溫度與實(shí)際溫度的偏差在 2-3°C 范圍內(nèi)。三個(gè)電路板的峰值預(yù)測(cè)溫度和實(shí)際溫度對(duì)比情況見(jiàn)圖 G1, G2, G3。
