東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王志兵廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 李杏清東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鮑晶晶

基于EDA的Heller回流焊機(jī)虛擬制造系統(tǒng)研究

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王志兵
廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 李杏清
東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鮑晶晶

【摘要】本文提出了一種基于EDA的Heller回流焊機(jī)虛擬制造系統(tǒng)研究方法，該方法針對Heller回流焊機(jī)理想溫度曲線設(shè)定和實際測量溫度曲線偏差太大，容易出現(xiàn)預(yù)熱偏差、回流焊接偏差等問題，通過對回流焊溫度曲線的設(shè)計和回流焊虛擬制造系統(tǒng)的研究來改善Heller回流焊機(jī)的焊接質(zhì)量。其中溫度曲線的設(shè)計主要通過合金選擇，PCB板類型和溫度曲線模擬實測來進(jìn)行；虛擬制造主要通過系統(tǒng)運行設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)修改，操作實時記錄和報警設(shè)置來進(jìn)行。

【關(guān)鍵詞】EDA，Heller回流焊；溫度曲線；虛擬制造

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金資助，課題項目：電子SMT虛擬制造系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，項目編號：2015a04。

1 引言

回流焊是伴隨微型化電子產(chǎn)品的出現(xiàn)而發(fā)展起來的焊接技術(shù)，主要用于各類表面組裝元器件的焊接。回流焊就是預(yù)先在PCB焊接部位施放適量的焊料，然后貼裝表面組裝元器件，再利用外部熱源使焊料再次流動達(dá)到焊接的一種焊接工藝。

回流焊虛擬制造是通過軟件來對回流焊過程進(jìn)行模擬仿真，主要包括溫度曲線的設(shè)計和回流焊虛擬制造系統(tǒng)設(shè)置。其中溫度曲線的設(shè)計主要通過合金選擇，PCB板類型和溫度曲線模擬實測來進(jìn)行；虛擬制造主要通過系統(tǒng)運行設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)修改，操作實時記錄和報警設(shè)置來進(jìn)行。通過回流焊虛擬制造系統(tǒng)的研究，我們可以反復(fù)模擬測試回流焊中遇到的焊接問題，更好的掌握回流焊技術(shù)，有效地減少回流焊中的焊接缺陷。

2 回流焊技術(shù)

回流焊工藝焊接效率高，質(zhì)量和一致性好，回流焊的加熱過程可以分為預(yù)熱、保溫、焊接和冷卻四個溫區(qū)，主要有兩種實現(xiàn)方法：一種是沿著傳送系統(tǒng)的運行方向，讓電路板順序通過爐內(nèi)的四個溫度區(qū)域；另一種是把電路板停放在某一個固定位置上，在控制系統(tǒng)的作用下，按照四個溫度區(qū)域的梯度規(guī)律調(diào)節(jié)、控制溫度的變化。

按回流焊加熱區(qū)域的不同，回流焊可分為兩大類：一是對PCB整體加熱，主要有氣相回流焊、熱板回流焊、紅外回流焊、紅外加熱風(fēng)回流焊和全熱風(fēng)回流焊；二是對PCB局部加熱，主要有激光回流焊、聚焦紅外回流焊、光束回流焊和熱氣流回流焊。

目前比較流行和實用的是紅外回流焊、紅外加熱風(fēng)回流焊和全熱風(fēng)回流焊。

3 Heller回流焊溫度曲線設(shè)計

Heller回流焊溫度曲線設(shè)計主要包括合金選擇和設(shè)計、PCB板類型選擇和溫度曲線模擬實測。其中，合金選擇和設(shè)計主要是根據(jù)實際用途和合金的熔點溫度來選擇不同比例的有鉛或者無鉛合金，也可以根據(jù)實際需要來自己設(shè)定合金的比例。

PCB板類型選擇主要是根據(jù)元器件的組裝類型（表面組裝或者混著）來確定是選擇單面板、雙面板還是多層板。

溫度曲線的設(shè)計主要是根據(jù)設(shè)定的溫度來得出模擬實測溫度，是模擬實測溫度曲線更接近理想的溫度曲線，設(shè)置過程中要注意兩點：一是模擬實測溫度應(yīng)大于零；二是符合預(yù)熱、保溫、回流各溫區(qū)溫度呈上升趨勢，如圖1所示。

4 Heller回流焊機(jī)虛擬制造系統(tǒng)

Heller回流焊機(jī)虛擬制造系統(tǒng)主要從程式編輯、系統(tǒng)運行設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、操作實時記錄和報警設(shè)置來模擬仿真回流焊接的實際過程，并通過各運行過程的參數(shù)修改和設(shè)置來有效地減少回流焊接缺陷。

其中，程式編輯主要是建立回流焊程式，確定程式名和產(chǎn)品名，并保持程式數(shù)據(jù)，包括風(fēng)扇速度、穩(wěn)定時間、氣體類型和含量、設(shè)定的溫區(qū)溫度、傳送類型和傳送速度等；系統(tǒng)運行設(shè)置主要是包括輸入和輸出兩種模式，并對兩種模式的最高溫度限制和最低溫度限制進(jìn)行設(shè)定，隨時監(jiān)控系統(tǒng)溫度的運行情況；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置主要是針對回流焊爐子型號、傳送方向、功率設(shè)置、啟動延時和溫度上升檢測等；操作實時記錄主要是記錄每個時刻的事件信息，事件類型和使用者，可以及時反饋回流焊接過程；報警設(shè)置主要包括兩種：一是高溫警告值和高溫危險值；二是低溫警告值和低溫危險值。其中高溫警告值要小于高溫危險值，低溫警告值要大于低溫危險值。

圖1 無鉛回流焊溫度曲線設(shè)計

5 結(jié)束語

本文針對Heller回流焊機(jī)理想溫度曲線設(shè)定和實際測量溫度曲線偏差太大，容易出現(xiàn)預(yù)熱偏差、回流焊接偏差等問題，通過對回流焊溫度曲線的設(shè)計和回流焊虛擬制造系統(tǒng)的研究來改善Heller回流焊機(jī)的焊接質(zhì)量。其中溫度曲線的設(shè)計主要通過合金選擇，PCB板類型和溫度曲線模擬實測來進(jìn)行；虛擬制造主要通過系統(tǒng)運行設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)修改，操作實時記錄和報警設(shè)置來進(jìn)行。實驗結(jié)果表明，該方法能有效地設(shè)定回流焊溫度曲線，使模擬實測溫度曲線更接近于理想溫度曲線，Heller回流焊機(jī)虛擬制造能夠有效模擬測試回流焊中遇到的焊接問題，減少回流焊中的焊接缺陷。

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作者簡介：

王志兵（1984—），男，江西南康人，碩士，東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：信號與信息處理，電子技術(shù)，電子工藝與SMT。