陶钰禧1马德彬2张博文2
1 华北理工大学冶金与能源学院 河北 唐山 063210 2 华北理工大学电气工程学院 河北 唐山 063210
摘要
本文首先从回流焊接的机理出发，对已知温度的小温区进行炉温曲线的求解，引入热时间敞亮、炉温曲线的反向求解、加热因子最优范围控制，提出了一套完整的回流焊优化方案，将回焊炉中的炉温曲线检测实现了模拟控制。将回焊炉中的炉温曲线检测实现了模拟控制，在减少劳动力、原料的基础上，可以进一步的优化回流焊接工艺。
关键词： 炉温曲线 热时间常量 反向求解 加热因子
1、引言
回流焊接工艺作为二级电子封装中的核心工艺，对电子产品的终端质量起着至关重要的作用。回流焊又称再流焊，主要是对贴片完成后的锡膏印刷电路板进行回流焊接，现将装贴好的电路板房屋回焊炉进行焊接，以回流加热的方式将焊锡膏溶解，锡膏经过预热、融化、湿润、冷却，将贴片电器元件与电路板的焊盘焊接到一起的一种新型的焊接技术，回流焊的焊接方法简单、操作容易、焊接质量优良、焊接效率高、节约成本便于实现自动化生产。目前已经成为了工厂生产的主要生产方式。
2、模型建立
首先，利用已知的数据，包括回焊炉的规格参数、小温区温度、传送带的带速以及 EXCEL 表中不同时间对应的温度，在处理数据后得到电路板移动位置与时间、温度之间的一一对应的关系，方便之后计算及数据查找。接着，利用 Matlab 对表中的数据进行图形绘制，得到该温度设定下的炉温曲线图，此曲线用作拟合对象，来确定热时间常量τ。
在这里我们引入工程物理上的具有时间量纲的热时间常数τ，τ 不仅取决于被加热物体自身的物理性质，还由冲击气流和被加热物体的热交换特征决定，c0、ρ、V、A、 h等诸多因素决定，它是被加热物体的温度受热源温度影响的反应速率大小，τ越小，影响越大，响应速度越快，使物体的温度迅速逼近热源温度。τ是否可用于计算不同温度区域下的电路板温度，是否可以准确建立温度曲线，这些都需要通过与已知数据作出的温度曲线拟合对比，若是拟合良好，则可利用τ建立温度曲线的表达式。
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回焊炉中各个小温区对 PCB 的加热情况可以用图 1 中的加热模型表示。其中，T- 是加热气体的温度，T是被加热物体表面温度，A是被加热电路板的板面积，s是电路板的厚度。
假设热气和 PCB 之间的换热系数h(W/m2k)在整个回焊炉加热区的同一个小温区组合内，是均匀分布的，并且近似认为已知常量，则可以得到对流热传递的热量表达式：
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由于τ是反映被加热物体温度对热源温度的响应速度，它的存在是与电路板自身物理属性和加热区的冲击气流由有着直接关系，不仅取决与产品本身的热质分布，也去取决与回焊炉的热传递性能。针对于同一个小温区组合，有着相同的热源加热温度，所加热的电路板在经过一次回焊炉过程中始终为同一块，此时就可以将该温度区域的τ认定为相同的数值，对于构成电路板组装产品上的一个特定焊点，在每一个温度区域对应着一个热时间常数τ，由公式可以看出，这些焊电在加热区间的温度增长都会随着时间呈现指数式增长，对求导可知温度上升的快慢，由于是减函数，因此，PCB每进入一个新的温度区域，在初始温度下的加热速率最快，当达到该加热区结尾时最小，然后进入下一个温度区域重复以上操作，这是形成温度曲线的内在本质，通过这个公式我们可以在理论上解释温度曲线产生的原因。
Matlab画出所有温度区域的分段温度曲线，若将所有阶段的温度曲线连接在一起，就可以构成完整的炉温曲线，于是就可以解出最后需要求解的所有温度，通过Matlab导出的温度时间数据可以确定，各处电路板的温度，建立炉温曲线如下图所示：
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八、参考文献
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