面向回流焊工藝過(guò)程質(zhì)量控制的溫度場(chǎng)仿真技術(shù)研究

侯文靜 何 非 胡子翔

（①南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；②中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

隨著電子產(chǎn)品向小型化、集成化和智能化方向的發(fā)展，表面貼裝技術(shù)（surface mounting technology，SMT）作為電子產(chǎn)品中重要的組成部分已被廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。在SMT 回流焊制造過(guò)程中，溫度曲線的監(jiān)控和控制既是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造周期的重要因素[1]。

近年來(lái)，人們開始利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究回流焊接過(guò)程。李娜等[2]和Esfandyari A 等[3]建立了回流焊接過(guò)程仿真模型，合理預(yù)測(cè)了被焊物體的溫度分布。郭瑜等[4]對(duì)回流焊工藝溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，有效預(yù)測(cè)了焊膏溫度曲線。王亞盛[5]提出了預(yù)熱、恒溫、回流和冷卻4 個(gè)階段中回流焊溫度設(shè)置和控制的要點(diǎn)，為制定出更加有效、完善的溫度曲線提供了參考。溫桂琛等[6]和朱桂兵等[7]指出，焊膏材料、峰值溫度、熔點(diǎn)以上駐留時(shí)間、升溫速率及冷卻速率是分析回流溫度曲線的重要指標(biāo)。

綜合文獻(xiàn)[2-7]，國(guó)內(nèi)外已有一些回流焊溫度場(chǎng)的仿真模擬研究，但多集中于回流焊工藝參數(shù)的設(shè)定和被焊物體的溫度分布預(yù)測(cè)，對(duì)溫度曲線和焊后質(zhì)量的深入探究較為缺乏。此外，現(xiàn)有研究往往使用復(fù)雜的整個(gè)回流爐結(jié)構(gòu)模型，導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)量龐大，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)?；诖?，為提高回流焊制程的效率和質(zhì)量，本研究以某印刷電路板（printed circuit board，PCB）組件為例，在分析不同溫度下對(duì)流換熱影響的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Ansys Icepak 軟件建立單溫區(qū)爐腔簡(jiǎn)化模型，采用試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，模擬計(jì)算回流焊接后的溫度場(chǎng)分布，研究不同工藝參數(shù)下爐內(nèi)溫區(qū)溫度和傳送帶鏈速對(duì)PCB 組件回流溫度的影響，為實(shí)現(xiàn)回流焊工藝過(guò)程的快速質(zhì)量控制提供理論基礎(chǔ)。

1 仿真模型建立

1.1 回流焊工藝流程分析

1.1.1 工藝流程

回流焊是一種常見的電子組裝技術(shù)，其基本流程包括以下步驟：首先，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在PCB 焊盤上涂覆適量的焊膏；然后，將表面貼裝元器件放置在焊膏上；最后，在外部熱源的作用下，焊膏熔化并再次流動(dòng)，形成金屬間化合物（intermetallic compound，IMC），從而實(shí)現(xiàn)可靠的焊接[8]。

1.1.2 工藝參數(shù)

合理設(shè)定回流爐的工藝參數(shù)是回流焊過(guò)程中至關(guān)重要的步驟。爐內(nèi)溫區(qū)溫度和傳送帶鏈速都是影響焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。一般而言，預(yù)熱區(qū)溫度通常應(yīng)維持在150 ℃左右，恒溫區(qū)溫度控制在130～160 ℃，回流區(qū)的峰值溫度應(yīng)高出焊膏的正常熔點(diǎn)25～30 ℃，冷卻區(qū)溫度則一般保持在25 ℃；而傳送帶鏈速應(yīng)保持在65～75 cm/min。

1.1.3 回流溫度曲線

回流溫度曲線是指在回流焊過(guò)程中，PCB 組件上某點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的曲線?；亓骱高^(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)濺錫、塌陷、空洞、立碑、短路等缺陷[9-10]，引發(fā)這些缺陷的主要原因是回流溫度曲線的設(shè)置不合理，合理調(diào)整回流溫度曲線可以避免此類缺陷的發(fā)生?；亓鳒囟惹€直接反映了PCB 組件在回流焊中的溫度變化情況。一條合理的回流溫度曲線可以避免超高溫對(duì)元器件造成損壞、過(guò)低溫度導(dǎo)致不良焊接以及溫度分布不均造成熱應(yīng)力集中等問(wèn)題，提高焊接質(zhì)量，確保PCB 組件的可靠性。

1.2 回流焊?jìng)鳠釋W(xué)機(jī)理分析

回流焊?jìng)鳠釋W(xué)機(jī)理涉及傳熱的基本規(guī)律、傳熱模型和傳熱參數(shù)等方面。研究傳熱學(xué)機(jī)理需要考慮焊接過(guò)程中的熱源、熱傳輸介質(zhì)、傳遞方式和物理特性等因素。準(zhǔn)確描述傳熱行為可以深入了解回流焊過(guò)程中的傳熱現(xiàn)象，有效預(yù)測(cè)焊接溫度分布，進(jìn)而用于指導(dǎo)工藝參數(shù)優(yōu)化，改善焊接質(zhì)量，提高電路板的可靠性。

1.2.1 PCB 組件吸熱

PCB 組件在回流焊過(guò)程中吸收的熱量[11]如下：

式中：Qa為PCB 組件吸收總熱量；m為PCB 組件質(zhì)量；cp為PCB 組件質(zhì)量定壓熱容；T(t)為PCB 組件最終溫度；T(i)為PCB 組件初始溫度。

1.2.2 回流爐傳熱

PCB 組件在回流爐內(nèi)，與熱空氣通過(guò)熱對(duì)流發(fā)生熱量交換，與回流爐壁通過(guò)熱輻射發(fā)生熱量交換，組件內(nèi)部通過(guò)熱傳導(dǎo)發(fā)生熱量傳遞。由于PCB 組件只從傳送導(dǎo)軌上通過(guò)熱傳導(dǎo)吸收相對(duì)較少的熱量，故熱傳導(dǎo)過(guò)程可忽略不計(jì)。熱對(duì)流、熱輻射過(guò)程分別由牛頓冷卻式（2）[12]和式（3）[12]表示。

式中：Qc為對(duì)流熱傳遞量；hc為對(duì)流換熱系數(shù)；A為PCB 組件的表面積；T1為爐內(nèi)空氣溫度；T0為PCB 組件溫度。

式中：Qr為輻射熱傳遞量；ε 為輻射率；σ為黑體輻射常數(shù)，又名斯忒藩-玻耳茲曼常數(shù)，其值為5.67×10-8W/(m2· ℃)；T2為回流爐壁面溫度，近似為爐內(nèi)空氣溫度。

1.2.3 PCB 組件非線性瞬態(tài)傳熱

瞬態(tài)傳熱分析中，載荷會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。由于考慮輻射傳熱，且輻射熱傳遞量與溫差四次方成正比，是非線性的邊界條件，故為非線性傳熱。在回流焊過(guò)程中，回流爐向PCB 組件傳遞總熱量為

單位時(shí)間焊接過(guò)程中：

由式（1）～式（5）得：

對(duì)于瞬態(tài)傳熱[11]：

式 中：ρ為PCB 組件平均密度；V=2LA，L為PCB板厚度。

轉(zhuǎn)化為積分式[11]：

選擇合適的時(shí)間增量 ?t可通過(guò)式（8）右側(cè)做數(shù)值計(jì)算來(lái)確定PCB 組件在t=?t,2?t,3?t,···時(shí)刻的溫度。在進(jìn)行新一步求解時(shí)，T采用上一個(gè)時(shí)間步求得的溫度值。

1.3 基于傳熱學(xué)機(jī)理的回流焊溫度場(chǎng)建模

1.3.1 模型的簡(jiǎn)化

回流焊的質(zhì)量與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和溫度場(chǎng)分布密切相關(guān)，傳統(tǒng)的回流焊仿真建模通常需要考慮復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括加熱區(qū)、冷卻區(qū)、間隔區(qū)和傳送帶等，對(duì)求解速度和計(jì)算資源提出了較高的要求，限制了模型在工程上的應(yīng)用。因此，本研究提出一種創(chuàng)新性的簡(jiǎn)化建模方法，將回流爐的復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一個(gè)單一溫區(qū)的腔體模型，保留爐溫曲線中必要的加熱溫區(qū)和鏈速條件，從而在不影響模擬精度的前提下，既可顯著降低建模難度和計(jì)算時(shí)間，又可滿足實(shí)際的應(yīng)用要求。

圖1 所示為回流爐的模型簡(jiǎn)化方法。該方法具有可移植性和可擴(kuò)展性，能夠根據(jù)實(shí)際情況添加新的工藝參數(shù)，適用于類似工藝的溫度場(chǎng)仿真建模。通過(guò)借鑒簡(jiǎn)化模型與完整模型之間的轉(zhuǎn)化方法，可以提高模型求解效率并保證模型的準(zhǔn)確性。

圖1 回流爐仿真模型

1.3.2 對(duì)流換熱系數(shù)的確定

對(duì)流換熱系數(shù)是一個(gè)物理量，用于衡量通過(guò)對(duì)流方式傳遞熱量的強(qiáng)弱程度，數(shù)值越大則傳熱能力越強(qiáng)。對(duì)流換熱系數(shù)取決于流體性質(zhì)、流動(dòng)速度和界面特性等因素。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)流換熱系數(shù)的大小對(duì)于評(píng)估和優(yōu)化熱傳遞過(guò)程至關(guān)重要。

已有研究結(jié)果表明，自然對(duì)流的換熱系數(shù)一般在1～10 W/(m2· ℃)[13]。對(duì)于有氣體交換的對(duì)流換熱[13]，計(jì)算如下：

式中：hc為對(duì)流換熱系數(shù)；D為噴孔直徑；λ0為氣體運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)；H為噴嘴到?jīng)_擊表面的距離；為滯止區(qū)半徑；ReD為雷諾數(shù)；Pr為普朗特?cái)?shù)。

式（9）中，雷諾數(shù)表達(dá)式[13]為

式中：u為空氣沖擊速度；v為空氣流體黏度。

2 仿真模型應(yīng)用驗(yàn)證

2.1 回流焊單溫區(qū)爐腔模型建立

以十溫區(qū)回流爐為例，爐總長(zhǎng)L總=4 650 mm，單溫區(qū)長(zhǎng)度L1-10=350 mm，高度H=200 mm，寬度W=350 mm，噴孔直徑D=10 mm，噴孔間距S=50 mm，爐腔上下具有相同的噴孔分布。建立的仿真模型如圖1 所示。

2.2 PCB 組件模型建立

以圖2a 所示的某視頻開發(fā)板為研究對(duì)象，由于PCB 板上布線復(fù)雜且元器件眾多，故對(duì)整個(gè)組件做簡(jiǎn)化處理。保留PCB 板上較大的元器件，對(duì)A1～A4 這4 個(gè)典型元器件詳細(xì)建模，其余較大元器件使用長(zhǎng)方體塑封材料進(jìn)行替代，以最終得到圖2b所示的模型。其余小型元器件對(duì)整個(gè)PCB 板的溫度影響較小，可忽略不計(jì)。

圖2 PCB 組件仿真模型

PCB 組件材料參數(shù)見表1。其中，塑封材料和BT 基板為元器件主要材料，Cu 和FR-4 為PCB 主要材料，SAC305 為焊球焊膏材料。

表1 材料參數(shù)[13]

2.3 邊界條件設(shè)定

2.3.1 對(duì)流換熱系數(shù)

文中所用十溫區(qū)回流爐為空氣加熱的熱風(fēng)回流爐。焊接過(guò)程中，被焊物體通過(guò)上下爐壁噴孔吹風(fēng)，圖1a 中實(shí)線箭頭表示加熱區(qū)吹風(fēng)方向，虛線箭頭表示冷卻區(qū)吹風(fēng)方向，上風(fēng)速為2 m/s，下風(fēng)速為1.5 m/s。結(jié)合回流焊?jìng)鳠釋W(xué)機(jī)理分析，仿真模型僅對(duì)熱對(duì)流作出詳細(xì)計(jì)算，熱輻射在Ansys Icepak 仿真求解中開啟默認(rèn)設(shè)置即可，熱傳導(dǎo)暫不考慮。

圖3 所示為噴孔射流沖擊流場(chǎng)示意圖。其中，H為98.5 mm；r取兩個(gè)噴嘴間距離的一半，為25 mm。

圖3 噴孔射流沖擊流場(chǎng)示意圖[14]

依據(jù)回流爐結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)合大氣壓力下干空氣熱物理性質(zhì)，代入式（9）計(jì)算獲得回流爐內(nèi)不同溫度下PCB 組件表面的對(duì)流換熱系數(shù)，見表2。由表2 可知，溫度在20～300 ℃，對(duì)流換熱系數(shù)的值變化不大，故將各溫區(qū)對(duì)流換熱系數(shù)統(tǒng)一取值為43 W/(m2·℃)。

表2 爐內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)

PCB 組件在進(jìn)爐前和過(guò)爐后時(shí)無(wú)噴嘴吹風(fēng)，其換熱形式可視為自然對(duì)流，取對(duì)流換熱系數(shù)為10 W/(m2·℃)[13]。

2.3.2 對(duì)流換熱系數(shù)回流爐參數(shù)

為驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，參考SJ/T 11216—1999 紅外/熱風(fēng)再流焊接技術(shù)要求[15]，結(jié)合回流焊工藝參數(shù)，建立3 組溫度場(chǎng)數(shù)值模型，見表3。

表3 回流爐參數(shù)設(shè)定

3 仿真結(jié)果及試驗(yàn)驗(yàn)證分析

針對(duì)表3 三組工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。提取組件上A1～A4 典型器件中心位置、基板中心位置及PCB 核心板中心位置的回流溫度，共計(jì)6 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別編號(hào)為Test_1～Test_6，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖2b所示。

3.1 不同時(shí)刻溫度場(chǎng)分布云圖

以第1 組工藝參數(shù)為例，PCB 組件回流焊過(guò)程中不同時(shí)刻溫度場(chǎng)分布云圖如圖4 所示。預(yù)熱升溫階段，由于芯片通常由材料較薄且熱導(dǎo)率較高的半導(dǎo)體材料組成，其熱導(dǎo)率高于核心板，導(dǎo)致芯片中的熱量傳導(dǎo)速度較快，使得元器件溫度高于核心板溫度。回流階段，PCB 組件受到回流爐短時(shí)間內(nèi)高溫加熱的影響，熱風(fēng)向PCB 組件快速傳遞熱能，導(dǎo)致整個(gè)PCB 組件的溫度迅速上升。然而，由于芯片的溫度響應(yīng)較快，故核心板溫度略低于但接近元器件溫度。進(jìn)入冷卻階段后，熱對(duì)流效應(yīng)減弱。由于芯片具有較小的熱容量和表面積，因此在相同的冷卻條件下，芯片的散熱速度更快，熱量逐漸從溫度較高的元器件傳遞至核心板中心位置，使得核心板溫度高于元器件溫度。

圖4 預(yù)熱、回流及冷卻階段溫度場(chǎng)分布圖

3.2 仿真結(jié)果分析

由于回流溫度的控制是回流焊工藝的主要表現(xiàn)形式，以工藝參數(shù)組A 為例，采用預(yù)熱升溫速率、冷卻降溫速率、回流時(shí)間和峰值溫度4 個(gè)質(zhì)量指標(biāo)對(duì)回流溫度曲線進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果見表4。

表4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算

固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)（joint electron device engineering council，JEDEC）、SJ/T 11216—1999 標(biāo)準(zhǔn)[15]指出，預(yù)熱升溫速率即溫度從室溫25 ℃開始逐步加熱至150 ℃的速率，通?？刂圃? ℃/s 以下，以免焊錫膏飛濺和元器件熱應(yīng)力損傷；冷卻降溫速率一般為1～3 ℃/s，冷卻至75 ℃以下即可，既避免降溫過(guò)快引起元器件內(nèi)部的溫度應(yīng)力，又防止降溫過(guò)緩引起焊盤中過(guò)多分解物進(jìn)入焊錫導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量不良；回流時(shí)間一般為60～80 s，最長(zhǎng)不超過(guò)90 s，以免形成惡性金屬間化合物，使焊點(diǎn)變脆；峰值溫度視所用焊膏的不同而不同。對(duì)于熔點(diǎn)為217 ℃的SAC-305 焊膏，最高峰值溫度一般為230～250 ℃。表4計(jì)算結(jié)果表明各監(jiān)測(cè)點(diǎn)質(zhì)量指標(biāo)值均符合JEDEC、SJ/T 11216—1999 標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.3.1 爐溫測(cè)試試驗(yàn)

全面了解工藝過(guò)程并采取測(cè)量手段是確保工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)良好質(zhì)量控制的重要方法。溫度曲線測(cè)試儀可以全面監(jiān)控焊接過(guò)程中的溫度變化，精確測(cè)量回流焊工藝制程中上升斜率、峰值溫度、潤(rùn)濕時(shí)間及平均溫度等重要特性，從而更加精確地控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，以達(dá)到降低產(chǎn)品成本的目的。

試驗(yàn)使用十溫區(qū)回流爐和六通道溫度曲線測(cè)試儀，試驗(yàn)裝置如圖5 所示。依據(jù)仿真模型在PCB組件表面的不同位置設(shè)置特征點(diǎn)，特征位置如圖2a所示。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)不產(chǎn)生較大的波動(dòng)，PCB 組件模型固定測(cè)溫點(diǎn)后，在測(cè)溫情況穩(wěn)定時(shí)，基本不進(jìn)行調(diào)整更換其他測(cè)試點(diǎn)。

圖5 試驗(yàn)裝置

爐溫測(cè)試試驗(yàn)的測(cè)溫過(guò)程如下：

（1）將測(cè)溫板上的熱電偶依次插入測(cè)試儀的插孔內(nèi)。

（2）爐溫設(shè)定后，待回流爐綠燈正常亮起后，將PCB 組件模型及測(cè)試儀一并送入回流爐中，打開測(cè)試儀的電源和記錄數(shù)據(jù)開關(guān)。

（3）測(cè)試完成后，在出板端取出測(cè)試儀。

（4）在電腦端讀出溫度曲線，檢查曲線是否在合理的制程范圍內(nèi)。若曲線不符合制程界限，則需要繼續(xù)調(diào)試各溫區(qū)溫度，直至測(cè)量出符合要求的溫度曲線。

以工藝參數(shù)組A 為例，PCB 組件仿真及實(shí)測(cè)溫度曲線對(duì)比如圖6 所示。結(jié)果顯示，試驗(yàn)測(cè)得的特征點(diǎn)溫度曲線與仿真計(jì)算曲線相比吻合度良好，特征點(diǎn)1～6 的非線性曲線擬合度R2分別為0.87、0.85、0.83、0.86、0.84、0.92、0.94（R2越接近1，擬合度越好）。計(jì)算得3 組工藝參數(shù)下試驗(yàn)與仿真質(zhì)量指標(biāo)均符合JEDEC、SJ/T 11216—1999 標(biāo)準(zhǔn)[15]，誤差值控制在5%以內(nèi)。由此可說(shuō)明本仿真模型構(gòu)建基本準(zhǔn)確，能夠用于指導(dǎo)回流焊過(guò)程工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)。

3.3.2 回流焊工藝質(zhì)量評(píng)估

為進(jìn)一步研究回流焊工藝的質(zhì)量可靠性，現(xiàn)從峰值溫度和溫度變換率兩方面對(duì)PCB 組件仿真及實(shí)測(cè)溫度曲線做出評(píng)估。

（1）峰值溫度

基于工藝要求、產(chǎn)品規(guī)范及IPC-J-STD-020 非氣密固態(tài)表面貼裝器件的潮濕/再流焊敏感度分類，無(wú)鉛回流焊峰值溫度通?？刂圃?35～250 ℃。表5 呈現(xiàn)了不同工藝參數(shù)下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的峰值溫度數(shù)據(jù)。

表5 PCB 組件仿真及實(shí)測(cè)峰值溫度

工藝參數(shù)組A 下，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的峰值溫度均在目標(biāo)范圍內(nèi)，并且仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的均方根誤差（root mean square error，RMSE）值較小，表明工藝參數(shù)組A 能夠?qū)崿F(xiàn)峰值溫度的良好控制，符合回流焊的質(zhì)量要求。

工藝參數(shù)組B 下，數(shù)據(jù)顯示Test_6 的實(shí)測(cè)峰值溫度略低于目標(biāo)范圍下限，且對(duì)應(yīng)的RMSE 值稍大，表明工藝參數(shù)組B 在峰值溫度控制方面存在一定的偏差或不穩(wěn)定性。

工藝參數(shù)組C 下，Test_1 等一些監(jiān)測(cè)點(diǎn)的峰值溫度明顯高于目標(biāo)范圍上限，仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的RSME 值較大。這表明工藝參數(shù)組C 的峰值溫度控制存在較大差異，可能會(huì)因溫度過(guò)高造成焊點(diǎn)失效。

綜上，工藝參數(shù)組A 在峰值溫度方面有較好的回流焊質(zhì)量控制表現(xiàn)。

（2）溫度變化率

由于無(wú)鉛回流焊工藝窗口小，為使整個(gè)PCB組件溫度均勻，減小PCB 板與大小元器件的溫差，無(wú)鉛焊接需要緩慢升溫和預(yù)熱。由于回流區(qū)峰值溫度高，為防止因焊點(diǎn)冷卻凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成焊點(diǎn)結(jié)晶顆粒長(zhǎng)大[9]，通常需要快速冷卻；同時(shí)降溫速率也不宜過(guò)快，以免損壞元器件，控制降溫速率在2～3 ℃/s。

圖7 所示為不同工藝參數(shù)下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的仿真及實(shí)測(cè)溫度變化率，結(jié)果顯示：三組工藝參數(shù)的溫度變化率趨勢(shì)基本一致。在預(yù)熱階段，工藝參數(shù)組B相對(duì)于工藝參數(shù)A 組和工藝參數(shù)組C 表現(xiàn)出更慢的升溫速率；而在冷卻階段，工藝參數(shù)組A 相對(duì)于工藝參數(shù)組B 和工藝參數(shù)組C 表現(xiàn)出更快的降溫速率。仿真及實(shí)測(cè)預(yù)熱升溫速率控制在3 ℃/s 以內(nèi)，最大誤差值為2.51%；冷卻降溫速率在2～3 ℃/s 范圍內(nèi)，最大誤差值為2.16%。

圖7 PCB 組件仿真及實(shí)測(cè)溫度變化率

為進(jìn)一步判斷三組工藝參數(shù)下預(yù)熱升溫速率和冷卻降溫速率的差異是否顯著，采用方差分析進(jìn)行比較。分析結(jié)果顯示，P降溫=0.007<0.05，P升溫=0.25>0.05，這表明工藝參數(shù)對(duì)于冷卻降溫速率的影響顯著，而對(duì)于預(yù)熱升溫速率的影響不顯著。因此，工藝參數(shù)組A 可以被視為在溫度變化率分析下的最佳工藝參數(shù)。

爐溫測(cè)試試驗(yàn)及回流焊質(zhì)量評(píng)估結(jié)果表明：

（1）工藝參數(shù)組A、B、C 下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)熱升溫速率、冷卻降溫速率及峰值溫度均滿足JEDEC和SJ/T 11216—1999 標(biāo)準(zhǔn)[15]，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)之間的差異較小，模型具有較高的擬合能力和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，由此驗(yàn)證了模型簡(jiǎn)化與對(duì)流換熱處理方法的正確性。

（2）工藝參數(shù)組A 能夠獲得更優(yōu)的峰值溫度和溫度變化率，進(jìn)而獲得更優(yōu)的焊接質(zhì)量。其溫區(qū)溫度和傳送帶鏈速可作為無(wú)鉛回流焊工藝參數(shù)設(shè)置的參考。工藝參數(shù)組A 中任一監(jiān)測(cè)點(diǎn)回流溫度曲線均可直接用于回流焊工藝結(jié)構(gòu)場(chǎng)的研究，進(jìn)而觀察焊點(diǎn)形態(tài)變化，求得應(yīng)力及疲勞壽命值，找到易失效焊點(diǎn)等。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）建立了一種簡(jiǎn)化的單溫區(qū)爐腔有限元仿真模型，綜合考慮了回流焊工藝不同溫度條件下的對(duì)流換熱系數(shù)。

（2）利用建立的仿真模型，模擬了不同工藝參數(shù)下被焊物體的溫度分布云圖，得到了PCB 組件上典型元器件特定點(diǎn)的回流溫度。參考JEDEC、SJ/T 11216—1999 標(biāo)準(zhǔn)[15]對(duì)回流溫度進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)質(zhì)量指標(biāo)值均符合標(biāo)準(zhǔn)。

（3）搭建了爐溫測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)測(cè)溫度曲線與仿真溫度曲線吻合較好，試驗(yàn)質(zhì)量指標(biāo)值與仿真質(zhì)量指標(biāo)值誤差較小，表明仿真模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)被焊物體的回流溫度，驗(yàn)證了提出的回流焊工藝過(guò)程質(zhì)量控制方法及該方法在實(shí)際應(yīng)用中的有效性和可借鑒性。

（4）找到了一組無(wú)鉛回流焊工藝參數(shù)和多條回流焊溫度曲線，用于指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程。