印刷电路板回焊炉之温测纪录器（1）

　　印刷电路板组装流程

 

　　（AOI设备文摘）我们日常生活中的电子产品皆是将电子零件安装在印刷电路板(PCB)而组成的。印刷电路板的组装系统（见图1）为：(1) PCB 送板机(loader);(2)锡膏印刷机;(3)插件着装机(SMD);(4)回焊炉(reflow oven);(5)PCB 收板机(unloader)。印刷电路板由送板机送入输送带，印刷机立即将焊锡涂刷于电路板上;接着插件着装机检取电子零件并插于电路板上，为求插装之精确，插装机上都会配备视觉系统来辅助定位;最后是经过回焊炉藉加温来熔化焊锡使电子零件黏着固定住，再由收板机将成品收集起来。

 

　　图1： 印刷电路板组装生产线图。

 

　　回焊炉内分为数个区域，温度是从第一区渐渐加温至高温，然后再减温到最后一区回到室温。不同的电路板在制程中需要不同的温度分布图，而温度分布不是只用电路板上单独一个位置点，而是需要用到电路板上数个位置点（通常以六个点）来当作制程指标。图2 所显示的为典型的有六个量测点的回焊炉温度分布图，图中有六条线，分别代表一个位置点的温度分布﹔此例中回焊炉全长为二公尺，输送带速度为4.5mm/s，所以全行程需7 分25 秒。电路板组装的制造过程中会先研究出最佳的回焊炉温度分布图，然后在量产时再将回焊炉温度控制在最佳的分布状况，为了确定温度是控制在期望的最佳状况，必须作温度量测与纪录。这就是回焊炉温度量测纪录器(reflow data logger)的功用。

 

　　图2： 典型的回焊炉温度分布图。

 

　　回焊炉温度量测纪录器

 

　　温度量测纪录器内有微处理器和内存，电源由可充电的干电池提供，接口上有六个热电偶温度量测接头和一个RS232 的串行传输接口。热电偶是一种温度传感器能将温度值转换为豪伏(μV)的电压值（下文会详述），经放大电路放大成0~5V 的电压，由模拟数字转换器(ADC)转成数字值送给微处理器；微处理器可以根据用户设定的取样时间，以固定的间隔时间将电压值直接存入内存，或经运算成实际温度值再存入内存。一旦回焊炉温测纪录器随同电路板经过整个回焊炉后，则将温度分布数据纪录于温测纪录器中，用户就使用RS232 传输接口将内存内的温度分布数据传送给个人计算机，再利用软件来制作图表和统计分析温度数据。

 

　　由于要随着电路板一起经过回焊炉，温测纪录器在体积上要短小轻薄，市面上的产品厚度约为12mm，而宽度有57mm 和106mm 两款，长度要求比较不严苛约在150mm 左右。温测纪录器内之微处理器的正常工作温度环境为0°C 至70°C，为了隔离回焊炉的高温，温测纪录器有一个热屏障盒(thermal barrier)来保护。热屏障盒为一个隔热陶瓷盒，内有硅胶垫密封，体积约为25mm 厚135mm 宽215mm长，当温测纪录器置于热屏障盒内，能耐外部温度200°C 达10 分钟久，且瞬间温度不超过300°C 时都不会损坏温测纪录器。

 

　　量测规格方面，市面上的回焊炉温测纪录器之量测精度都宣称为 ±1°C（实际上不可能达到，后文中会说明），量测温度范围为0°C 到500°C，分辨率为0.5°C，即要有1000 个刻度，所以至少要使用10bits 的ADC。而取样分辨率一般为0.1秒，取样时间可以从0.1sec 到60min，这对现今的微处理器而言是很容易达成。为求在用最短的取样时间(0.1sec)可以纪录16 分钟久的数据，则六个温测信道需57600 笔数据的记忆容量。温度量测的传感器常用者为K 型的热电偶。热电偶上的导线需要包覆着电气绝缘皮，常用的绝缘皮材质有PTFE(耐热最高温在90°C~260°C 间)，玻璃纤维(耐热最高温在400°C~480°C 间)，和陶瓷纤维(耐热最高温在800°C~1200°C 间)。（来源：AOI网）