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1、温度曲线的定制化分析和管理温度曲线的定制化分析和管理 2008/11/25 前言温度曲线（Profile）是SMT焊接中最为常见的工艺参数了，这条温度时间的关系曲线从某种意义上来说几乎表征了SMT焊接技术的全部，从回流焊，波峰焊，到返修都要用到它。而回流温度曲线（ReflowProfile）则是这其中使用得最为广泛和普遍的。SMT的回流焊接技术是一个综合了器件耐温特性，组件热特性，焊料特性的化学和物理变化过程。对于这类结果（如：焊点可靠性，强度等）无法直接判断的特殊工艺，过程的控制就显得由为重要，而温度曲线正是工艺工程师，质量工程师用以判断这一复杂过程是否正确，可靠且受控的重要依据。由此可见温
2、度曲线在SMT焊接工艺中的重要性。对于一个高质量的装配过程而言，工艺工程师会针对每个产品的特点制定相应的温度曲线规范，并且通过日常的质量监控来保证最终产品的焊接质量。但是随着SMT产品趋于更多样化和复杂化，越来越多的温度曲线也给工艺管理带来了挑战。目前的温度曲线分析软件虽都附带了相应的温度曲线读取、显示、分析，报告输出甚至是部分SPC的功能，但是软件所固化在内的几中有限的%26ldquo;常规%26rdquo;数据类型已经不能满足越来越细分化、个性化的产品对于温度曲线的特殊要求了，更何况越来越多的用户希望能将焊接过程中的其它关键%26ldquo;输入%26rdquo;信息，如组件信息，设备信息
3、，焊料信息也囊括进来，因此现在的温度曲线分析软件已经越来越朝着温度曲线综合管理的方向去发展了。由于工作原因，笔者接触了ECD最新的MEGAMOLEMAP软件，这个软件的一些十分有特点的设计提供了许多个性化且实用的功能，结合笔者从事焊接工作多年的经验，发现这些设计使得这款软件不仅能提供基本的温度曲线读取分析功能，更可成为温度曲线管理的一个软件平台，现将该软件的一些有特色的功能介绍一下，供各位同行参考。客户定制化的曲线分析对于任何一个温度曲线分析软件，温度曲线页面（ProfileSheet）始终是最基本和最重要的。MEGAMOLEMAP软件的Profile部分也和其它软件一样，提供了很多温度曲线分
4、析的基本工具和%26ldquo;常规%26rdquo;数据（如%26ldquo;Peak%26rdquo;，%26ldquo;TAL%26rdquo;，%26ldquo;Slope%26rdquo;，%26ldquo;Timeto%26rdquo;等），但这里要着重谈一谈该软件提供的一些很有特色的%26ldquo;定制化%26rdquo;功能。1 客户定制化的数据分析：通过温度曲线，我们可以获得很多有用的关键工艺信息，通常这些信息被称为%26ldquo;焊接数据%26rdquo;，有时候也成为%26ldquo;关键过程指示%26rdquo;（KPI，KeyProcessIndicator）。传
5、统的温度曲线分析软件提供的KPI种类和数量往往是固定的，比如%26ldquo;峰值温度%26rdquo;，%26ldquo;液相时间TAL%26rdquo;，%26ldquo;最大正斜率%26rdquo;，%26ldquo;冷却斜率%26rdquo;等最常见的KPI，这些KPI在软件设计时就已经被定义好了，使用者不能任意增减和修改KPI，最多也就只能该变一下某些参考值的设定（如熔锡温度，浸润起止温度等），但如果需要获得一些特殊的数据（如：某指定温度段内的平均斜率），就只能依据软件提供的一些辅助工具（tools）来%26ldquo;人工计算%26rdquo;获取了。在实际应用过程中会发现，由于组
6、件或器件的一些特殊要求，这类固定KPI的分析软件经常会出现自动给出的数据%26ldquo;没太大用处%26rdquo;，而真正需要的数据却要%26ldquo;手工获取%26rdquo;的奇怪现象。MEGAMOLEMAP软件在这个方面提出了一个全新的概念，提供一个完全%26ldquo;客户定制化%26rdquo;的KPI列表，所有的KPI都由用户根据需要自己定义（图1）。用户只需通过软件提供的%26ldquo;向导%26rdquo;（wizards）功能，依次完成%26ldquo;数据类型选择%26rdquo;，%26ldquo;计算方法定义%26rdquo;，%26ldquo;约束条件定义%2
7、6rdquo;三步（图2），即可生成一个KPI，整个定义过程还有图示帮助理解。通过%26ldquo;向导%26rdquo;用户可以自己任意设定上百种的KPI，这个数量已经足够日常使用了。在实际应用过程中，这些定制化的KPI使得曲线的分析工作更为快捷和方便。例如在某些采用无铅BGA、有铅焊料混合焊接的组件上，往往不仅仅需要关注有铅焊料的TAL（183）时间，还需要关注无铅合金（BGA焊球）的TAL（217）以上的时间，如果该板上还有些温度敏感器件（如铝壳电容），可能还需要特别设置一些其它%26ldquo;timeabove%26rdquo;类的数据来进行分析。使用传统软件，由于只提供一个TAL或
8、有限的几个%26ldquo;timeabove%26rdquo;类的数据，所以需要每次设定不同的%26ldquo;参考温度值%26rdquo;来逐一获取需要的数据，但却不能一次同时显示所有所需的%26ldquo;timeabove%26rdquo;类数据信息。使用MEGAMOLEMAP软件，则可以设定任意的%26ldquo;timeabove%26rdquo;类KPI，数量也不受限制，所以只要你想要的，都可以把它们设定成一个对应的KPI，并且当%26ldquo;Load%26rdquo;一个%26ldquo;Profile%26rdquo;时进行分析时，软件一次就把需要的各种%26ldquo;
9、timeabove%26rdquo;类数据全部计算并且显示了出来，大大方便了分析。日常生产中我们经常会遇到一些装配有大量不同种类BGA器件的组件，通常工程师会安装一些热电偶在不同BGA的不同位置焊球上，在曲线分析时我们通常会关注同一BGA上不同位置（中心和边缘）焊球之间的T，BGA器件之间，或和其它器件，或板子之间的T。以前的分析软件会提供一些%26ldquo;时间参考线%26rdquo;，当用户沿着时间轴拖动该%26ldquo;参考线%26rdquo;时，数据栏内会显示对应该时间点的所有热电偶（或称为%26ldquo;通道%26rdquo;、%26ldquo;Channel%26rdquo;
10、）的温度数值，而我们需要的上述这些T，就需要自己把这些%26ldquo;原始温度数据%26rdquo;来逐对相减获得了。虽然可实现，但很麻烦，尤其当改变%26ldquo;参考线%26rdquo;位置时，所有T数据需要重新%26ldquo;手工%26rdquo;计算一次，很不方便。而利用MEGAMOLEMAP软件提供的%26ldquo;定制化%26rdquo;功能则能很方便的解决这个%26ldquo;麻烦%26rdquo;。以上面的要求为例，用户只需添加几根%26ldquo;时间参考线%26rdquo;（总数没有限制，可任意添加/删除），然后利用软件提供的向导功能，将需要的各种T分别和%26ld
11、quo;参考线%26rdquo;一一关联起来。如将某个BGA的不同位置焊球（选择对应的%26ldquo;channel%26rdquo;编号）间的T关联到1号%26ldquo;参考线%26rdquo;，将BGA焊球和PCB板对应的%26ldquo;Channel%26rdquo;间的T关联到2号%26ldquo;参考线%26rdquo;，以此类推，完成所需KPI的设定。当需要知道某T在某个时间点上的具体数值时，只要移动关联的%26ldquo;参考线%26rdquo;到相应的时间点，在数据表里就自动显示对应的T值了。当然，如果时间点是固定的（如峰值温度点）或需要知道整个过程的最大T，用户也可以采
12、用固定时间点的T计算方式（不和%26ldquo;时间参考线%26rdquo;关联），另外参与计算T的%26ldquo;channel%26rdquo;（热电偶）数也是可自由选择的。在焊接比较关心的斜率数据方面，普通软件一般只能提供最大正负斜率，有些或许能多提供回流阶段的正负平均斜率。而利用MEGAMOLEMAP软件的%26ldquo;计算方法%26rdquo;和%26ldquo;约束设定%26rdquo;定义，用户几乎可以获得各种各样的斜率数据，如某时间段内的最大斜率，某温度区间内的平均斜率、最大斜率等一些在实际应用中经常会使用到的数据，最重要的是这些数据是%26ldquo;自动%26rdqu
13、o;计算获得的，而不是%26ldquo;手动%26rdquo;计算获得的。当然，%26ldquo;客户定制化%26rdquo;的一个结果就是每条曲线都可能有完全不同的KPI组合，可能已经有人在嘀咕了，那些%26ldquo;传统%26rdquo;的、%26ldquo;通用%26rdquo;的KPI怎么办呢，总不见得每次都重新设定一次吧，其实软件已经替你考虑了。MEGAMOLEMAP软件针对%26ldquo;客户定制化%26rdquo;的KPI提供了模板的功能，用户可以将自定义的各种KPI的组合存为模板，以后每次使用，只要调用相应的模板就行了，如果在模板基础上还需要特殊的KPI，只需添加需要部分后
14、再保存就行了，大大方便了使用。1 可移动、编辑的Notes，图形化界面以及预测功能：MEGAMOLEMAP软件在Notes上的这个改进很不起眼，但却很实用。实际工作中，工程师经常需要在温度曲线图上做一些标注说明，而以前的软件要么不提供标注功能；要么提供了该功能，但一次编辑完成后却不能再移动位置和编辑标注的内容，给使用带来了很大的不方便，一旦发现写错内容，或需要移动标注的位置，就只能擦了重写，很是麻烦。而现在的可编辑可移动Notes则要方便多了。另外，MEGAMOLEMAP软件也继承了前代MOLE软件的图形化数据说明特点。当用户将鼠标指针移动到KPI数据表内的某个数据上时，在曲线图上会显示对应的
15、图示，帮助使用者理解和明确该数据在曲线所对应的位置和反映的内容，该功能由于采用了图形化的解释方式，比起枯燥的文字描述要直观和容易理解的多，因此特别有利于%26ldquo;新手%26rdquo;和一些对温度曲线不是很熟悉的%26ldquo;临时用户%26rdquo;（比如管理人员）的理解。而软件提供的工艺窗口，设备设定，温度曲线的图形叠加显示功能更方便了工程师的分析和曲线调整。在软件提供的预测模式下，工程师可直接用鼠标拖动的方式%26ldquo;虚拟%26rdquo;调整回流设备各加热区的温度设定，曲线的形状会随着相应的改变（预测基于原设备温度设定数据，曲线和组件数据以及软件内置的算法），这时工
16、程师只要观察曲线是否在叠加在背景上的工艺窗口内，就可以很容易判断预测出的曲线是否满足工艺要求了。实际工作中的经验证实，利用此方法只需实测一次温度就可将一条%26ldquo;Ramp-Soak-Spike%26rdquo;形状的曲线改为%26ldquo;Ramp-To-Spike%26rdquo;形状的曲线，再经过一到两次实测后就可以完成新曲线的优化了。这个功能对于刚接触温度曲线的新工程师来说，效率提高尤其明显，另外也尽最大可能避免了多次实测带来的一些问题，如费时，占用设备，测温板损坏等。温度曲线的综合管理作为完整的工艺记录和参考，广义上的温度曲线不仅应该包含那条%26ldquo;Profile%26rdquo;，还应该包含相应的关键设备信息（设备型号，设置等），所装配的组件信息（尺寸，厚度等），以及对应的工艺信息（工艺窗口要求，焊膏工艺要求，焊膏型号信息等），也就是Machine，Assembly，Process三者的关键信息都需要。MEGAMOLEMAP软件的命名中%26ldquo;MAP%26rdquo;指的就是MachineAssem
