专利名称：再流焊制程自动管理系统和方法
技术领域：
本发明涉及一再流焊制程自动管理系统和方法，特别涉及一种通过多媒体计算机控制的再流焊制程自动管理系统和方法。
背景技术：
现有技术的再流焊系统包括温度曲线绘制、热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统等工艺过程；但是上述热管理系统对温度工艺窗口控制精度不够，温度曲线绘制、氮气管理系统及冷却管理系统等阶段都是通过人工反复比较或是经验得出，这样工艺制程参数会存在很大的差别，且费时费力。
发明内容本发明再流焊制程自动管理系统和方法的目的在于避免现有的技术不足之处而提供了一种可靠性好，自动化控制的再流焊制程自动管理系统和方法。
为了达到所述目的，一种再流焊制程自动管理系统和方法，包括热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统，其上述系统通过多媒体和一控制系统连接，当进入再流焊制程时，控制系统开启上述系统且对其进行实时监控和管理。
所述热管理系统按照各加热模块设定温度加热，当温度稳定后进入实时监控模式，系统自动搜集再流焊工艺数据，输出SPC图表和工艺过程控制图，位于导轨两边、PCB边缘近上方的热传感器采集新的数据，并送回与制程数据库里的相应参数进行比较处理、判断，如果新的采样数据与制成数据库里的相应参数不匹配，系统进行自适应调节(PID)，重新按照各加热模块设定温度加热，待温度稳定后进入实时监控模式而将新的SPC图表和工艺过程控制图输出；如果新的采样数据与制程数据库里的相应参数匹配，该系统间隔一定时间再从热传感器获取数据进行比较处理，判断。
所述氮气管理系统通过氧分析仪对实际氧含量进行检测，且和氧含量值与产品质量及缺陷关系数据库内设定的氧含量进行对比，标准氧含量值与实测氧含量值都会实时显示于监控屏幕中。当所测试到的氧含量值和氧含量值与产品质量及缺陷关系数据库的氧含量值不相匹配时，氮气流量会按照控制指令，通过比例调节阀自动调节，实现自动化；如果所测试到的氧含量值和氧含量值与产品质量及缺陷关系数据库的氧含量值不想匹配时，进入定时监控模式。其中，计算机中的制程数据库中包含了几种无铅焊膏进行氮气保护再流焊的工艺试验数据，此数据通过对焊后焊点质量进行外观、内部组织与结构、力学性能与可靠性等分析测试，得出氮气保护时最佳氧含量值、最佳的使用氮气保护区域和氧含量值与产品质量及再流焊接缺陷之间的关系。
所述冷却管理系统首先按照设定冷却循环水温度制冷，而后提取PCB进入冷却区时温度数据(T0)，按照设定参数计算下列变量PCB热容(C)大小及其分布、循环冷却风流量(Q)、PCB在冷却区滞留时间(t)以及PCB出冷却区时温度(T1)，依据以上参数得到控制函数F＝F(C，T0，T1，Q，t)，从而得到冷却区导轨两边热传感器所需温度(T)。系统实时从冷却区两边传感器获得实际温度，和上述理论所需温度(T)做比较，如果不一致，调节冷却循环冷水温度；如果一致，进行下一时间段的实时检测。其中上述步骤冷却循环水温度制冷通过可调节循环水温度的制冷设备和可调节冷却风流量的风机变频装置实现。其中，计算机中的制程数据库中包含了几种无铅焊膏在不同冷速及不同冷却方式下的工艺试验数据，此数据通过对焊后焊点指令进行外观、内部组织与结构，力学性能及可靠性等分析测试，得出最佳的冷却速率与冷却方式及不同冷速和不同冷却方式与产品质量及缺陷之间的关系。
所述系统还包括一温度曲线快速绘制功能，该功能人工调用工艺参数数据库中所需焊膏品牌及型号，将从焊膏工艺参数数据库寻找对应的数据，之后系统就会提取相对应的温度曲线参数设定，待确认后启动加热，实现快速温度曲线设定。
所述系统还包括一助焊剂自动清洗诊断系统，该系统利用上述冷却管理系统实时监控的冷却速率数据进行分析、判断是否进行助焊剂清洗操作。
所述系统还包括一可靠性评定系统，利用上述氮气管理系统的氧含量实时监控数据、冷却管理系统的冷却速率实时监控数据以及热管理系统的温度实时监控数据进行可靠性评估。
该系统还包括一试验设计(DOE)方法，一统计过程控制及自动诊断(SPCD)。
由于上述通过多媒体的控制系统自动控制上述热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统、温度曲线快速绘制、助焊剂清洗自动诊断系统、焊点可靠性评定系统、试验设计(DOE)方法、统计过程控制及自动诊断(SPCD)等工艺过程，而实现了一种可靠性好，自动化控制的再流焊制程自动管理系统和方法。
下面结合附图和实施例对本发明的功效进一步说明图1是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的总流程图；图2是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的热管理系统流程图；图3是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的氮气管理系统的流程图4是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的冷却管理系统的流程图；图5是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的助焊剂自动清洗诊断系统的流程图；图6是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的焊点可靠性评定系统的流程图；图7是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的统计过程控制及自动诊断(SPCD)的流程图；具体实施方式下面结合
本发明的优选实施例。
参见图1，如其中的实施例所示，再流焊制程自动管理系统和方法包括热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统，其中，上述系统通过多媒体和一控制系统连接，当进入再流焊制程时，控制系统开启上述系统且对其进行实时监控和管理。
图2至图7说明图1中再流焊制程自动管理系统和方法的各个阶段的流程图。
图2是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的热管理系统的流程图，如图2所示，当图1中的总系统启动后，此热管理系统按照各加热模块设定温度加热，当温度稳定后进入实时监控模式，并自动搜集再流焊工艺数据，输出SPC图表和工艺过程控制图。当生产过程中受到一些不可预测因素的干扰，炉温发生变化，位于导轨两边、PCB边缘近上方的热传感器会将新的采样数据送回、并与制成数据库里的相应参数进行处理、判断。如果新的采样数据与制成数据库里的相应参数不匹配，系统进行自适应调节(PID)，重新按照各加热模块设定温度加热，再次达到温度稳定后进入实时监控模式而将新的SPC图表和工艺过程控制图输出；如果新的采样数据与制程数据库里的相应参数匹配，该系统间隔一定时间再从热传感器获取数据进行比较处理，判断。
对于过程控制能力指数超标的情况下，系统会停机报警，预防潜在的缺陷产生。此外，热管理系统还包含一自动曲线预测功能，帮助用户对新工艺制程参数的开发。
当PCB板出炉时，每块板子的数据得以刷新和保存。工艺文件能够存储所有数据、曲线、生产数据和报警事件，且会标明时间和日期，包括警报发生或确认的记录。所有的数据都被永久地记录到硬盘驱动器上，这使得使用者可以从先前地生产数据上复查加工数据。
热管理系统可消除每次开机温度曲线的确认过程，节省时间大约30min；对产品质量进行预防和监控，使缺陷率达34ppm以下，实现零缺陷再流处理，导致更高质量的焊接和可靠性，增加了质量效益。
图3是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的氮气管理系统的流程图；当进入该系统氮气输入后，设置氮气流量计进行氮气流量控制，此时再流焊炉内特定区域的氧分析仪对上述氧含量进行检测，与氧含量值与产品质量及缺陷关系数据库内设定的氧含量进行对比，并将测试结果显示于计算机的屏幕上。其中，计算机中的制程数据库中包含了几种无铅焊膏进行氮气保护再流焊的工艺试验数据，此数据通过对焊后焊点质量进行外观、内部组织与结构、力学性能与可靠性等分析测试，得出氮气保护时最佳氧含量值、最佳的使用氮气保护区域和氧含量值与产品质量及再流焊接缺陷之间的关系。如果所测试到的氧含量值和氧含量值与产品质量及缺陷关系数据库的氧含量值不相匹配时，标准氧含量值与实测氧含量值都会实时显示于监控屏幕中，并绘制出氧含量与时间的关系图，而氮气流量会按照控制指令，通过比例调节阀自动调节，实现自动化；如果所测试到的氧含量值和氧含量值与产品质量及缺陷关系数据库的氧含量值匹配时，进入定时监控模式。
其中，氮气流量计根据需求初始化后一般不再调节，每个调节阀对应一个加热模块，实现对各个模块氮气流量单独调节，比例调节阀安装于流量计输入口，对氮气源压力及流量进行检测与控制。
本氮气管理系统充分实现氮气的价值，用最少量的氮气实现最大限度的产品价值。氧含量值与产品质量及缺陷数据库可以防止氮气误用而带来的经济损失，氮气流量闭环自动控制可以节省氮气使用量。
图4是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的冷却管理系统的流程图；如图4所示，此系统包含可调节循环水温度的制冷设备和可调节冷却风流量的风机变频装置，可以满足不同工艺的冷速需求，实现不同冷速的调节。内置参数数据库是依靠工艺试验建立起来，一是不同冷却模式和方式下实现的不同冷速与焊点力学性能及产品质量之间的关系数据库，二是实际冷却速率与不同热容的PCB、带速及设定参数之间的关系数据库。首先按照设定冷却循环水温度制冷，而后提取PCB进入冷却区时温度数据(T0)，按照设定参数计算下列变量PCB热容(C)大小及其分布、循环冷却风流量(Q)、PCB在冷却区滞留时间(t)以及PCB出冷却区时温度(T1)，依据以上参数得到控制函数F＝F(C，T0，T1，Q，t)，从而得到冷却区导轨两边热传感器所需温度(T)，同时实时从冷却区两边传感器获得实际温度，和上述理论所需温度(T)做比较，如果不一致，通过可调节循环水温度的制冷设备及可调节冷却风流量的风机变频装置调节制冷循环冷水温度；如果一致，进行下一时间段的实时检测。
用户使用时通过设定的特征参数，系统就会自动得到一个冷却区设定温度值，有力的配合温度曲线快速绘制功能。
本发明还可包括一助焊剂自动清洗诊断系统，如图1所示，和冷却管理系统连接，图5是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的助焊剂自动清洗诊断系统的流程图，如图5所示，此系统包含位于冷却区导轨两边的热传感器，以及一个内置冷却速率处理数据库，该数据库中有一空载下标准的设置及其对应的冷速，系统运作时，调用上述诊断专用工艺参数文件，空载运行稳定后，热传感器将实际的冷却温度送至冷速处理数据库中计算出一实测冷速，并与标配冷速进行比较，给出分析报告，决定是否需要清洗。
助焊剂清洗自动诊断系统有效的解决了不及时清洗助焊剂污染而带来的冷却能力下降问题，为冷却管理系统可靠运作提供了有力保证。
本系统还可包括一温度曲线快速绘制功能，当系统进入自动管理系统后，可选择温度曲线快速绘制功能，人工调用工艺参数数据库中所需焊膏品牌及型号，将从焊膏工艺参数数据库寻找对应的数据，之后系统就会提取相对应的温度曲线参数设定，待确认后启动加热，实现快速温度曲线设定。
本系统还可包括一焊点可靠性评定系统，如图6所示，此系统主要包含一个加热因子计算数据库。进入该系统，进入评估函数控制面板，其一调用可靠性评估标准函数，在该函数中输入产品工作条件及预期服役寿命，得到热可靠性循环次数评价标准；其二，进入故障模式分析(FMA)，包括进入热输入量影响因子数学模型，从上述热管理系统调用温度曲线特征数据，从而计算出加热因子；进入冷却速率影响因子数学模型，从上述冷却管理系统调用冷却速率与焊点力学性能数据库，从而预测冷却速率导致PCB组件热不匹配而产生的应力集中，从而计算应力集中因子；进入氮气保护影响因子数学模型，从上述氮气管理系统调用氧含量值与钎料润湿性数据库，从而预测钎料润湿性发生变化后的焊点形态，从而计算焊点形态因子，将上述计算出的加热因子、应力集中因子以及焊点形态因子输入到评估函数得到热可靠性循环次数，和其一中得到的热可靠性循环次数评价标准进行对比，符合显示评估表，不符合同样显示不同评估表。
焊点可靠性评定系统解决了可靠性测试方法的众多不利因素，为市场化生产提供了一经济型焊点可靠性保证体系。
该系统还包括一试验设计(DOE)方法，所述方法利用2k析因设计主要是为了操作人员评定工艺，配合焊点可靠性和再流焊缺陷自动诊断而建立。
图7是本发明再流焊制程自动管理系统和方法的统计过程控制及自动诊断(SPCD)的流程图，如图7所示，其流程为进入系统后，对生产中故障影响(FEA)进行分析，依据手动或自动输入检测结果，对工艺数据进行提取，而后进行诊断，得出诊断报告，其一可手动调节上述工艺参数，再回到FEA故障影响分析；其二通过自动控制优先级控制函数F＝F(n1，x1；n2，x2)，而调节工艺参数，再回FEA故障影响分析。其中制定再流焊缺陷自动诊断数据库，包含各种缺陷图、产生原因及各影响因素优先级、各种缺陷解决措施。缺陷控制图谱中最常用的一种就是鱼骨图，由鱼骨图直接可以看出每种缺陷的影响因素数量和对缺陷的影响大小，有利于操作人员和自动诊断系统对工艺进行控制。每个影响因素含有三个水平，自动调节时，系统按照优先级大小依次进行调节，直到缺陷解决为止。其中，2k析因设计用于上述试验设计(DOE)方法来评定工艺，配合再流焊缺陷自动诊断等，其考虑每种缺陷的k个众多影响因素。
且上述统计过程控制及自动诊断(SPCD)还与试验设计(DOE)方法结合，方便操作人员对新工艺、新材料带来的一些新缺陷、新问题进行研究、分析与归纳，编辑影响因素及解决措施数据库，添加到缺陷诊断数据库中。
统计过程控制及自动诊断(SPCD)解决了焊接缺陷产生原因及防止措施这一生产难题，为市场化生产提供了有利的强有力的技术支持。
由于上述通过多媒体的控制系统自动控制上述热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统、温度曲线快速绘制功能、助焊剂清洗自动诊断系统、焊点可靠性评定系统、试验设计(DOE)方法、统计过程控制及自动诊断(SPCD)等等工艺过程，而实现了一种可靠性好，自动化控制的再流焊制程自动管理系统和方法。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的再流焊制程自动管理系统和方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.再流焊制程自动管理系统和方法，包括热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统，其特征在于上述系统通过多媒体和一控制系统连接，当进入再流焊制程时，控制系统开启上述系统且对其进行实时监控和管理。
2.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于所述热管理系统按照各加热模块设定温度加热，当温度稳定后进入实时监控模式，系统进入实时监控状态，并自动搜集再流焊工艺数据，输出SPC图表和工艺过程控制图，位于导轨两边、PCB边缘近上方的热传感器采集新的数据，送回与制程数据库里的相应参数进行比较处理、判断，如果新的采样数据与制程数据库里的相应参数不匹配，系统进行自适应调节，重新按照各加热模块设定温度加热，再次达到温度稳定后进入实时监控模式而将新的SPC图表和工艺过程控制图输出；如果新的采样数据与制程数据库里的相应参数匹配，该系统间隔一定时间再从热传感器获取数据进行比较处理，判断。
3.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于所述氮气管理系统通过氧分析仪对上述氧含量进行检测，且与氧含量值和产品质量及缺陷关系数据库内设定的氧含量进行对比，如果所测试到的氧含量值与氧含量值和产品质量及缺陷关系数据库的氧含量值不相匹配时，氮气流量会按照控制指令，通过比例调节阀自动调节，实现自动化；如果所测试到的氧含量值与氧含量值和产品质量及缺陷关系数据库的氧含量值不想匹配时，进入定时监控模式，其中标准氧含量值与实测氧含量值都会实时显示于监控屏幕中。
4.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于其中，计算机中的制程数据库中包含了几种无铅焊膏进行氮气保护再流焊工艺试验数据，此数据通过对焊后焊点质量进行外观、内部组织与结构、力学性能及可靠性等分析测试，得出氮气保护时最佳氧含量值、最佳的使用氮气保护区域和氧含量值与产品质量及再流焊接缺陷之间的关系。
5.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于所述冷却管理系统首先按照设定冷却循环水温度制冷，而后提取PCB进入冷却区时温度数据T0，按照设定参数计算下列变量PCB热容大小及其分布、循环冷却风流量Q、PCB在冷却区滞留时间t以及PCB出冷却区时温度T1，依据以上参数得到控制函数F＝F(C，T0，T1，Q，t)，从而得到冷却区导轨两边热传感器所需温度T，系统实时从冷却区两边传感器获得实际温度，和上述理论所需温度T做比较，如果不一致，调节循环冷水温度；如果一致，进行下一时间段的实时检测。
6.根据权利要求5再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于上述步骤冷却循环水温度制冷通过可调节循环水温度的制冷设备和可调节冷却风流量的风机变频装置实现。
7.根据权利要求5再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于其中，计算机中的制程数据库中包含了温度曲线绘制数据库中的几种无铅焊膏在不同冷速及不同冷速方式下进行的再流焊工艺试验数据，此数据通过对焊后焊点指令进行外观、内部组织与结构，力学性能及可靠性等分析测试，得出最佳的冷却速率与冷却方式及不同冷速和不同冷却方式与产品质量及缺陷之间的关系。
8.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于所述系统还可包括一温度曲线快速绘制功能，该功能通过人工调用工艺参数数据库中所需焊膏品牌及型号，将从焊膏工艺参数数据库里寻找对应的数据，之后系统就会提取相对应的温度曲线参数设定，待确认后启动加热，实现快速温度曲线设定。
9.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于所述系统还包括一助焊剂自动清洗诊断系统，该系统利用上述冷却管理系统实时监控的冷却速率数据进行分析，判断是否进行助焊剂清洗操作。
10.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于所述系统还包括一焊点可靠性评定系统，利用上述氮气管理系统的氧含量实时监控数据、冷却管理系统的冷却速率实时监控数据以及热管理系统的温度实时监控数据进行可靠性评估。
11.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于该系统还包括一试验设计方法，所述方法利用2k析因设计主要是为了操作人员评定工艺，配合焊点可靠性和再流焊缺陷自动诊断而建立。
12.根据权利要求1再流焊制程自动管理系统和方法，其特征在于该系统还包括一统计过程控制及自动诊断系统，进入所述系统后，对生产中故障影响进行分析，依据手动或自动输入检测结果，对工艺数据进行提取，而后进行诊断，得出诊断报告，其一可手动调节上述工艺参数，再回到故障影响分析；其二通过自动控制优先级控制函数F＝F(n1，x1；n2，x2)，而调节工艺参数，再回故障影响分析。
全文摘要
再流焊制程自动管理系统和方法，包括热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统，其上述系统通过多媒体和一控制系统连接，当进入再流焊制程时，控制系统开启上述系统且对其进行实时监控和管理，由于上述通过多媒体的控制系统自动控制上述热管理系统、氮气管理系统、冷却管理系统、温度曲线快速绘制功能、助焊剂清洗自动诊断系统、焊点可靠性评定系统、试验设计(DOE)方法、统计过程控制及诊断(SPCD)等等工艺过程，而实现了一种可靠性好，自动化控制的再流焊制程自动管理系统和方法。
文档编号G05B23/00GK1908829SQ20051003627
公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月4日 优先权日2005年8月4日
发明者史建卫 申请人:日东电子科技(深圳)有限公司