雙軌回流焊爐已問世多年。通過同時平行處理兩個電路板，可使單個雙軌爐的產(chǎn)能提高兩倍。目前, 電路板制造商僅限于在每個軌道中處理相同或重量相似的電路板。而現(xiàn)在, 擁有獨立軌道速度的雙軌雙速回流焊爐使同時處理兩塊差異更大的電路板成為現(xiàn)實。 既然不同軌道都可以設(shè)定不同的速度，那么工藝工程師的任務(wù)就是要開發(fā)可同時滿足兩個電路板要求的工藝參數(shù)設(shè)置。本論文將探討怎樣去獲得這樣爐溫曲線的實用方法。
2 原理
首先，我們要了解影響熱能從回流爐加熱器向電路板傳遞的主要因素。在通常情況下，如圖 A所示，回流焊爐的風(fēng)扇推動氣體（空氣或氮氣）經(jīng)過加熱線圈，氣體被加熱后，通過孔板內(nèi)的一系列孔口傳遞到產(chǎn)品上。
可用如下方程來描述熱能從氣流傳遞到電路板的過程，
q = 傳遞到電路板上的熱能
a = 電路板和組件的對流熱傳遞系數(shù)
t = 電路板的加熱時間
A = 傳熱表面積
ΔT = 對流氣體和電路板之間的溫度差
我們將電路板相關(guān)參數(shù)移到公式的一側(cè)，并將回流焊爐參數(shù)移到另一側(cè)，可得到如下公式：
q=a|t|a||t 當引入不同的電路板時，公式中的參數(shù) a 和 A 都會相應(yīng)改變。進而，只有通過調(diào)整電路板吸收的熱能（q）才能使公式繼續(xù)保持平衡。熱能的變化會造成電路板溫度發(fā)生變化。所以，為了保持電路板溫度不變，我們必須改變區(qū)域溫度設(shè)點（ΔT）或傳輸帶速度（t）。
3 應(yīng)用
在單軌回流焊爐中處理一個電路板時， 我們可以通過修改設(shè)置點(ΔT)或帶速(t)來調(diào)整溫度曲線進而獲得理想的溫度曲線。如果我們在雙軌道回流焊爐中同時處理兩個不同的電路板時，我們只可以調(diào)整每個軌道的帶速來獲得所需的溫度曲線，因為在雙軌回焊爐中兩個軌道同在一個爐腔，其溫度設(shè)置必須是相同的。
2009 年 8 月，BTU1
發(fā)表了一篇論文，文中討論了帶速、溫區(qū)設(shè)點和對流速率對回流焊接溫度曲線的影響，并且探討了爐子的設(shè)置如何影響兩個電路板的峰值溫度、液態(tài)以上時間和均勻性。隨著雙速雙軌技術(shù)的出現(xiàn)，我們有必要深入研究在僅改變帶速的情況下，處理三塊不同電路板的情況。 這項研究采用無鉛和有鉛焊膏配方工藝，應(yīng)用 Pyramax 150N-12Z 12 區(qū)氮氣回流焊爐，使用75 克、360克和 520克三種電路板，帶速分別從 30 IPM 變化到60 IPM 不等。每種實驗組合的峰值溫度、液態(tài)以上時間以及保溫時間均予以記錄，以便分析。
3.1 有鉛焊膏工藝
如圖 B 所示，有鉛工藝實驗的第一步是用 360 克電路板在 45 IPM 帶速來建立一個基準曲線 (ramp-soak-spike：快速升溫-保溫-峰值)。峰值溫度目標值為220°C，液態(tài)以上時間 (TAL)為60秒，140-170°C 段的保溫時間為 70 秒。
然后再改變帶速，以45 IPM 為起始點，每次改變幅度為 5 IPM，最小變化范圍為 15 IPM。后，記錄下每種實驗組合的峰值溫度、液相線以上時間和保溫時間。如圖C1，C2，C3
隨帶速的變化
正如所料，在同一帶速的條件下，電路板重量對峰值溫度有較明顯的影響。其中，較重電路板的溫度比較輕電路板的溫度低 7-10°C。但對液態(tài)以上時間和保溫時間的影響不大。然而，當我們改變帶速時，所有三個參數(shù)都發(fā)生變化。其中，液態(tài)以上時間和保溫時間的變化幅度幾乎達到50 秒，峰值溫度的變化幅度大約為 15°C。
下面我們將得到的實驗數(shù)據(jù)應(yīng)用到雙軌雙速爐中，在同一雙軌回流焊爐中處理兩個不同電路板。首先，將 360 克的電路板放在一個軌道上，在另一個軌道上放上 75 克電路板。然后，根據(jù)圖 C1 的結(jié)果，將放置75克電路板的軌道帶速增加到 58 IPM (請參見圖D)，這樣兩個不同電路板就會實現(xiàn)相同峰值溫度。根據(jù)圖C2 和C3的結(jié)果，當帶速為 58 IPM 時，75 克電路板的液態(tài)以上時間和保溫時間將分別縮短到45和55 秒。
同理，如圖D 所示，如果我們在360克電路板加熱菜單下處理 520 克電路板，我們則需要將帶速調(diào)整到 38 IPM，以保持這兩個不同電路板具有相同的峰值溫度。而最終得液態(tài)以上時間是80 秒，保溫時間為85秒。 通過上面實驗我們可以看出，如果能夠接受新的液態(tài)以上時間和保溫時間，那么第二個電路板的新帶速就可以使用了。如果不能接受新的液態(tài)以上時間或保溫時間，那么只能接受新電路板不同峰值溫度，或在兩個電路板上再嘗試不同的設(shè)置點。
3.2 無鉛焊膏工藝
接下來，我們按照前面的方法來獲得無鉛菜單的溫度曲線。我們用 360 克電路板在帶速為 44 IPM 的條件下，建立一個迅速升至峰值的無鉛基準菜單，如圖 E所示。峰值溫度目標是 240°C，217°C液態(tài)以上的時間為 60 秒。因為無鉛曲線通常幾乎沒有或完全沒有保溫時間，所以如果要考慮保溫時間的話，我們選擇監(jiān)測在 140-170°C 范圍之間的時間。
我們按照有鉛工藝實驗的方法，對無鉛工藝重復(fù)同樣的實驗。使帶速從起點開始上下變化 幅度為 15 IPM。記錄下三個測試電路板分別在不同帶速情況下的峰值溫度、液態(tài)以上時間和保溫時間。結(jié)果如圖 F1、F2和F3 所示。
從圖中可以看出，電路板的重量對無鉛焊料峰值溫度的影響和有鉛焊料是相似的。在較低帶速情況下，電路板之間的峰值溫度差值大約是 7°C；速度較快時，差值接近 13°C。在有鉛實驗結(jié)果中，電路板量不影響液態(tài)以上時間或保溫時間。而在無鉛實驗結(jié)果中，75 克電路板的液態(tài)以上時間幾乎比其它板長 20 秒，這極可能是由于迅速升至峰值溫度曲線的特殊形狀引起的。 同理，當我們改變帶速時，所有三個參數(shù)也如同有鉛曲線中一樣都發(fā)生了變化。其中液態(tài)以上溫度改變幅度為 80 秒，保溫時間改變幅度為 20 秒，峰值溫度的改變幅度則為 15°C。 從上述圖中我們可以看出，有鉛和無鉛曲線是類似的。其中，峰值溫度圖 F1 表明，如果我們使用 360 克電路板所確定的菜單，并且希望在另一軌道上同時處理 75 克的電路板，我們則需要將帶速增加到 60 IPM。而圖 F2 和 F3 告訴我們，75 克電路板在 60 IPM 帶速情況下的液態(tài)以上
時間和保溫時間大約為 40和 20 秒。 同樣，我們可以在 39 IPM 帶速條件下，使用 360 克電路板設(shè)置菜單同時處理 520 克電路板，使其具有相同的峰值溫度。而最終得到的液態(tài)以上時間是 62 秒，保溫時間為 32 秒。如果我們可以接受液態(tài)以上時間和保溫時間的改變，那么通過改變帶速可以達到我們的工藝要求。
4 捷徑 - 預(yù)測軟件
在處理多個曲線之后，我們認識到生產(chǎn)工程師希望有一個更好更快捷的辦法來從這些圖表中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，進而能夠節(jié)省他們的工作時間。首批實驗中的數(shù)據(jù)在速度變化范圍內(nèi)接近線性，于是我們想首先獲得主電路板的基本曲線，然后采用相同區(qū)域設(shè)置點和±15 IPM 的帶速變化幅度，在次級電路板上面獲得兩個曲線。然后可以將各點連接起來，繪制一條平行線，為次級電路板提出新的帶速。這將需要我們僅處理三個曲線，即可確定初步的帶速估值。 接著，我們需要了解KIC Navigator等預(yù)測軟件是否可用來預(yù)測曲線。我們曾使用KIC Explorer來獲得實驗的原始曲線，在僅改變無鉛基準菜單帶速的情況下，KIC Navigator 對于每個電路板曲線的預(yù)測其實是一個非常簡單的步驟。軟件預(yù)測的峰值溫度與實際溫度的偏差在 2-3°C 范圍內(nèi)。三個電路板的峰值預(yù)測溫度和實際溫度對比情況見圖 G1, G2, G3。
