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SMT设备评估之Reflow设备
  2024-07-05      15

作者:薛广辉 曹金旺

1. SMT设备说明

业界同仁所熟知的SMT工艺是将各类功能元器件贴装在印有锡膏的线路板上,经过高温焊接后使各类功能器件功能导通,后续再通过分板,测试,总装等工序组装成产品电子产品出货 。以上每一个生产工序均有对应的生产设备,支撑生产所需的工艺环境条件,以SMT生产为例,需要印刷设备,贴装设备,检测设备,焊接设备,测试设备,点胶设备,辅料贴装设备等组成生产拉线,如下图1所示。

image.png

图1

但是任何一种SMT生产设备均有种类繁多的可选功能型号,如何在多种多样的设备中快速有效的评选出,适合本公司产品工艺规划所需的设备,一直以来都是业界同仁为之努力的KPI指标。另外SMT设备均为高精密设备,购买成本高昂,使用过程中随着生产工艺的不断精进优化,也要求工厂的设备能力需要兼容适应各类不同的工艺条件,这就需要业界同仁在设备选型评估时,需要兼容后续工艺技术路线演进要求。基于以上情况,笔者希望结合自身SMT生产经验,就SMT主要设备选型评估要点简要的介绍,希望能为同仁在设备选型中有所帮助。

2 Reflow评估报告介绍

本章依Reflow焊接设备的选型评估为例,介绍设备选型评估时从资料收集,数据对比,文件签核,结论输出时需要注意的要点及要求。一份完整可签核的Reflow焊接设备评估报告应包括如下几个主要文档:

™ 评估报告签核封面

™ 设备评分表

™ 设备验收规范

™ 设备报价单

™ 设备Layout

™ 设备规格书

™ 设备销售实际说明

™ 设备共用水电气信息说明表

™ 设备随机备品清单

™ 设备智能化需求信息表

™ 设备IT防毒处理要求表

™ 设备环保节能要求规范

™ 设备工业安全要求规范

™ 设备请购共通性规范

以上各个章节设定目的是为了让各个参与设备评审的单位,在签核时可以快速的了解设备的详细情况,并对相关核心指标快速定位评审,保证设备评审签核的顺利高效的完成,同时也方便主导评审单位对各方疑问进行有针对性的解答。

2.1 评估报告签核封面

签核封面一般为整份纸档或电子格评估报告的首页,各公司均有固定的标准格式,会对公司Logo,文字间距,字体大小等有统一要求,此处不一一赘述。为了方便送审签核,一般会包含如下内容,格式示例如下图2。

Ø 报告类型:(注明是评估或验收报告等)

Ø 文件编号:(方便文件归档管理)

Ø 撰写日期:(文件编写日期,方便文档使用有效期管理)

Ø 撰写人: (报告撰写主要负责人签核,明确责任归属)

Ø 审核人: (设备评估负责人上级及所属单位领导签核)

Ø 核准人: (设备请购负责人,即公司决策层领导签核)

Ø 会签人员:(设备评估所涉及的所有单位负责人签核)

image.png

图2

2.2 设备评分表

工厂采购设备均采用多家竞标的方式,评比需在多家厂商中选出最优者。设备评分表是汇总各家验收规范与目标要求是否符合的文档,此表单需对各家验收规范条款得分情况进行评比。评分时各条款的重要程度,结合每项总分标准,汇总各家给出的信息并打分,以总得分最高者为最优,由评估单位给出评比理由,方便采购单位进行最终询价请购。评分表需由评估单位评判,结果需由评比人上级审核认可,签字通过生效,评比结论需争得各单位认可,避免事后争议。具体表单如下表1。

表1

image.png


2.3 设备验收规范

验收规范是评估过程中最关键的文档,也是公司与厂商之间就设备所应该具备的功能及要求的合同条约。所有的验收规范均需多次与厂内相关单位及厂商沟通达成一致,所有条款均需厂商签字确认,验收时要严格按要求收集验证,避免设备事后验收有争议或无法满足使用要求。Reflow炉子验收规范一般分为设备硬件要求,设备热效能要求,软件功能要求,设备维保要求等四大类内容:

设备硬件要求

² 工作电源规格

² 设备外形尺寸

² 氮气气压规格

² 轨道尺寸&载重要求

² 挡风帘设计

² 轨道链爪长度

² 过板限高上下限

² 炉前炉后停板气缸

² 轨道类型

² 冷却类型

² 助焊剂回收系统

² UPS电源

² 温区数量

设备热效能要求

² 热效能均匀性

² 热效能稳定性

² 空满载热补偿

² 炉子表面温控

² 传输方向设定

² 热排散热余温回收

² 超温保护(冰水,温控)

² 氧含量监控(注意区分监控温区及设定监控频率)

² 链速,马达监控(可选智能监控项目)

² 温度曲线实时监控(可选智能监控项目)

² 温区间隙要求

² 温区间最大温差

² 出板口温度要求

² 冷却斜率要求

软件功能要求

² 出板卡板,掉板报警

² 软件语言版本

² PCB过炉追踪功能

² 加热区长度界面显示

² 氮气巡检功能开放

² LOG报警记录追溯

设备维保要求

² 发热丝,马达,轨道等关键配件保固

² 售后技术支持

² 人员培训

² 软件功能更新

² 操作手册文件

        以上四大类内容看似要求项目繁多,但多数项目为炉子基本要求,业内常用炉子均可达标,评审加入以上内容是为了评审有据可依,方便后续设备验收。热效能相关项目会决定炉子自身能力高低,此项为评审时最关键要点,各项内容需重点验证。优秀的厂商会在炉子设计时对关键细节做优化,如整流板结构,风道走向设计,材料涂层处理,FLUX回收管路人性化设计,发热丝表面氧化处理,冷却区与回流区之间的间隙减小等。虽然大家设备都能用,但从能用到好用的进阶,恰恰是研发设计单位从细小处优化精进的过程,这也正是优秀工厂优于同行的根因所在。

        针对如何判定Reflow炉子性能好坏,笔者借用业内炉子性能测试的方案给大家举例说明,一般有如下几项指标:

² 热效能均匀度分析(同类器件左中右加热效能均匀度,温差越小性能越好)

² 热效能均衡度分析(大小器件左中右热效能均衡度,温差越小性能越好)

² 热风对流量分析(各个温区的热风对流量大小及稳定性,风量越集中越好)

² 链速波动率分析(分析轨道链速及长期稳定性)

² 空满载热补偿分析(分析炉子在空载和满载时温度波动稳定性)

² 冷却性能分析(分析炉子冷却能力)

² 轨道振动变形量分析(分析炉子在加热情况下的轨道运作稳定性)

        以上项目可借助专业设备分析,也可利用工厂内现有测温条件进行部分量测,

        以最常遇到热效能均匀性,热效能稳定性,空满载补偿的测试方法为例。

        a.热效能均匀性

        反应的是同一块板上,左中右不同位置的同类器件测温点的温度间差异值,优秀的炉子不同测温点温度差异越小越好。

        测试方法:

        使用炉温测试板,依常规锡膏profile规格调整炉温曲线。每天空炉测试三次,连续测试三天。要求所有数据符合profile规格,且单次测试板的四个测温点位峰值温度极差∆T≤3℃。

 b.热效能稳定性

反馈的是多次测量时,同一个点位的温度和时间的差异,差异越小越好。

测试方法: 

使用测试板,依常规锡膏profile规格调整炉温曲线。每天空炉测试三次,连测试三天。要求所有数据符合profile规格 9组数据,同一热电偶峰值温度极差∆T≤5℃, 9组数据同一热电偶预热/恒温/回流等时间规格,极差∆T≤5S。

c.空满载热补偿能力

测试的是炉子在产品大量吸热时是否可以快速补偿热量,使炉膛内真实的温度一直保持在稳定合理的区间之内。

测试方法:

ü 使用测试板空载测试获得空载炉温曲线

ü 测试板前后各放入5块空冶具测试获得满载炉温曲线

ü 上述两步复制3组 (一次空载曲线&一次满载曲线计1组)

ü 所得曲线结果均需满足profile规格

炉子的风速稳定性,轨道震动,变形量等指标,需借助专业工具可测量,可以请设备厂商提供验证数据,笔者不一一说明。

以上测试方法及要求需厂商签字认可,并明确回复是否能满足要求,以便后续验收使用。

2.4 设备报价单

此为文档为设备评估所用的预估报价,由供货商提供正式邮寄报价给采购,各司采购设备时均有对应的标准格式,以方便工程及采购单进行厂商报价评比,此处不再赘述。

2.5 设备Layout

此文档一般为炉子2D三视图,需标注各处尺寸,方便后续设备运输,安装,接电机等工作,如下图3。

image.png

图3

2.6 设备规格书

此为所选炉子的主要参数信息介绍文档,一般会包括设备型号,加热参数,运输参数,控制参数,机体参数等,以方便评估单位可以快速查找相关使用参数,如下表2。

表2

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2.7 销售实际

此文档是为说明厂商同款设备已成功使用的客户数量,目的是为了解厂商销售实力及客户群,避免因新设备无成功使用经验,导致导入后故障频发,格式如下表3。

表3

image.png


2.8 设备共用水电气信息说明表

此文档主要规定设备在工厂使用过程中需要水电气信息,方便设备架设时提前准备,如环境要求,电力要求,冰水要求,氮气要求,空压要求,排废要求等,各公司设备电气要求不同,此处不一一说明,具体如下表4。

表4

image.png


2.9 设备随机备品清单

设备请购时厂商会附赠有部分易损配件,为了方便后续工厂备件管理,需厂商提供配件清单,以方便后续配件请购,入库管理,清单格式如,继电器线圈,编号xxxxx,数量1PCS,品牌 魏德米勒等,如下表5。

表5

image.png


2.10 设备智能化需求信息表

此文档由工厂IT提供,目的是为了方便工作设备智能化管理,需提供的信息如,远程设定,密码,运行代码,设备防火墙要求,PLC,PC等控制方式的通信协议要求,设备操作系统,防病毒设定等。方便后续IT接管设备软件,进行厂内定制化功能开发。

2.11 设备IT防毒处理要求表

工厂设备的供应单位来自全国各地,当设备接入工厂设备网时需进行必要的防病毒处理。若无有效防毒设定,可能会导致整个工厂设备中毒,影响生产使用,故此文档需厂商配合IT事前进行关闭共享,停用部分端口,防毒补丁安装,防毒全盘扫描等操作。

2.12 设备环保节能要求规范

此文档为设备的环保节能要求,由工厂环保部门撰写,内容包括环保和节能两方面要求,如表6。

表6

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此条款为设备基本硬性要求,任何一项不符合,设备评选不可予以通过。

2.13 设备工业安全要求规范

此文档为工厂工安部门对设备要求的通用文档,为所有设备通用要求,内容涵盖如下内容,如下表7。

表7

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2.14 设备请购共通性规范

此文档为工厂对于设备请购的基本通用要求的汇总,目的是为了设备的养护,维修管理成本降低,配件种类归一管理,降低设备使用成本,一般共通性规范会包括如下几大类信息,

² 安全防护功能要求(防漏电,防过载,加热器要求,报警防护装置)

² 操作人性化要求(目视管理,省水省电,设备报警,设备智能)

² 电气设计规格要求(电控防腐散热要求,箱体材质,架设备标准等)

² 结构设计要求(设计标准,安装标准,水电气要求)

² 机构材质要求(电缆阻燃要求,PPS材质等)

² 维护保养要求(操作手册,装机培训,软体备份,维修等)

² 主要部件品牌(PLC,空气开关,电机,气缸,马达等)

² 主要部件保固要求(发热丝,热风马达,电机等保固要求)

以上所有文档在设备评选时均需依要求如实填写,然后由设备评审人员进行信息汇总,比较筛选出功能最佳的设备,其中涉及环保,工安等共通性规范要事前评审,有任何一项不合格时设备均依不合格处理,希望同仁在评审时注意审核以上问题,避免设备交货后无法完全满足要求,导致无法验收结案,引发不必要的争端。工作签字确认即是责任也是牵制,希望各位同仁均可如实,审慎填写。

3 结语

通过如上14个小章节的介绍,希望各位同仁对炉子设备评估整体的流程及文档准备有全盘的认知。各家对评审要求不同,笔者在此抛砖引玉,希望同仁在设备评估时可以快速有效的完成目标,成功选出可以兼容公司工艺路线演进的设备,以上整体流程除验收规范外,同样可以适用于其他SMT设备评估,后续文章笔者再一一介绍。

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