电子制造领域，检测和质量控制至关重要。电子行业的制造工程师、工艺工程师和管理者不断寻求创新方法以提高SMT生产线的可靠性和性能，而OEM审核员则希望产品制造的整个过程控制和生产可追溯性得到保障。实时在线检测工序对于保持质量的一致性必不可少，对于确保最高水平的过程控制和可追溯性也是十分必要的。本文阐述了回流焊工艺检测(reflow process inspection，简称RPI)在确保回流焊接过程中PCBA质量及可靠性方面发挥的关键作用，简要介绍了行业领军企业KIC开发的新型传感技术。
回流焊检测技术面临的挑战
回流焊接是PCB组装过程中的特有工序，因为它不涉及任何添加材料，而是依赖于精密使用热量以适当焊接组件并形成可靠的焊点。与焊膏检测 (solder paste inspection，简称SPI)和自动光学检测(automated optical inspection，简称AOI)等技术使用高分辨率相机来检测焊膏的印刷和元器件的放置位置不同，回流焊接检测面临着不同的技术挑战。在回流焊接过程中采用基于摄像头的类似检测方法，不仅成本高企，而且具有技术挑战。虽然AOI可以在产品经过回流焊炉加工后检测焊点，但它不能直接检测回流焊工艺并确认是否达到了适当的回流焊曲线。
设定温度曲线的作用
为了确保回流焊接工艺的完整性，行业依赖于设定温度曲线，其中涉及到测量和记录PCB、焊膏和元器件通过回流焊炉时所经历的温度曲线。这条温度曲线直接影响到焊接点质量和PCBA的整体可靠性。
过去，设定温度曲线是手动操作，需要关停生产线后进行人工干预。工程师使用连接到测试板的温度数据记录仪和热电偶来设定温度曲线。这类数据有助于配置和验证回流焊炉的设置，使温度曲线和焊接效果保持在适当水平。但与SPI和AOI不同的是，这类手动记录数据的方法是静态的，只能在一定频次内进行局部检查，容易出现问题。本文首先讨论SPI和AOI的价值，然后介绍如何将这类检测转化为回流焊工艺检测的价值。
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SPI和AOI的重要作用
SPI和AOI系统不仅对于检测和确保PCBA的质量至关重要，并且在闭环反馈和控制机制中也发挥着重要作用，而闭环反馈和控制机制可提高制造过程的精度和效率。
焊膏检测(SPI)
SPI系统采用先进的光学技术来检测焊膏印刷工艺，为丝网印刷设备提供实时反馈和控制能力。主要技术包括：
- 3D SPI：该技术使用3D测量技术精密获取焊膏沉积的高度和体积。
- 机器学习和人工智能(AI)：一些SPI系统采用机器学习算法和AI分析历史数据、鉴别趋势并主动调整印刷工艺。
自动光学检测(AOI)
AOI系统对于验证元器件贴装位置、焊点质量和整个PCBA的完整性至关重要。AOI的主要技术包括：
- 先进视觉系统：AOI使用高分辨率相机、先进光学器件和照明技术获取PCBA的精细图像。然后使用复杂的算法分析这些图像，与质量标准进行比对，识别缺陷与偏差。
- 机器学习和模式识别：一些AOI系统采用机器学习和模式识别算法不断提高缺陷检测能力，从而适应新的产品设计和变体。
回流焊工艺检测(RPI)的重要作用
为了实现回流焊自动化，并使回流焊达到SPI和AOI的精密度，出现了回流焊工艺检测方法。KIC是电子制造加热工艺解决方案的领军企业，最初就是KIC研发出了这些用于加热工艺的嵌入式检测系统。现在市面上大多数系统都是基于KIC技术。
- 回流焊工艺检测(RPI)：沿着回流焊炉隧道内加工路径遍布大量嵌入式热电偶传感器，这些传感器组成了RPI系统，可测量温度，跟踪传送带速度并在每个PCBA进入回流焊炉时对其进行监控。RPI可以连续自动跟踪和计算每个生产PCBA的温度曲线，不再需要使用手动分析方法，所以也就不再需要停止设备运转后进行人为干预。对RPI系统进行编程就像使用数据记录分析设备一样简单。工程师在运行PCBA时会使用基准温度曲线，使系统能够学习并适应组装的具体要求。一旦完成编程后，RPI检测就能使回流焊接工艺实现自动化和实时工艺控制，确保每个PCB的一致性及品质。
- 机器学习和人工智能(AI)：KIC研发的RPI系统具有预测学习功能，仅根据PCB尺寸和质量就可以推荐回流焊炉温度曲线设置。此外，RPI系统中的动态AI技术可以主动跟踪工艺Cpk，为每个组件提供温度曲线数据，并具有连接功能，可将重要的回流焊温度曲线实时数据纳入决策反馈环。该系统采用CFX、Hermes及其他标准，且能连接任何MES系统的API。
KIC新传感技术：直到不久前，行业还只能通过监控生产温度曲线或监控风扇来间接检测焊炉内的对流变化。但通过直接测量PCB的温度，KIC回流焊工艺检测系统能够了解焊接炉中的对流随时间发生的变化。KIC拥有新的传感技术，可以在回流焊工艺加热过程开始和结束时直接测量每块PCB的温度，确定工艺中的温度变化和对流变化，以及这些变化对回流焊曲线质量的潜在影响。这项技术是行业首创，也是回流焊工艺检测技术的革命性进步。
填补技术缺口：SPI、RPI和AOI
全面的检测实施始终都应该包括回流焊工艺。使用SPI、RPI和AOI设备后，整个SMT生产线的检测流程会变得完整。这种流程能够监控每个阶段的工艺波动，然后将一段时间内工艺变化的组合关联起来，确定缺陷出现的原因以及如何通过自动调整来提高质量和生产效率，创造了巨大的附加价值。
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KIC智能制造流程图
在整个工厂范围内集成检测系统
集成了SPI、RPI和AOI等检测系统的制程为电子制造商带来了广阔的发展前景，特别是那些对产品可靠性要求极高的制造商，例如汽车、医疗、军事和航空航天等领域的制造商。
生产可追溯性和工艺审核：可追溯性是质量控制的基石。包括RPI在内的集成检测系统可提供每个PCBA制造过程的完整记录。这种可追溯性使制造商能够查明缺陷根源、改进流程并提供端到端文档记录，从而达到合规要求、确保产品质量，而这也是汽车、医疗、军事和航空航天产品的关键要求。
实时决策：集成这些检测系统后，即可创建闭环反馈机制。SPI数据可用于实时调整焊膏印刷设备，确保焊膏的精密涂布。同样，AOI数据可以触发系统调整元器件放置位置，进一步降低出现缺陷的风险。RPI数据在这种实时操作的环境中发挥着关键作用，可确保回流焊期间的温度曲线始终保持最优状态，并在必要时给出调整建议。
总结
回流焊接是电子制造过程中的关键工序，对确保焊点品质起着重要作用。回流焊工艺检测系统通过将传感器无缝集成到回流焊炉中并、自动建立温度曲线并提供实时过程控制来弥补检测技术的不足。正如KIC Solutions所展示的那样，通过采用RPI技术，制造商可以加强质量控制措施、提高效率并基于数据做出决策，最终向市场提供可靠且高质量的PCBA。现在通过KIC全新的传感技术，这套解决方案的功能和价值都有所提高。随着电子制造业不断发展，为了保持行业领先地位并满足竞争日益激烈市场需求，毫无疑问RPI是实现这一目标的必要工具。
此外，将SPI、AOI和RPI集成入生产系统，企业可以迈入制造新时代，从而可确保产品品质、把控各个环节的可追溯性、实现实时调整操作的常态化。对于汽车、医疗、军事和航空航天等对产品可靠性要求较高的行业而言，这种集成方法不仅是竞争优势，而且是满足严苛标准、确保电子元器件安全和性能的必要条件。在整个工厂范围内集成这些检测系统是振奋人心的目标，预示着未来电子制造业可以在效率、可靠性和精密度方面达到新的高度。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》23年11月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
