红外热风再流焊工艺参数优化方法研究

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为了保证元器件焊点质量的可靠性,在使用红外热风再流焊设备焊接元器件前,需要设置合理的工艺参数。目前,企业普遍采用多次“测温板试验-工艺参数调整”的方法来确定再流焊工艺参数,不仅需要耗费大量人力、物力及时间成本,一般不具某种最优性,而且对于不能进行多次试验的PCBA(印制电路板组件:Printed Circuit Board Assembly)产品不能应用。因此,针对传统的再流焊接工艺参数设计不足等问题,本文利用数值仿真技术对红外热风再流焊接工艺参数进行了优化设计,获得一组最佳的工艺参数。主要研究内容及结论如下:(1)建立红外热风再流焊工艺仿真模型基于红外热风再流焊的加热机理,根据红外热风再流焊炉及PCBA的结构尺寸和各类封装器件的热物性参数,以及测温板试验和经典传热学中的冲击射流理论完成对红外热风再流焊工艺仿真模型的建立;利用ANSYS瞬态热仿真分析,模拟PCBA整个再流焊接过程,得到了与试验基本相符的温度曲线。(2)基于实测温度数据的工艺仿真模型修正分析实测焊点的温度数据与相应工艺仿真焊点的温度数据的差异,建立了以实测曲线和仿真曲线对应焊点的加热因子差值、超液相线差值及温差累计值最小化为优化目标,以炉腔内空气的温度、风速修正系数为优化变量的数值仿真修正模型;基于Kriging模型和多目标遗传算法(MOGA)对工艺仿真模型进行了修正,得到了满足精度要求的工艺仿真模型。(3)红外热风再流焊工艺参数优化设计利用ANSYS APDL二次开发读取焊点温度数据并计算加热因子、超液相线时间,以加热因子、超液相线时间为优化目标,以温区温度设置为优化变量,以再流焊接工艺关键指标要求作为约束条件,采用自适应多目标优化(AMO)算法对目标进行优化,得到优化后的一组工艺参数。研究结果表明,建立的红外热风再流焊工艺仿真模型,能够很好的模拟再流焊接过程;将Kriging模型引入到PCBA工艺温度场仿真模型修正中,修正后模型的仿真炉温曲线更加接近实际炉温曲线,加热因子最大偏差减少为9.96%,超液相线时间最大偏差减少为8.33%,最大温差累计值减少为87.417℃,修正效果明显;基于多目标遗传MOGA算法对仿真计算的加热因子、超液相线时间进行优化,获得了一组满足焊接关键工艺指标的最优工艺参数,完成了对红外热风再流焊工艺参数的优化设计,并指导实际生产。
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