如何制作一个标准测温板

• 作者:
• 来源: KIC
• 日期: 2020-09-28
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首先制作测温板需要提前做好以下一些准备工作：

1、认识K型热电偶（全称：Thermocouple，简称TC）

市面上普遍使用的K型热电偶都是来自美国Omega热电偶线，由于K型热电偶的特性决定了广泛用于SMT电子行业。K型热电偶插头一般为黄色，插头上有“K”字母标识，两根正负极材质也不同（正极：镍铬，负极：镍硅），故不可接反，同时热电偶的头部需要完好的焊点（图1），不可绞在一起（图2），否则会接触不良，测试曲线不合格现象。市面上普遍销售的耐温多为260℃,KIC根据测温仪通道数标配热电偶，耐温为400℃。

2、选择测温点

原则上在选择测温点时只需要找到PCB板的最热点和最冷点即可，只要最高温度和最低温度的PWI（Process Window Index：工艺窗口指数，详见PWI介绍或咨询KIC工程师）小于100%,则表示PCB板的所有元器件的温度都在工艺窗口范围内，但无法100%覆盖具体元器件的最高和最低温度点，所以需要选择一些具有代表性的特殊元器件作为测试点。

• 测温点分布

一个合格的测温板一般会按照对角方式尽可能覆盖到整个PCB（图3），找到PCB板的对角之间的差异，具有代表性吸热多和容易热冲击及重点关注的敏感元件作为测温点（特别说明：不要盲目追求测温点的数量，测温点越多不代表测温就越精确，真正找出需要测温的点才是关键）。所以制作一个测温板，首先需要找到测温板的温度最高点（最暴露或单独一个区域位置）和最冷点（最大元件和元件最密集位置），然后选择一些具有代表性吸热多和容易热冲击以及特殊敏感元件作为测浊点即可，如：BGA，QFP，SOP，Flip Cip，蓝牙模块，电解电容，在拼板上至少要有一个测温点，选择测试点具体数量可根据不同测温板的复杂程度来定义，一般产品越简单测温点越少，但要遵循对角测试差异原则，复杂的产品敏感测温元件越多，但只需要选择代表性即可。无需每个BGA，QFP敏感元件进行测温。

• 测温点固定

合格的测温点是选对正确的元件引脚位置，使测试曲线的结果平稳而不波动，且最高温度的温差最小。测温点通常有以下几种方式固定：

SMT：

• 高温锡线（Sn/Cu）--使用最多
  
  

• 铝箔贴纸（Aluminum Tape）_KIC 推荐

KIC推荐铝箔的优势，一种安全并具有良好导热率连接材料可使用现有生产产品直接制作测温板，不会破坏原有产品，测试完成后直接去掉铝箔即可，无需单独制作一个测温板而造成成本浪费。

注：在购买KIC测温仪时有标配一些铝箔贴纸供客户使用，如需购买可直接联系KIC。

• 红胶（Expoxy/Adhesive）

在点红胶固定时要确保热电偶必须接触到焊点（如图6），否则与实际温度有差异，并且红胶太多会影响测试的精准性。所以红胶大部份是用于固定热电偶线而不是固定测温点。

• 聚酰亚胺胶带（Kapton Tape）一不建议使用：固定性和导热性差
  

  针对特殊敏感元件的测温点固定参考如下，具体可根据客户要求：

   

  

 

波峰焊（Wave Soldering）:

• 热电偶1—元件本体

• 热电偶2—PCB板底插件上锡孔

• 热电偶3—PTH插件板面引脚

• 热电偶4—PCB板面温度

制作时的注意事项：

1、KIC测温仪第一个的热电偶空气线用于自动触发和停止记录温度以及软件预测优化曲线，所以必须固定在测温板前端中间2.5cm位置，以便KIC软件预测优化温度曲线。否则软件预测温度不准确。具体KIC软件预测优化功能请参见KIC Navigator Power 介绍或咨询KIC工程师。

2、BGA固定底部测温点时，需要使用钻头先将PCB钻孔埋好热电偶后在贴上BGA。


3、为确保测试温度的真实性，测温板上的热电偶线到插头的距离建议预留15-20cm左右


4、KIC测试仪测试时测温仪必须放置在隔热套内过炉，否则将直接损坏测温仪，针对测试无网带的炉子时，需要使用KIC Carrier过炉治具来完成测试。需要购买KIC Carrier 可直接联系KIC。

5、通常波峰焊的板底和板面工艺窗口规格都不同，所以在设置工艺窗口时需要注意区分热电偶位置。

 

6、为了测温点更牢固更稳定，不会因为高温导致测试位置松动而影响测试曲线的精准性，在距测温点约2-3mm位置增加红胶，然后使用热风枪等工具将红胶固化固定热电偶。

 

7、市场上所销售的KIC2000,KIC Start, KIC Explorer全部为假货仿制品并非KIC产品，该产品于2012年全部停产，目前在售的仪器: SPS, X5, K2,Start2, 为了你的产品品质请使用KIC产品，欢迎广大客户进行咨询辨别真假。

 

8、PCB测温板的使用寿命跟PCB材质有关，不同材质使用寿命也不同，如一般FR-4环氧玻璃纤维材质，测试寿命一般为50次左右，若继续使用将会出现起泡，分层等问题影响测温的准确性。

9、对于产线多，产品价值高，人员流失大，品质异常管控，MES管理，实现智慧工厂，降低成本，产品追溯，人员操作失误等等问题，建议实现自动测温曲线，以便大幅度降低成本，提升生产效率，增强品质管控，无需人工每天测试，只需NPI（新产品导入）测试一次即可，实现自动测温曲线，最多可实现每片板测式一个曲线。
 

PWI（Process Window Index）：工艺窗口指数

 

KIC Navigator Power

在测试一次曲线后KIC可根据工艺窗口自动优化曲线设定温度参数，即将优化温度参数输入炉子上后测试一次后即可获得一个合格的曲线，大幅度减少测试次数和停机时间，下图是以工艺窗口、最大速度（最大产量）、最小能耗（省电）三种模式自动优化曲线。

KICAutoFocus功能包括了以上NavigatorPower功能，同时可实现无需测试曲线即可软件自动优化一组温度参数。

注：第一个空气线必须固定在测温板中间前端2.5cm位置，否则软件预测不准确。

 

测试验证例子：


自动计算SPC&CPK
SPC (Statistical Process Control) 统计过程控制
CPK (Complex Process Capability Index) 制程能力指数
计算公式：
西格玛(Sigma): =标准差STDEV (可使用Excel计算)
SPC (Statistical Process Control) 统计过程控制
CPK (Complex Process Capability Index) 制程能力指数
计算公式：
西格玛(Sigma): =标准差STDEV (可使用Excel计算)


如何定义产品的工艺窗口？


任何产品都有一个生产标准要求，那么如何定义一个产品的工艺焊接标准呢？很多客户基本是参考锡膏的工艺曲线来定义工艺窗口的，其实不然，一个产品主要包括有PCB、锡膏、物料元件，所以当我们在制定一个新产品的工艺窗口时，需要综合考虑到PCB、锡膏、物料等三种材料的工艺窗口，如PCB和各种物料的耐温性要求，所以我们在定义前，除了需要参考锡膏的工艺曲线，还需要参考一些特殊元件和PCB的datasheet规格书。工艺曲线有分为RSS和RTS两种工艺曲线，针对不同产品可参考锡膏提供的工艺曲线，针对复杂元件较多的PCB，吸热量多的产品一般采用RSS曲线，但不适应水溶性锡膏。在定义工艺窗口时，重点关注的有最高上升斜训练场，恒温时间，最高温度，最高下降斜率。选用RTS还是RSS，以实际生产的产品为主，采用什么样的曲线设置方式同时取决于锡膏类型。

Wave Soldering 波峰焊触锡时间问题：

有很多客户会问为什么触锡时间会这么长？如图中AB点，其实波峰焊在测试曲线时由于测温板本身就是一个吸热体，当测温板接触锡波时，温度迅速上升，并将热量传递给测温板，当测温板离开锡波时，由于测温板持续保持热量，所以曲线继续记录温度，所以测温板的真正触锡时间是AE点，而不是AB点。