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测试KIC24/7虚拟曲线的精度

简介
KIC? 24/7?可以让用户实时监测炉温曲线的变化,并在曲线超出范围后提醒用户。也就是说,KIC24/7是监测回流焊制程的一种工具。
这篇文章就是描述KIC24/7的虚拟曲线和测温仪测试的实际曲线的精度对比。
回流焊曲线测试
典型的回流焊制程中,工程师可以利用或修改锡膏供应商提供的制程参数,每一个制程窗口由上限和下限值组成。技术人员先设定一组炉温,接着用测温仪测试曲线,看曲线是否在范围内(可参考文章“使用KIC2000软件的Auto-Focus功能找出最佳的炉温设定“)。
炉温确定之后就可以开始生产了,不过技术人员需要定期检测炉温曲线。大多数公司确认炉温曲线的周期是一周一次,一天一次或换线时测试曲线。测试的次数越多,产生的费用也就越大。相对而言,制程超出范围的成本浪费代价更大。
KIC24/7 监测系统
KIC24/7系统可以自动测试每个PCB的曲线并计算CPK,炉温异常时会报警,有了KIC24/7就不需要定期抽检炉温了。以下是KIC 24/7系统的简单说明:
KIC 24/7利用安装在轨道上方的30个热电偶来检测温度,另外KIC24/7还有单独的链速检测编码器。当产品进入时系统开始连续的记录温度和链速,产品出炉时,一个虚拟曲线就产生了。每个产品的参数都会自动加入SPC图中,如果CPK值小于1.33,系统可以停止进板以防不良品的产生。
KIC 24/7 Charts Tab
这是KIC 24/7图表,目前系统记录了111个产品的曲线。每个项目都会有单独的统计。
下图显示了主要PWI(制程窗口指标)的图表.
KIC 24/7 main PWI chart
在这个测试中,我们人为地制造变化使制程超出范围,软件中设定CpK低于1.3时报警。测试时CpK在真正超出范围前已经给出预警,说明CPK可以预测到将要发生的事情。
KIC 24/7的详情请见, “ KIC 24/7白皮书“.
KIC 24/7在监测生产时有以下三种状态:
1.     http://kicthermal.com/images/bullets/green-sphere.gif绿色:温度曲线正常,可继续生产。
2.     http://kicthermal.com/images/bullets/yellow-sphere.gif黄色: 制程温度方式明显变化,即将超出范围。需要重新测试炉温曲线。
3.     http://kicthermal.com/images/bullets/red-sphere.gif红色: 制程超出范围,立即停止生产并测试曲线。
我们进行了改变了多项参数以测试KIC24/7系统是否能反映当前真实的情况,包括改变进板数量,改变链速,改变炉温以及改变吹风马达的转速等等。
另外,在测试过程中我们会把实际测试的曲线和虚拟曲线做对比。
注: 把热电偶焊接在实际的测试板上,然后用SLIMKIC2000和它一起过炉。测试采用同样的PCB,在同一台BTU Paragon150上测试。
开始测试
我们挑选了一个尺寸长宽为11.25″和 8.25″,重量190 g的测试板.用铝箔贴纸固定5根热电偶在板上,用SlimKIC 2000测试曲线,选择一个有铅的标准制程(见以下)。
Process windows used for tests
所有的测试使用同一制程规格
制程窗口指标 (PWI)
KIC软件使用PWI值来表示曲线的好坏, PWI100%表示曲线已在制程的最边缘,PWI在100%以下表明制程在可控范围之内, PWI 大于100%表明制程超出范围,PWI值越低越好。利用PWI可以很容易比较出2个曲线的好坏,同样KIC 24/7的虚拟曲线和SlimKIC 2000的实测曲线也可以这么比较。
How PWI is Determined
每个统计项都有PWI. 如果处于制程的中心那么PWI = 0%.曲线只显示出最大/差的一个PWI作为整体的PWI值
请访问网站了解更多 “PWI” 内容。
即使测出曲线的PWI是合格的, 也可能出于制程的边缘 (比如PWI 97% 是合格的, 但是很容易就会超出范围).KIC软件中的Navigator?可以自动找到最优的PWI值设定。
我们用KIC Navigator找出最佳设定, 下一步开始正式生产。
Plot of baseline profile
以上基准曲线的 PWI为32%, 控制的很不错。
测试结果
开始生产时,  KIC 24/7会记录每个过炉产品的虚拟曲线.
现在可以改变炉子的一些参数了.每次改变后我们都会等炉子先稳定下来,然后进行对比测试,我们比较2者之间的PWI值,同时记录KIC24/7的状态如何。
测试结果

测试 #测试项目虚拟曲线的
PWI
SlimKIC2000实测
PWI
KIC 24/7
状态

Baseline Profile
32%
1No Changes35%37%Green
2Full oven boards 12″ apart35%33%Green
3Full oven boards 3″ apart33%33%Green
4Increase speed by 5%51%51%Green
5Decrease speed by 5%43%43%Green
6Increase speed by 8%65%63%Green
7Decrease speed by 8%53%56%Green
8Increase Zone 9 & 10 by 10C79%86%Yellow
9Decrease Zone 9 & 10 by 10C47%62%Yellow
10Increase Zone 9 & 10 by 20C117%141%Red
11Decrease Zone 9 & 10 by 20C98%104%Yellow
12Disable Zone 10 Top Fan32%31%Yellow
13Disable Zone 10 Bottom Fan32%32%Yellow
测试结果的图表
Summary Graph of Test Results


测试 1
参数无变化
每个虚拟曲线, KIC 24/7 的诊断选项会记录炉子内部温度和基准曲线之间的差异。
Troubleshooting Tab - No Changes to Oven
诊断画面 – 炉子参数无变化
上图是测出对比曲线的诊断项,显示了炉内的30 热电偶的温度状态,右侧显示的是链速偏差值。以上可以看出温度/链速和基准曲线的值几乎相同。
/uploads/allimg/130515/1141311b9-7.jpg
上方是虚拟曲线的统计图表,下方是对比曲线的统计图表。 炉子参数无任何变化,结果和预料的一致,2者几乎相同.
/uploads/allimg/130515/1141311H3-8.jpg
 

测试 #2
满载测试,产品间距12英寸
这个测试是为了确定在满载的情况下,曲线是否有影响。产品长11.25 英寸,间距12 英寸, 这样大约有一半的炉膛长度是有产品的。
/uploads/allimg/130515/1141312101-9.jpg
上图可以看出最后一个加热区和后面冷却区的热电偶温度都明显改变了,温度升高了5度左右。虚拟曲线上没有预示回流时间和最高温度也会增加。

http://kicthermal.com/images/library/accuracy_247_fig09a.jpg
/uploads/allimg/130515/1141312159-10.jpg
从上面的图片可以看出虚拟曲线和实测曲线结果很接近,差异的数值都在测温仪误差范围之内。我们可以判断虚拟曲线和实测曲线结果基本一致。

测试#3
满载测试,产品间距3英寸
这个测试中,我们减少了产品的间距,只留了3个英寸。测试的结果和间距12英寸时相似。
/uploads/allimg/130515/1141313015-12.jpg
/uploads/allimg/130515/1141312038-13.jpg
/uploads/allimg/130515/1141315923-14.jpg
测试表明限制进板间距对制程的影响很小,虚拟曲线和实测曲线结果一致。

测试 #4
链速增加 5%
这次我们把链速增加 5%。KIC24/7和BTU回流炉之间的软件连接需要断开,否则软件会提示速度不一致。
注意图片右侧的链速区域已显示速度增加了。
/uploads/allimg/130515/1141313F4-15.jpg
虚拟曲线比基准曲线的最高温度低了0.5度,回流时间减少了约3秒:
/uploads/allimg/130515/114131C25-16.jpg
最高温度的实际测试结果接近1C ,回流时间减少3.5秒:
/uploads/allimg/130515/1141312002-17.jpg
结果:当链速提高 5%后, 虚拟曲线和实测曲线结果一致。


测试 #5
链速降低 5%
这次把链速降低5%.
/uploads/allimg/130515/11413142J-18.jpg
/uploads/allimg/130515/1141312220-19.jpg
/uploads/allimg/130515/1141314096-20.jpg
结果:当链速提高 5%后, 虚拟曲线和实测曲线结果一致。


测试#6
链速增加 8%
我们看一下这次虚拟曲线是否还能保持一致:.
/uploads/allimg/130515/1141313325-21.jpg
/uploads/allimg/130515/1141312T2-22.jpg
/uploads/allimg/130515/1141311328-23.jpg
你可以看到以上的对比结果。结果:当链速提高 8%后, 虚拟曲线和实测曲线结果一致。

 

测试 #7
速度降低 8%
/uploads/allimg/130515/114131B52-24.jpg
/uploads/allimg/130515/114131M22-25.jpg
/uploads/allimg/130515/1141315R9-26.jpg
即使速度降低 8%, 虚拟曲线仍然得到了准确的结果。
结果: 当链速降低 8%,虚拟曲线和实测曲线结果一致。
我们考虑过更大的参数修改, 但是KIC 24/7会在速度偏离超过10%时给出报警,不管曲线是否超出制程范围这个报警都会出现:
/uploads/allimg/130515/1141314200-27.jpg
警报会一直提醒用户停止生产。结论:当链速发生很大变化时, KIC24/7会一直报警提醒用户检查制程。


测试 #8
9 /10
区的温度增加10
以下的四个测试中,我们会改变9/10区的温度。
/uploads/allimg/130515/114131L46-28.jpg
很明显看出9/10区的温度上升了10度。
/uploads/allimg/130515/1141313Q0-29.jpg
/uploads/allimg/130515/114131NK-30.jpg
现在的PWI是79% (基准曲线是33%). 虚拟曲线准确的测出了这个改变,虚拟曲线和实测曲线的平均最高温度小于0.5度。
值得注意的是即使只有10度的变化,软件还是给出了“温度发生明显变化”的警告:
/uploads/allimg/130515/1141311113-31.jpg
警告可以让客户知道发生了变化,即使目前的曲线还没有超出制程范围。
结论:
1.      当2个温区的温度改变10度, 虚拟曲线和实测曲线结果一致。
2.      KIC 24/7会提醒用户温度发生了明显变化,即使曲线还在范围之内.
3.      KIC 24/7可以准确显示出炉内的温度变化.

测试 9
9/10
区温度下降10
诊断选项中可以清楚看到9/10温区的温度发生了变化。
/uploads/allimg/130515/1141315E9-32.jpg
/uploads/allimg/130515/1141311561-33.jpg
/uploads/allimg/130515/1141313259-34.jpg
虚拟曲线和实测曲线的最高温度相差约1.7度。
注: 10度的温度变化会触发之前的温度警告,为了测试方便,我们选择了不显示此警告信息。
结论:
1.     虚拟曲线的结果可以接受
2.     KIC 24/7会提醒用户温度发生了明显变化,即使曲线还在范围之内. .
 

测试 10
9/10
区温度增加20
以下2个测试都是把9/10区的温度改变20度.
/uploads/allimg/130515/1141313628-35.jpg
/uploads/allimg/130515/11413161Y-36.jpg
/uploads/allimg/130515/114131N26-37.jpg
除了第八个测试点2.5度偏差外,其余点都在1度之内,有可能TC8有一点接触不好。 这次的PWI偏离了24%, 其它的都不超过 11%。和之前一样,这次温度变化的警告也不会显示出来。
结论:
1.     尽管炉温发生了明显变化,虚拟曲线最大的偏差只有25%.
2.     较大的炉温变化将触发警报,使用者需要重新验证炉温。


测试 11
9/10
区温度降低 20
/uploads/allimg/130515/1141313310-38.jpg
/uploads/allimg/130515/1141315239-39.jpg
/uploads/allimg/130515/114131D40-40.jpg
这次测试中,虚拟曲线的PWI 增加到 89%,但仍在范围内。但是实测曲线的PWI已经是104%, 刚刚超出了范围。虚拟曲线和实测曲线的温差为1.5度。
诊断选项可以清楚的看到9/10   温区的温度发生了明显的变动。
结论:
1.     当温度下降 20 度时,最大的PWI偏差为5%.
2.     当炉内温度逐渐改变时,KIC系统发出警报会告诉客户温度的变化。

测试12
关闭10区上部的风机
这个测试我们人工断开了10区上温区的风机。炉子不会给我们任何报警,但是KIC24/7的诊断功能却可以看到10温区的奇怪变化。
/uploads/allimg/130515/11413150R-41.jpg
和你看到的一样,虚拟曲线和实测曲线的结果都正常。
/uploads/allimg/130515/114131N33-42.jpg
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当关闭10区上温区的风机之后,虚拟曲线和实测曲线的PWI都显示正常, 但是KIC 24/7给出了以下的警告:
/uploads/allimg/130515/1141311R9-44.jpg
这个警告立刻让客户知道了炉子发生问题,KIC24/7的诊断项目可以看到真实的情况.
结论:
1.     当对流量减少时,曲线不会发生变化, KIC24/7的虚拟曲线和实测曲线结果一致。
2.     KIC 24/7可以精确探测到炉温的真实变化并给出警告,而测温仪测试的曲线看不到任何提示。


测试 13
断开10区下温区的风机:
同上个测试的结果基本相同, 但是KIC24/7诊断项目中的10区温度变化的更多。
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和上个测试一样, 虚拟曲线和实测曲线结果一致,但是KIC24/7给出“温度发生明显变化”的警报。
结论:
1.     当对流量减少时,曲线不会发生变化, KIC24/7的虚拟曲线和实测曲线结果一致
2.     KIC 24/7可以探测到炉温的真实变化并给出警告,而测温仪测试的曲线看不到任何提示.
意见
1.     在测试中,当温区温度发生10度以下变动时,KIC24/7虚拟曲线和测温仪实测曲线结果一致。
2.     当温区温度变化超过10度时,虚拟曲线的结果仍然很精确,不管怎样,KIC24/7会给出警报并提醒用户检查曲线。
3.     测温仪测试的曲线看不到炉子发生的一些变化(比如说风机不转) ,但是KIC 24/7会给出警报.
4.     KIC 24/7可以提前做好预警,以防缺陷产品的出现。
5.     KIC24/7的诊断项目可以实时让用户看到温度的变化

综述
这篇文章的目的是测试KIC 24/7系统和测温仪实际测试曲线的精度对比。
KIC 24/7在监测生产时有以下三种状态:
4.     http://kicthermal.com/images/bullets/green-sphere.gif绿色:温度曲线正常,可继续生产。
5.     http://kicthermal.com/images/bullets/yellow-sphere.gif黄色: 制程温度方式明显变化,即将超出范围。需要重新测试炉温曲线。
6.     http://kicthermal.com/images/bullets/red-sphere.gif红色: 制程超出范围,立即停止生产并测试曲线。
我们进行了改变了多项参数以测试KIC24/7系统是否能反映当前真实的情况,包括改变进板数量,改变链速,改变炉温以及改变吹风马达的转速等等。
实际测试的曲线和KIC24/7的虚拟曲线的测试结果完全一致。在温度变化不大时,KIC24/7可以真实反映实际炉温的曲线。但是温差过大时,KIC24/7的虚拟曲线和实测曲线之间并不完全一致。在每个测试中,KIC24/7系统都可以很好的提醒用户,目前炉温发生了变化。
我们还发现当发生明显的温度变化时,并不会立刻测温仪测试曲线的曲线结果,曲线也就不能反映真实的炉温变化,但是KIC24/7可以准确给出警报,并可看出具体的信息。
结尾
KIC 24/7是个很有用的工具,它可以持续、精确、自动的监测回流炉的制程,它会记录每个产品的虚拟曲线. KIC 24/7 可以监测到测温仪所不能检测的温度变化,还可以在即将发生问题之前找出问题。

转载来自KIC公司网站