Nolan Johnson采访了KIC公司的Miles Moreau。在采访中，Miles阐述了波峰焊工艺检测（wave process inspection，简称WPI）、波峰焊和真空回流焊等主题，介绍了这些技术如何与工业4.0和智能工厂集成。
Nolan Johnson：Miles，作为公司欧洲、中东、非洲、美洲和澳洲地区的总经理，要时刻了解全球范围内的业务动态。现在市场的总体趋势如何？
Miles Moreau：现在有一些市场趋势的发展很有意思，从全球经济的角度来看，为OEM高效生产和交付产品是最有意义的改变。人们之前会说自己可以在亚洲——特别是在中国，用极低的成本高效生产并交付产品，但目前这种生产模式受到严重干扰，于是人们改变了这种思维模式。
疫情的到来加速了这种思维模式的转变，现在的市场趋势是要在本土完成产品的制造和分销。不管是OEM公司还是EMS公司，都需要在满足客户要求的过程中变得更加灵活与敏捷，不仅在某些生产基地如此，在客户想要迁移的新生产地点亦如此，我们一定要有相应的系统对此进行管理。如果是一家EMS公司，那客户可能会要求 “希望你们现在可以在这里进行生产，而且最好采用之前同样的方式来这里完成生产”。特别是在对比OEM制造和合同制造时（可是这两种情况都适用），客户都希望制造商不论在哪里生产，都能交付相同的产品，而且他们希望能做到快速转换生产地点并快速完成生产。
我认为这正是智能工厂加速发展的原因；我在欧洲以及美国都发现部分制造业回迁，而且企业希望在制造业回迁后，还能保持发展。所以我们必须保持足够敏捷的制造方式。智能工厂就是这样创造ROI的，我们用这种方案对客户说：“这是能够和成本较低的生产地区竞争的最佳方式。”
KIC WPI波峰焊监控系统
Johnson：从2019开始，KIC一直在开展研发工作，现在开始陆续发布研发成果，可以详细介绍一下吗？
Moreau：我们针对回流焊过程的温度曲线设定、优化、监控或检测都提出了很好的相关方案，获得了业界的赞誉。这是KIC的优势，而且我们有分别针对SMT组装和半导体封装的方案。也总有客户要求我们为其他有波峰的热加工过程提供确定温度曲线的解决方案。我们有一些不错的方案可以帮客户设置并检查设备，但在生产过程中确定温度曲线始终是挑战。
与在同一工艺和流程中持续加热的焊接炉不同，波峰焊工艺包括涂布助焊剂、预热和焊接多道工序。那要如何调整？就要靠设备多种不同配置方式——有些设置了对流，有些使用了IR加热；加热的方式各不相同，有些在底部和顶部都加热，有些仅在底部加热；使用的波数量也不同，有时两个波，有时一个波。很多不同参数导致波峰焊工艺很有挑战。波的力学涉及不同的方面，是制造商一直想监测、跟踪的部分。
对我们而言，挑战在于要找到一种夹具就可全部实现的方案。在整个工艺中使用这个夹具，得到顶部预热温度和升温速率，确保助焊剂已经活化，记录停留时间以及平行度等波峰焊数据。生产过程中要怎么去做这些？PCB经过焊料并穿过泵送焊料波时，通过传感器收集数据，并根据这些实时记录的数据随时做出判断。这就是我们要面临的挑战。
应对这个挑战的方式就是使用WPI，也叫做波峰焊工艺检测技术。这项技术不仅可媲美KIC RPI系统对回流焊工艺的处理能力，还考虑到了PCB穿过焊料波的时间内需要测量的数据。我们提出了一种方法，在整个生产过程中不仅可以测量产品在经历预热和焊料波过程中的完整温度曲线，还可实时计算每块PCB的停留时间。虽然这是个不小的挑战，但我们已经解决了这个难题。
Johnson：有些读者可能并不是很熟悉停留时间的重要性以及为什么说它是一种挑战，可以给我们快速讲解一下吗？
Moreau：对于焊料波本身而言，助焊剂活化的过程发生在预热和经历焊料波之间。适当的活化可以促进焊接并清洁电路板表面。停留时间指的是电路板通过焊料波焊的时间，这个参数可能会促进或影响焊点的质量。最重要的作用就是把金属化处理的表面升温到焊接温度，实现良好润湿，停留有助于升温及润湿过程。
通过焊料波时会发生很多情况。电路板上每个区域通过焊料波的时间（也就是决定能否获得良好焊点的时间）与停留时间直接相关。
Johnson：我虽然不想让自己听起来像是个老古董，但过去这个过程是个静止的流程，需要你花时间设置好。需要先运行测试板，找到3个阶段所涉及所有条件都适合的设定，进行彻底分析并检测测试板，然后对整个工艺做出优化，直到得到满意的结果。但在这之后你就可持续使用这些设定，定期检查成品；这是个静止的过程。
工厂自动化已是大势所趋，那么WPI能否完成实时检查？
Moreau：实际上确实如此，就好比对每块生产PCB做夹具检查。波峰焊所带来的挑战是动态与静态检查对比，或者更多地是做实时检查。在回流焊炉中，要根据各个区的控制和对温度曲线有影响的外力或影响来管控。对于焊料炉，整个过程就变成动态的了，并且有些难以预测，即使微调了所有机械设置并控制高度，且管理去除浮渣的方式、泵和焊料温度，也还是会无法预测。
工艺过程不断变化，生产过程中检查频次越多，出现故障的风险就越低。现在要考虑的就是实现持续性检查。针对每块PCB都做持续性检查，一旦有了变化，就可以确定可接受的容差是多少。如果超过了容差则会报警，防止设置不正常时，其他PCB通过。
Johnson：这个过程曾经是动态的，对吗？特别是在波峰焊过程中会有一个很大的容差窗口，要保证工艺一直保持在这个容差内。新技术方案是否缩小了窗口？该方案能给客户或OEM带来什么好处？
Moreau：如前所述，你需要进行所有测试，然后逐个运行温度曲线，然后得出容差，但这些只是基于静态测量。想象一下，之前需要花二三天才能收集到的数据，现在只用两个小时就能完成。还可根据数据进行必要的调整，并借助WPI的实时反馈即时进行持续改进。不再需要耗时的人工过程，就能获得实时反馈，并可在改进流程时真正缩小容差窗口。这个方案不仅为保证产品质量提供了价值，而且还可根据实时反馈在生产过程中微调并改进工艺。
Johnson：微调工艺并增加精度，是否也能给OEM带来好处？
Moreau：没错，他们可通过更可控的工艺完成产品的生产，减少缺陷，提高质量，而且还能实现可追溯性。掌控回流焊过程中发生的一切——不是在刚开始某个班次检查设备后得出一切如常的结论；而是每块PCB经过波峰焊时，操作员都知道发生了什么。
Johnson：没错，这正是这个方案的价值所在，对吗？
Moreau：是的，可实现完全的可追溯性。
Johnson：随着客户能接受的容差越来越小，速度越来越快，串扰、RF、屏蔽、环境耐受力、温度范围变大和湿度问题等设计限制因素实际就变成了焊接工艺需要满足的技术规格要求。WPI如何针对特定工件接收传入的数据呢？
Moreau：多数取决于所用的材料、组件设计和所用设备的类型。如果客户确实需要运行特定的材料，那么化学成分将决定他们相对于产品本身的选择。而且，如果他们希望获得更好的结果，则需要持续进行控制。过程的可重复性会对此类工作产生影响，尤其是涉及到停留时间时，会影响到整个焊接过程中焊点的形成。
Johnson：业内有些人认为波峰焊设备会逐渐被淘汰。可是这项技术似乎给波峰焊设备注入了新的活力，带来了新的用途。KIC的预测也是如此吗？
Moreau：马克吐温说过：“报道我死是千真万确的，不过把日期是前了一些。” 我认为波峰焊确实如此。每年都有传言说 “波峰焊会被表面贴装技术、其他插入方法等取代”，但至今这一预言仍未实现。我们看到，这些设备已经有了改进，因此可以有更好的控制能力。设置波峰焊设备并不简单，要更加科学一些，并且设备具有更多可以实现的控制参数。
我们认为这是一个良机。这实际上是波峰焊的发展方向，特别是量产型工厂对这项技术有需求，所以它不会消失。对比波峰焊和选择性焊接，会发现量产工艺中波峰焊增值更大，或对于有更多通孔部件的PCB，更适合采用波峰焊工艺。我们知道这是他们在波峰焊工艺中所需的数据类型，因此这是一个很好的契机。不只是短期而是长期解决方案。
Johnson：KIC在工业4.0和CFX等协议上做了很多贡献，把工艺监控、工艺控制和工艺间通讯集成到了整个流程当中。行业会在工业4.0中以多大程度融入波峰焊接技术？KIC是能够完成这项技术的唯一供应商吗？
Moreau：就我们收集的数据类型和所拥有的解决方案类型来看，这是实现这一目标的首个解决方案。我们曾经有一个解决方案，即使在预热方面也是独一无二的。我们可以监视波峰焊的预热温度曲线。我们将WPI提升到新的水平，这是唯一可获取完整过程信息的解决方案—— “可以获取PCB经过波峰焊时的温度曲线，以及一些关键过程指标、停留时间和波峰的实时平行度参数”。方案和流程适配之后，接下来要考虑“如果在波峰焊设备上得到了这类数据，要怎么和工厂整体及与其相关的所有工艺产生关联？”
这是唯一能完美适配市场的解决方案，也是客户真正需要的解决方案。
波峰工艺偏差追踪
Johnson：现有的波峰焊接设备能经过改造后应用这种解决方案吗？
Moreau：当然，绝对是可改造的。但根据设备类型的不同，会有一些限制。对于KIC的回流焊解决方案，回流焊烤箱不论在品牌还是型号上都很类似，炉子的机械结构、属性都非常相似。波峰焊设备的运作方式多种多样，所以更具挑战性。KIC初始版本侧重于某些配置，因此我们与已经实施初始解决方案的早期客户沟通过。
我们的沟通过程类似“你们的设备设置是什么？配置是什么？使用的热源是什么类型？焊料波结构是什么样的？”然后我们再看是否有与之匹配的WPI。随着产品和方案日益成熟，解决方案将更适用于已有设备的所有配置。
Johnson：市面上有很多以CFX为首的协议，但PCB还在使用一些基于半导体的协议。你们的解决方案是不是可应对多种协议？
Moreau：说来有趣，我们的方案成熟度达到一定程度时，便加入了更多的功能，这样就可以追踪条形码、在屏幕上展示内容，然后警告或制止进料器送入PCB。后来又发展到我们需要问自己有了数据之后要把数据连接到哪里。而过去十年则变得更有意思了，特别是回流焊和波峰焊工艺。我们已经从之前只能用文本、CSV和XML等简单格式来传输数据，发展到了可以把数据传送给工厂中的任何系统；然后可连接到任何需要数据的工厂级软件中，几乎可实时与设备互动或在切换时互动，与半导体领域类似。
我们开始将KIC解决方案与有这些需求的客户集成在一起。但每个客户的需求都略有不同，所以就需要高度定制化。现在，IPC-CFX 2591针对PCB组装，而SECS / GEM针对半导体领域，能够让两个领域保持基本一致。我们还与一些主要的第三方MES软件合作，例如Aegis、Mentor、Cogiscan和iTAC。但仍然有很大一部分市场拥有各自不同的MES系统。那要如何应对这些不同的喜好，应对所有这些格式？
可以通过行业标准来实现这些目标，因为不能持续做定制方案。例如，KIC从一开始就参与CFX委员会的开发工作，我们是最早获得IPC CFX认证的企业之一。他们有一个测试台，可以根据标准测试企业系统，并将设备认证为IPC_CFX合格产品。目前，KIC的 RPI（回流焊工艺检查）是唯一合格的自动温度曲线测量系统。
这种方法使客户的工作也变得很容易，客户可以说：“这是完全符合CFX的设备，现在可以根据该标准来制定CFX代理系统和MES。” KIC围绕波峰焊和回流焊的解决方案，以及能够连接到这类工厂系统的能力，对于创建智能工厂的公司确实起到了很好的作用。不久之后，我们将发布KIC自己的 API和SDK。
我们为那些不想让KIC为他们定制所有内容的客户提供了软件开发工具包；我们可以向他们提供带有API的套件，告诉他们：“使用这个套件，上面展示了如何连接到我们的系统。你可以选择要发送到MES或工厂系统的数据。” 这是一种非常好用且功能强大的数据处理方式，因为客户可以选择自己想要的方式。正是这些功能（标准和SDK）让我们的系统成为客户真正能灵活运用的解决方案，不仅具有作为实时系统的所有价值，而且在如何将其集成入智能工厂级别方面也非常灵活。
具有实时生产停留时间的 WPI
Johnson：是不是意味着，客户在推动集成数字工厂的最终解决方案时，可以慢慢来？也许他们还没有准备好使用所有行业标准协议，因为他们正在使用或逐步淘汰本地系统。插入SDK后，他们是否仍然能够利用现有系统，在 KIC的帮助下向数字工厂方向逐步发展？
Moreau：的确如此，它为客户提供了一定的灵活性。他们不必说要建立架构，而是可以说：“我们可以从这里获取一些数据，我们可以获取一些平面文件，我们可以使用他们的SDK，将它们的系统直接与我们的系统集成”，尽管我们的产品并没有标准可以参考。
Johnson：有趣的是，这一主题出现在2021年IPC APEX EXPO 展会的主题演讲中。Travis Hessman演讲中谈到如何缓慢融入数字工厂环境，也就是要在解决问题的过程中慢慢探索，而不是直接建立新工厂。
Moreau：在过去的几年中，我们甚至推出了智能工厂入门套件。为什么不全面开始智能工厂的实施？就拿检测系统来讲，例如RPI回流焊工艺检测，与AOI或SPI相比，它的成本非常低。放入这些嵌入式传感器，让该系统在回流焊工艺中正常工作，然后使用该工具自动化完成检查和获取数据工作。这种测试平台可用于智能工厂且投资成本低。
现在你已经进行了测试，并弄清楚了如何实现目标以及涉及到的人员，正如你所说，可以慢慢探索，然后再组合。我们从回流焊入手，是因为其工艺非常简单。焊炉的关键工艺是什么？不一定是配方，而是温度曲线。如果有可以记录温度曲线的系统，那么以其为基准后将其延伸应用到智能工厂中。积累所有经验，再将其应用到其他工艺中。
Johnson：近期，KIC与德国焊炉制作公司SMT合作完成了首个双轨真空回流焊RPI系统，能够给我们具体介绍一下吗？
Moreau：真空回流焊炉有些不同。其难点在于要在回流焊炉的中间操作，你要停止加工产品，将其放入真空室内，然后抽真空以减少空洞。对于制造商及其终端客户而言，这一步是关键。因为他们的终端客户会要求允许出现的空洞最大尺寸及数量。可以通过材料本身、焊料和焊膏来减缓空洞产生，但是另一种解决方案是真空焊炉。
典型的回流焊解决方案是沿安装在导轨上的隧道沿下方放置一系列热电偶。现在，你要放置一个真空室作为停止/启动流程，因此会带来一些挑战。大约一年半以前，我们与Rehm发布了用于真空回流焊炉的RPI，现在我们与几家合作伙伴一起发布了该产品。我们能够记录真空循环时间以及回流焊温度曲线数据；客户希望通用温度曲线数据能实现一致性和可重复性，以确保工艺受控。
过去一年，由于有了真空室，工艺就变得更具挑战性了。我们已经研究了SMT，提出了双轨方案，因为与双轨炉上的典型RPI系统以及典型的生产方式不同，在这种生产方式中，电路板可以在任一轨道上移动，而带有真空室的回流焊炉则需要PCB对齐，关键在于电路板移动的计时和方式。当PBC进入真空室时，必须同时进入，因此将KIC 的RPI系统与真空回流焊炉集成要面对更多的逻辑和机械问题，而双轨又增加了这种复杂性。我们已和一家很好的合作伙伴一起推出用于SMT的真空回流焊双轨RPI系统。
在线回流工艺检查
Johnson：真不错，客户能得到什么样的ROI呢？
Moreau：在大多数情况下，将我们的系统用于真空回流焊工艺的主要客户来自汽车和医疗行业。他们制造的产品要求高可靠性，必须满足高水准的可追溯性要求。为了签下这些产品的生产合同，他们必须具有高水准的可追溯性，且必须保存生产数据若干年。
Johnson：与其说是ROI，不如说是责任。
Moreau：是的，与常规的回流焊工艺一样，进行这种实时检测有一定增值，但是现在更迫切的需要是减少空洞，由于客户要求产品上空洞的数量不得大于某个数值时，如何确保温度曲线和真空程度一致？在提供数据时即可添加该数值，然后可以将其移交给他们的客户，实现自动化。
自动化会得到持续改善，客户不再说“你们需要增加温度曲线的运行频次，如果要生产我们的产品，每个班次要运行两次温度曲线”。而每次运行温度曲线生产必须停下来。ROI直接就可以反映在“要么频繁运行温度曲线，打乱生产节奏，要么安装自动检测系统并提供客户需要的可追溯性”。
Johnson：实施可追溯性的原因就是为了现场遇到问题时能够根据数据找到根本原因。
Moreau：正是如此。
Johnson：Miles，此次采访非常精彩，感谢你抽出宝贵时间接受采访！
Moreau：也希望我们能很快再见。
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