本發(fā)明涉及到一種用于波峰焊接設(shè)備的惰性氣體加熱裝置。

背景技術(shù)：

波峰焊接技術(shù)是一種重要的電子組裝技術(shù)，將熔融狀態(tài)下的焊料，在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波，插裝了電子元器件的印刷電路板經(jīng)一定角度和深度穿過(guò)焊料波峰，使得電子元器件通過(guò)通孔露出的引腳浸入焊料波峰，焊料因毛細(xì)效應(yīng)爬入通孔而實(shí)現(xiàn)電子元器件的焊接。

在波峰焊接過(guò)程中，待焊接處理的工件，如印刷電路板在由焊料槽產(chǎn)生的至少一個(gè)焊料波上通過(guò)，隨著波峰焊接工藝中的波攪動(dòng)，焊料的氧化會(huì)加劇，焊料的氧化不僅產(chǎn)生大量溶渣，而且會(huì)產(chǎn)生更多的焊接缺陷以及降低焊點(diǎn)的可靠性。在焊料槽上方一般設(shè)置惰性氣體氛圍，覆蓋在焊料表面，隔絕空氣，從而減少或防止焊料的氧化。美國(guó)專利us5044542（1989）描述了一種氣體保護(hù)波峰焊，波峰焊是在惰性氣體的環(huán)境中進(jìn)行的，惰性氣體可以是單純惰性氣體或混合有少量除去氧氣的還原氣體的惰性氣體。但是在焊接設(shè)備工作期間總會(huì)出現(xiàn)焊料飛濺以及助焊劑揮發(fā)，它們會(huì)黏在納米多孔管上并造成惰性氣體出氣口堵塞。

由于氣體保護(hù)波峰焊接區(qū)域的溫度通常是250-270℃，并且需要大量的惰性氣體隔絕空氣；如果惰性氣體不經(jīng)過(guò)預(yù)熱，會(huì)影響焊接區(qū)域的溫度穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致焊接效果不良。美國(guó)專利us4606493（1984）公開了一種在惰性氣體氛圍中焊接印刷電路板的方法和裝置，通過(guò)縫隙設(shè)有若干股與印刷電路板底面碰濺的高速噴入的惰性氣體，惰性氣體噴流的溫度被設(shè)定為焊料槽中熔融焊料溫度的2倍（超過(guò)600℃），可以防止焊接時(shí)由于所產(chǎn)生的熱而使電路接頭（通常是銅）氧化而減少在電路板內(nèi)發(fā)生熱應(yīng)力的缺陷。美國(guó)專利us5520320（1994）公開了一種有惰性氣體氣氛注入波峰焊接機(jī)的波峰焊接工藝，通過(guò)控制輸入氣體的溫度提高從環(huán)境氣氛到印刷電路板熱傳遞的熱效率以改善焊接點(diǎn)的質(zhì)量。波峰焊接機(jī)進(jìn)入焊料槽的區(qū)域尤其是印刷電路板周圍的氣氛應(yīng)保持層流狀態(tài)且其溫度應(yīng)控制在20℃到250℃（最好是80℃到200℃）之間以提高焊接點(diǎn)的質(zhì)量。美國(guó)專利us5769305（1996）公開了一種波峰焊設(shè)備，其中經(jīng)由穿過(guò)焊料浴的惰性氣體供給管線將惰性氣體供應(yīng)到波峰焊接區(qū)域。惰性氣體供給管線設(shè)置成從上方穿過(guò)罩蓋并穿過(guò)焊料浴來(lái)到氣體分配單元。惰性氣體供給管線連接到特別是在罩蓋下方的氣體分配單元。然而，浸漬在焊料浴中的惰性氣體供給管線的長(zhǎng)度不足以在惰性氣體通過(guò)浸漬在焊料與中的惰性氣體供給管線時(shí)顯著升高惰性氣體的溫度。中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)公告號(hào)cn201020583y（2007）公開了一種氮?dú)獗Ｗo(hù)釬焊爐間歇爐用預(yù)熱凈化裝置，將用于向釬焊區(qū)輸送氮?dú)獾牡獨(dú)夤艿乐糜陬A(yù)熱凈化裝置的墻壁內(nèi)，在加熱層與保溫層之間，利用氮?dú)獗Ｗo(hù)釬焊爐門與預(yù)熱凈化裝置腔體的間隙，使得釬焊區(qū)溢出的氮?dú)膺M(jìn)入預(yù)熱凈化區(qū)。美國(guó)專利us8,403,200b2（2010）公開了一種用于供應(yīng)惰性氣體以便保護(hù)波峰焊接設(shè)備中的焊料浴的表面免予氧化的方法，其中惰性氣體從上方穿過(guò)罩蓋被供應(yīng)到浸漬在罩蓋下方的焊料浴中的熱交換器，被熱交換器加熱，并經(jīng)罩蓋被供應(yīng)回頂部并且到達(dá)波峰焊接設(shè)備。惰性氣體實(shí)際上處于焊料浴的溫度下并由此防止焊料在波峰焊接設(shè)備內(nèi)的分配裝置上固化和待焊接的零件在兩個(gè)波峰之間冷卻。防止了飛濺的焊料在惰性氣體分配系統(tǒng)的構(gòu)件上固化。利用焊料槽中的焊料和惰性氣體管路進(jìn)行熱交換來(lái)加熱惰性氣體，會(huì)使焊料的溫度降低，特別是當(dāng)焊料槽容積不大的時(shí)候，焊料降溫可能會(huì)超過(guò)15℃，這樣會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)波峰焊接的效果。另外，受焊料槽溫度的影響，熱交換后惰性氣體的溫度很難超過(guò)220℃。此外惰性氣體的熱交換管道常年浸漬在焊料中會(huì)被腐蝕，一旦熱交換管破損，惰性氣體泄露將會(huì)導(dǎo)致焊料飛濺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是為了解決波峰焊接用的惰性氣體的加熱問題，特別是提供一種惰性氣體加熱裝置，該裝置可以簡(jiǎn)單精準(zhǔn)地將波峰焊接用的保護(hù)氣加熱到所需要的溫度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用一種用于波峰焊接設(shè)備的惰性氣體加熱裝置，包含外殼，保溫材料，導(dǎo)熱體，螺旋形惰性氣體管路，加熱元件，溫度控制系統(tǒng)，其中加熱元件包含加熱棒和電熱絲，螺旋形惰性氣體管路的進(jìn)氣口和出氣口分別位于外殼上，進(jìn)氣口和出氣口通過(guò)管道與外部氣路相連，螺旋形惰性氣體管路外包裹導(dǎo)熱體，導(dǎo)熱體外部為保溫材料，保溫材料外部是外殼，溫度控制系統(tǒng)與加熱元件相連，溫度控制系統(tǒng)包括兩只溫度探測(cè)器和加熱控制裝置，加熱控制裝置與溫度探測(cè)器和加熱元件相連，控制加熱元件的開關(guān)。

優(yōu)選地，所述加熱棒位于螺旋形惰性氣體管路卷繞內(nèi)部的中軸線位置，所述電熱絲纏繞在導(dǎo)熱體外部。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱體外部設(shè)有外螺紋狀的凹槽，電熱絲纏繞在導(dǎo)熱體外部的凹槽內(nèi)，凹槽間距為5-100mm。

優(yōu)選地，所述螺旋形惰性氣體管路的螺距為螺旋形惰性氣體管路管徑的0.01-10倍。

優(yōu)選地，所述保溫材料選自硅酸鈦、氧化硅、氧化鋁、氧化鈦多孔復(fù)合材料中的一種或幾種的復(fù)合物。

優(yōu)選地，所述保溫材料為硅酸鈦（ti2si2o5）。

優(yōu)選地，所述硅酸鈦保溫材料的孔徑小于70nm。

優(yōu)選地，所述惰性氣體出氣口管路連接波峰焊接設(shè)備的惰性氣體保護(hù)裝置的進(jìn)口，惰性氣體進(jìn)氣口連接惰性氣體氣源。

優(yōu)選地，所述溫度探測(cè)器設(shè)置在惰性氣體出氣口管路上和導(dǎo)熱體內(nèi)。

優(yōu)選地，所述溫度探測(cè)器可以是熱電偶、熱電阻或液漲式溫度開關(guān)的溫度探針。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱體也可以是cu、al以及其它導(dǎo)熱性能良好的材料，該材料包括銅合金或其他合金。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱體與螺旋形惰性氣體管路澆鑄在一起。

優(yōu)選地，所述惰性氣體是氮?dú)饣蚱渌ǚ搴附佑玫谋Ｗo(hù)氣。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明安裝簡(jiǎn)便，可在現(xiàn)有氮?dú)獗Ｗo(hù)波峰焊爐上直接改造安裝，各種大小的波峰焊爐都可以適用。

2、本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，加熱范圍較大，加熱裝置出口處的惰性氣體溫度最高可達(dá)600℃，且溫度可調(diào)節(jié)的范圍較大，從100℃到600℃。且在加熱裝置的惰性氣體出氣口測(cè)量的氣體溫度在設(shè)定加熱溫度的正負(fù)2℃內(nèi)波動(dòng)。

3、本發(fā)明可方便且精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)加熱裝置出口處的惰性氣體溫度，以便更好地調(diào)節(jié)波峰焊過(guò)程中惰性氣體溫度這個(gè)參數(shù)。

4、本發(fā)明不需將惰性氣體管路浸漬在焊料槽中，檢修方便。

附圖說(shuō)明

圖1為惰性氣體加熱裝置的正面剖視圖。

圖2為圖1中導(dǎo)熱體外電熱絲的纏繞示意圖。

其中：1-外殼；2-保溫材料；3-導(dǎo)熱體；4-螺旋形惰性氣體管路；5-加熱棒；6-電熱絲；7-惰性氣體管路進(jìn)氣口；8-惰性氣體管路出氣口；9-溫度探測(cè)器；10-溫度探測(cè)器；11-凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種用于波峰焊的惰性氣體加熱裝置，包含外殼1，保溫材料2，導(dǎo)熱體3，螺旋形惰性氣體管路4，加熱棒5和電熱絲6，溫度控制系統(tǒng)。其中螺旋形惰性氣體管路的進(jìn)氣口7和出氣口8分別位于外殼上，進(jìn)氣口通過(guò)快插與氮?dú)鈿庠聪噙B，出氣口通過(guò)卡套與波峰焊充氮設(shè)備連通。螺旋形惰性氣體管路的管徑為8mm，螺距約為0.1倍管徑，螺旋形惰性氣體管路卷繞內(nèi)部的直徑約為3cm。加熱棒5功率為5000w，長(zhǎng)度約為30cm，位于螺旋管卷繞內(nèi)部的中軸線位置，加熱棒的直徑與螺旋形惰性氣體管路卷繞內(nèi)部的直徑基本一致。螺旋形惰性氣體管路外包裹鑄銅導(dǎo)熱體3，螺旋形惰性氣體管路與鑄銅導(dǎo)熱體澆鑄在一起。電熱絲6功率為2000w，纏繞在導(dǎo)熱體外部的預(yù)先加工好的外螺紋狀凹槽內(nèi)，凹槽間距為30mm。導(dǎo)熱體3外部為保溫材料2，由于電熱絲6固定在導(dǎo)熱體3外部的凹槽11內(nèi)（如圖2所示），可以減少電熱絲的移動(dòng)并使鑄銅導(dǎo)熱體外表面與保溫材料更好地貼合，同時(shí)還可以增加導(dǎo)熱體與電熱絲的熱交換面積。保溫材料2外部是外殼1，保溫材料是硅酸鈦ti2si2o5微孔隔熱材料，孔徑在40nm左右，具有常溫下比靜止空氣還低的導(dǎo)熱系數(shù)，即使導(dǎo)熱體溫度超過(guò)600℃，外殼仍不至于過(guò)熱。溫度控制系統(tǒng)包括兩只溫度探測(cè)器9、10，和加熱控制裝置，兩只溫度探測(cè)器分別測(cè)量導(dǎo)熱體的溫度和惰性氣體管路出氣口處氣體的溫度，加熱控制裝置為控制繼電器，與溫度探測(cè)器相連與加熱棒5和電熱絲6相連，控制加熱元件的開關(guān)。溫度控制系統(tǒng)可以設(shè)定加熱溫度，通過(guò)加熱元件加熱導(dǎo)熱體，螺旋形氮?dú)夤苈繁晃挥诼菪芫砝@內(nèi)部的加熱棒及其卷繞外部的鑄銅導(dǎo)熱體充分加熱，惰性氣體加熱裝置的螺旋形惰性氣體管路出氣口處的氮?dú)鉁囟缺粶囟忍綔y(cè)器監(jiān)控，鑄銅導(dǎo)熱體的溫度也被監(jiān)控，可根據(jù)氮?dú)獬鰵饪诘牡獨(dú)鉁囟?，通過(guò)加熱控制裝置對(duì)加熱元件進(jìn)行開關(guān)控制。

本發(fā)明在波峰焊接過(guò)程中的一種使用方式：

首先使用氮?dú)庵脫Q加熱裝置氣路中的氣體，關(guān)閉氣源之后開始操作。

溫度控制系統(tǒng)設(shè)定加熱溫度為400℃，打開加熱控制裝置，開啟加熱元件，通入氮?dú)?，其中氮?dú)獾臏囟葹槭覝?，氣源出口處氮?dú)鈮毫?atm，氮?dú)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流速為6nm³/h。約10min后讀取氮?dú)獬鰵饪诠苈飞系牡獨(dú)鉁囟忍綔y(cè)器，顯示為398℃-402℃。同時(shí)測(cè)量波峰焊焊料槽氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置中的氮?dú)鈿夥諆?nèi)的溫度，最高溫度可達(dá)280℃-350℃，取決于加熱裝置到波峰焊裝置的氮?dú)夤苈烽L(zhǎng)短，以及是否包有保溫材料等因素。該溫度和焊料槽熱交換生產(chǎn)的熱惰性氣體的最高溫度220℃相比要高很多。

溫度控制系統(tǒng)設(shè)定加熱溫度為600℃，打開加熱控制裝置，開啟加熱元件，約15-20min后讀取氮?dú)獬鰵饪诠苈飞系牡獨(dú)鉁囟忍綔y(cè)器，顯示為598℃-602℃。同時(shí)測(cè)量氮?dú)舛栊詺怏w氛內(nèi)的溫度，最高溫度可達(dá)330℃-500℃。本發(fā)明中用于波峰焊的惰性氣體加熱裝置可以精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)和控制惰性氣體的溫度，以便尋找和確認(rèn)對(duì)于波峰焊最佳的惰性氣體溫度參數(shù)。與傳統(tǒng)的和焊料槽熱交換生產(chǎn)的氮?dú)舛栊詺怏w加熱方式相比，本發(fā)明無(wú)須將氮?dú)夤苈方氩ê覆?，可以防止氮?dú)夤苈返母g，以及對(duì)焊料溫度的影響。

若導(dǎo)熱體為al材質(zhì)，最高加熱溫度約達(dá)400℃，使用其它導(dǎo)熱體，最高加熱溫度根據(jù)導(dǎo)熱體成分不同而不同。波峰焊接需要的氮?dú)獗Ｗo(hù)氣溫度約在300℃左右，比焊料槽的溫度略高，可根據(jù)氮?dú)獗Ｗo(hù)氣要加熱的溫度選擇適合的導(dǎo)熱體。

流經(jīng)螺旋形惰性氣體管路的氮?dú)饬魉僖话憧刂圃?-8nm³/h，惰性氣體加熱裝置內(nèi)的螺旋氣體管路總長(zhǎng)度可以由傳熱基本方程推算，q=ka△tm，主要參數(shù)q為熱負(fù)荷，k為傳熱系數(shù)(總熱阻倒數(shù))，a為換熱面積，△tm為對(duì)數(shù)平均溫差(對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力)，管路總長(zhǎng)度取決于氣體種類和流速，管路內(nèi)徑，管壁厚度，導(dǎo)熱體材質(zhì)，加熱溫度等參數(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為了清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的其他實(shí)施方式。以上是本發(fā)明得較佳實(shí)施例，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)所作的種種等同變型或替換，均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，例如螺旋形惰性氣體管路可以是圓形螺旋，也可以是方形螺旋或其他形狀的螺旋，導(dǎo)熱體的形狀可以是圓柱體，長(zhǎng)方體或其它形狀。