CN112935449A - 回流焊炉 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种回流焊炉，用于处理电路板，所述回流焊炉包括加热区、数个加热装置和启停装置。加热区包含数个子加热区，数个加热装置被设置在数个子加热区中相对应的子加热区中，数个加热装置中的每一个被配置为使得其相对应的子加热区的工作温度处于一个预定的温度区间。启停装置用于启停数个加热装置，启停装置被配置为：在电路板顺序地经过数个子加热区的过程中，启停装置按照预定的时间间隔来启停数个加热装置，使得数个子加热区中的每一个子加热区的工作温度处于其相应的一个预定的温度区间。本申请的回流焊炉能够满足大尺寸电路板的焊接加工，防止回流焊炉的炉膛内出现过热的现象。

Description

回流焊炉
技术领域
本申请涉及回流焊炉的技术领域。
背景技术
回流焊炉主要是用来焊接已经贴装好电子元件的电路板，通过回流焊炉的加热区将锡膏熔化，使电子元件与电路板焊盘融合焊接在一起，然后再通过冷却区将锡膏冷却，使得电子元件和电路板焊盘固化在一起。回流焊炉的加热区域在工作过程中具有预定的温度区间，以满足焊膏加热至熔化温度或回流温度的热量。
发明内容
本申请的目的在于提供一种回流焊炉，其在加热区采用大功率的加热装置，既能提高大尺寸电路板的处理效率，又能保证大尺寸电路板的处理质量。
为了达到上述目的，本申请提供了一种回流焊炉，所述回流焊炉包括加热区、数个加热装置和启停装置。所述加热区包含数个子加热区，所述多个子加热区沿着所述回流焊炉的长度方向依次排列。所述数个加热装置被设置在所述多个子加热区中相对应的子加热区中，所述数个加热装置中的每一个被配置为使得其相对应的子加热区的工作温度处于一个预定的温度区间。所述启停装置用于启停所述数个加热装置，所述启停装置被配置为：在电路板顺序地经过所述数个子加热区的过程中，所述启停装置按照预定的时间间隔来启停所述数个加热装置，使得所述数个子加热区中的每一个子加热区的工作温度处于其相应的一个预定的温度区间。
如前文所述的回流焊炉，所述启停装置按照预定的时间间隔和预定的顺序启停所述数个加热装置。
如前文所述的回流焊炉，所述回流焊炉适用于焊接不同尺寸大小和不同焊接热量的电路板。
如前文所述的回流焊炉，所述回流焊炉包括位置传感器，所述位置传感器位于所述加热区的入口位置；
位于所述加热炉膛入口位置处的子加热区为第一子加热区，自所述加热炉膛入口位置排列的第N个子加热区为第N子加热区，所述启停装置被配置为：当所述位置传感器监测到电路板进入所述加热区时开始计时，待累积时间到达t1时，所述启停装置停止位于所述第一子加热区中加热装置的运行；待累积时间t到达t1+(N-1)·Δt2时，所述启停装置停止位于所述第N子加热区中加热装置的运行，其中，N为大于1的自然数。
如前文所述的回流焊炉，电路板在所述加热区内的行进速度为v，所述每一个子加热区沿所述回流焊炉长度方向上延伸的长度均为H，所述Δt2＝H/v。
如前文所述的回流焊炉，所述启停装置还被配置为：待累积时间t到达t1+Δt3时，所述启停装置恢复位于所述第一子加热区中加热装置的运行；待累积时间t到达t1+N·Δt3时，所述启停装置恢复位于所述第N子加热区中加热装置的运行。
如前文所述的回流焊炉，电路板在所述加热区内的行进速度为v，每一个所述子加热区沿所述回流焊炉长度方向上延伸的长度均为H，所述Δt3＝m*H/v，其中1≤m＜N。
如前文所述的回流焊炉，电路板沿所述回流焊炉长度方向延伸的长度为L，所述t1＝L/v。
如前文所述的回流焊炉，其中Δt3的数值大于Δt2的数值。
如前文所述的回流焊炉，其中所述电路板延伸的长度L大于所述子加热区延伸的长度H。
传统回流焊炉的温度控制***不适用于同时加工尺寸较大的电路板和尺寸较小的电路板。当采用适用于尺寸较小的电路板的回流焊炉来焊接加工尺寸较大的电路板时，由于尺寸较大的电路板吸热量较大，需要很长的时间才能够达到炉膛内的预定的温度范围，因此采用传统回流焊炉的温度控制***来加工大尺寸电路板时容易导致电路板的生产效率过低，无法满足生产需求。经过发明人的观察和研究，在加热区使用功率较小的加热装置时，由于加热惯性较小，所以其温度控制***能够有效将其温度控制在工作温度范围内。但是，在加热区使用大功率的加热装置时，虽然加热装置一开始能够足够对吸热量较大的板子进行加工的温度需求，但是由于大功率加热装置的“升温惯性”，采用传统的温度控制***对其控制时，炉膛的温度会继续上升，直至超出其预定的温度区间，以至于影响焊接的正常温度。
为了适应处理大尺寸的电路板，本申请的回流焊炉采用了大功率的加热装置，同时，为了抑制大功率的加热装置因为热惯性而导致炉膛过热，本申请在回流焊炉中设置有启停装置，有规律地控制回流焊炉中各个子加热区内加热装置的运行状态，有效地将各个子加热区内的炉膛分别维持在其预定的温度区间内，保证大尺寸的电路板在回流焊炉内正常且稳定地处理。
附图说明
图1为本申请回流焊炉100的示意图；
图2为图1中回流焊炉100的加热炉膛101的示意图；
图3为图1中回流焊炉100的启停装置300对数个加热装置220的控制示意图；
图4为图3中启停装置300的内部结构示意图；
图5A至5D示出了采用图3中启停装置300停止加热装置221的运行的实施例；
图6A至6B示出了采用图3中启停装置300恢复运行加热装置221的实施例。
具体实施方式
下面将参考构成本说明书一部分的附图对本申请的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本申请中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等描述本申请的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本申请所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。在可能的情况下，本申请中使用的相同或者相类似的附图标记指的是相同的部件。
图1为本申请回流焊炉100的示意图，其示出了从回流焊炉100的侧面看过去的内部结构示意图。如图1所示，回流焊炉100包括加热区101和冷却区102，且加热区101和冷却区102之间互相连通。炉膛103贯穿整个加热区101和冷却区102，炉膛103的延伸方向与回流焊炉100的长度方向相一致，用于为电路板提供加热空间。炉膛103的内部设有输送装置104，沿整个炉膛103的长度方向延伸，用于承载电路板，并帮助电路板在整个炉膛103内传输。当回流焊炉100开始工作时，如图1中的箭头所示，电路板从加热区101的入口进入回流焊炉100，并通过输送装置104在加热区101内传输。在加热区101传输的过程中，电路板上分配的焊膏经加热而逐渐熔化。待电路板经输送装置104从加热区101传递至冷却区102后，电路板焊接区域上的焊膏因受冷却而固化，从而电子元件连接在电路板上。电路板经过冷却区102后，即通过输送装置104从回流焊炉100中传递出来，从而完成回流焊炉100对电路板的处理。在本实施例中，输送装置104在回流焊炉100内以恒定的速度v进行传输，其中输送装置104的传输速度为30-100cm/min。在其他实施例中，输送装置104也可以设置成其他的传输速度。
在本实施例中，回流焊炉100包括加热区101和冷却区102两个区，在其他实施例中，回流焊炉100在加热区101和冷却区102之间还可以设置有阻隔排气区，此时加热区101、冷却区102和阻隔排气区之间也是流体连通的。阻隔排气区的设置既能够在高温的加热区101和低温的冷却区102之间起隔温的作用，又能够抽取来自加热区101炉膛103内的气体，并将抽取的气体排至炉膛103外，从而阻碍来自加热区101的炉膛103的含挥发性污染物的气体进入冷却区102的炉膛103。
图2为图1中回流焊炉100的加热区101的示意图，其中较图1省略了输送装置104。如图2所示，所述加热区101包含数个子加热区200，数个子加热区200沿着回流焊炉100的长度方向依次排列。其中，位于加热区101入口位置处的子加热区为第一子加热区201，自加热区101入口位置排列的第N个子加热区为第N子加热区。第一子加热区201的前端设有位置传感器213，用于感测进入该区域的电路板的位置。在本实施例中，加热区101共有12个子加热区200，每个子加热区200沿回流焊炉100长度方向上延伸的长度相同，均为H，自加热区101入口位置向右排列依次为第一子加热区201、第二子加热区202、第三子加热区203、第四子加热区204、第五子加热区205、第六子加热区206、第七子加热区207、第八子加热区208、第九子加热区209、第十子加热区210、第十一子加热区211和第十二子加热区212。值得注意的是，回流焊炉100的子加热区200的数目可以根据要焊接的产品而改变，而不仅限于图2所示的实施例。例如，在另一个示例中，针对一种类型的电路板，回流焊炉可以具有十个子加热区200。
如图2所示，炉膛103沿着多个子加热区200排布的方向贯穿所有的子加热区200，并通过炉膛103将每个子加热区均分隔为上下两部分。其中，每个子加热区200在炉膛103的上下两个部分中均设有一个加热装置220，通过上下两个加热装置220共同控制一个子加热区200内的温度。也就是说，第一子加热区201中设有两个第一加热装置221，两个第一加热装置221分别位于第一子加热区201内炉膛103的顶部和底部；第二子加热区202中设有两个第二加热装置222，两个第二加热装置222分别位于第二子加热区202内炉膛103的顶部和底部。以此类推，第N子加热区200中设有两个第N加热装置220，两个第N加热装置220分别位于第N子加热区200内炉膛103的顶部和底部，其中N为小于等于12的自然数。
为了保证电路板在加热区101内的处理效果，多个子加热区200中每一个子加热区200的工作温度均具有一个预定的温度区间，位于同一子加热区200的上下两个加热装置200协同工作，将该子加热区200的工作温度维持在其相应的一个预定的温度区间内。在本实施例中，加热装置220通过加热电阻进行加热，每一个加热装置220均具有一个独立的输入接口，从而使得不同的子加热区能够满足不同的预定温度区间，另外，每一个独立的加热装置220均对应有一个独立的温控模式，使得其相应的一个加热装置220能够获得独立的控制。在本实施例中，加热装置220的温度控制模式为：位于子加热区200上部的加热装置220在其对应的炉膛103的顶部设置有温度传感器，当该炉膛103顶部的温度高于其预定的温度区间时，相应的加热装置220停止加热，当该炉膛103顶部的温度低于其预定的温度区间时，相应的加热装置220重新启动加热；位于子加热区200下部的加热装置220在其对应的炉膛103的底部设置有温度传感器，当该炉膛103底部的温度高于其预定的温度区间时，相应的加热装置220停止加热，当该炉膛103底部的温度低于其预定的温度区间时，相应的加热装置220重新启动加热。在同一个子加热区200的上下两个部分分别设置能够单独控制的加热装置220有助于促进炉膛103内温度的均匀分布，保证加热装置220对其相应子加热区200内炉膛103的精准控制。
本实施例中的加热装置220采用加热电阻对炉膛103进行加热，各个子加热区200的工作温度大致在100-300℃。在一些实施例中，处理小尺寸的电路板时，例如电路板尺寸为200mm*300mm，加热装置220的电阻功率为3-5kW，此时无需对加热装置220进行额外的控制，仅采用自身的温控逻辑(即，炉膛103内相应位置的温度高于预定的温度区间时停止加热，低于预定的温度区间时重新启动加热)即可满足各个子加热区200的工作温度需求。当电路板的尺寸增大时，电路板的吸热量也随之大大提高，为了提升各个子加热区200对电路板的升温效率，本申请提高了加热装置220中加热电阻的电阻功率。例如，当电路板的尺寸增大时，例如增大至600mm*800mm的5G电路板，加热装置220的电阻功率提升至8-10kW，例如9.5kW。然而，加热电阻的功率提升后，较大的功率就会带来较大的升温惯性，仅仅依靠加热装置220原有的温控逻辑会导致炉膛103产生过热现象。也就是说，当温度传感器监测到炉膛103内的温度处于预定的温度区间的上限时，虽然加热装置220停止了相应子区域200的加热电阻对炉膛103进行加热，但是，由于停止加热前该加热电阻以较高的加热功率进行工作，此时即便立即停止加热，加热电阻的余热仍然会将炉膛103的温度带高，使得炉膛103温度超出相应子加热区200预定的加热区间。
为了适应大尺寸电路板的处理要求，对于采用大功率电阻加热装置220的回流焊炉100，本申请在回流焊炉100中增设了额外的启停装置300，启停装置300的设置使得回流焊炉100能够在加热区101的炉膛103出现过热情况之前就停止相应加热装置220对炉膛103的温控操作。因此，本申请的回流焊炉100在采用大功率电阻的条件下，炉膛103的控制温度也能够始终满足被加工的电路板对各个子加热区200的工作温度需求，避免炉膛103出现过热现象。
图3为图1中回流焊炉100的启停装置300对数个加热装置220的控制示意图。如图3所示，启停装置300与位置传感器213通信连接，从而启停装置300能够接收来自位置传感器213的信号。同时，启停装置300还与多个子加热区200内的加热装置220通信连接，由于同一子加热区200内的炉膛103温度同时由两个加热装置220进行控制，因此，启停装置300对安装在同一子加热区200内的两个加热装置220的控制是一致的。也就是说，启停装置300能够同时实现对两个第一加热装置221的启停控制。启停控制包括停止加热装置221运行和恢复加热装置221运行两种方式。当停止加热装置221运行时，加热装置221立即停止加热，不再按照加热装置221原有的温控逻辑进行工作，在一些实施例中，加热装置221所对应的温度传感器仍可以继续监测炉膛103内相应位置的温度，但是，即使此时炉膛103内的温度低于预定的温度区间，加热装置221也不会重新启动加热电阻进行加热；当恢复加热装置221运行时，加热装置221即开始按照原有的温控逻辑进行工作，此时若温度传感器监测到的相应炉膛103的温度低于其预定的温度区间，则加热电阻立即重启加热，若温度传感器监测到的相应炉膛103的温度高于其预定的温度区间，则加热电阻仍维持在停止状态，直至相应炉膛103的温度低于其预定的温度区间再重新启动加热状态。同样地，启停装置300也按照相同的控制逻辑分别对两个第二加热装置222、两个第三加热装置223、两个第四加热装置224、两个第五加热装置225、两个第六加热装置226、两个第七加热装置227、两个第八加热装置228、两个第九加热装置229、两个第十加热装置230、两个第十一加热装置231和两个第十二加热装置232进行启停控制。
图4为图3中启停装置300的内部结构示意图。如图4所示，启停装置300包括处理器401、输入接口402、输出接口403以及存储器404。输入接口402用于接收来自位置传感器213的信号，输出接口用于向第一加热装置221至第十二加热装置232发出控制信号，存储器404用于存储启停装置300的控制程序以及启停装置300所接收到的信号，处理器401能够处理输入接口402所接收到的信号，并且响应于来自输入接口402的信号，运行存储在存储器404的控制程序。
图5A至5D示出了采用图3中启停装置300停止加热装置221的运行的实施例。如图5A所示，放置在输送装置104(图5A至5D未示出)上的电路板501恰好进入加热区101，在电路板501的头部恰好进入加热区101的入口时，位置传感器213监测到电路板501即向启停装置300的输入接口402发送计时信号，处理器401接收到计时信号后就开始计时。与此同时，电路板501随着输送装置104进入第一加热区201。当累积时间t到达t1时，启停装置300的输出接口403即向第一加热装置221发送停止信号，停止第一加热装置221的运行。此时，第一加热装置221的加热电阻停止工作，不再按照第一加热装置221原有的温控逻辑进行工作。如图5B所示，在本实施例中，累积时间t到达t1时，电路板501的末端恰好进入第一加热区201的入口，整个电路板501完全进入了回流焊炉100，在t1的时间内，电路板传输了其自身长度L的距离，也就是说，t1＝L/v。当累积时间t达到t1+Δt2时，启停装置300的输出接口403即向第二加热装置222发送停止信号，停止第二加热装置222的运行。此时，第二加热装置222的加热电阻停止工作，不再按照第二加热装置222原有的温控逻辑进行工作。如图5C所示，在本实施例中，累积时间t到达t1+Δt2时，电路板501的末端恰好进入第二加热区202的入口，在Δt2的时间内，电路板传输了第一子加热区201延伸长度H的距离，也就是说，Δt2＝H/v。当累积时间t达到t1+2*Δt2时，启停装置300的输出接口403即刻向第三加热装置223发送停止信号，停止第三加热装置223的运行。此时，第三加热装置223的加热电阻停止工作，不再按照第三加热装置223原有的温控逻辑进行工作。如图5D所示，在本实施例中，累积时间t到达t1+2*Δt2时，电路板501的末端恰好进入第三加热区203的入口，在2*Δt2的时间内，电路板传输了第一子加热区201和第一子加热区202延伸长度的距离。以此类推，当累积时间t达到t1+(N-1)*Δt2时，启停装置300的输出接口403即向第N加热装置220发送停止信号，停止第N加热装置220的运行。此时，第N加热装置220的加热电阻停止工作，不再按照第N加热装置220原有的温控逻辑进行工作。启停装置300控制加热装置220停止运行的时间间隔可以根据电路板的尺寸来确定，因为大尺寸电路板的吸收热量较大，小尺寸电路板的吸收热量较小，不同尺寸的电路板对于热量的需求是不同的。本申请回流焊炉100采用的启停为装置300能够适用于大小不同尺寸的电路板的焊接加工。为了匹配不同尺寸电路板的吸收热量，在其他实施例中，启停装置300也可以采用其他的时间间隔模式自第一加热装置221至第十二加热装置依次控制其停止运行，即可以将控制第N加热装置220停止运行的累积时间t＝t1+(N-1)*Δt2中的t1和Δt2设定为其他合适的值。
图6A至6B示出了采用图3中启停装置300恢复运行加热装置221的实施例。如图6A所示，处理器401累积计时，当累积时间t到达t1+Δt3时，启停装置300的输出接口403向第一加热装置221发送重新启动的信号，以恢复第一加热装置221的运行。此时，第一加热装置221按照其原有的温控逻辑进行工作。如图6A所示，在本实施例中，累积时间t到达t1+Δt3时，电路板501的末端恰好进入第三加热区203的入口。由于电路板在累积时间t为t1时，其末端恰好进入第一加热区201的入口，因此，在Δt3的时间内，电路板传输了两个子加热区201延伸长度2H的距离，也就是说，Δt3＝2H/v。当累积时间t达到t1+2*Δt3时，启停装置300的输出接口403向第二加热装置222发送重新启动的信号，以恢复第二加热装置222的运行。此时，第二加热装置222按照其原有的温控逻辑进行工作。如图6B所示，在本实施例中，累积时间t到达t1+2*Δt3时，电路板501的末端恰好进入第五加热区205的入口，在2*Δt3的时间内，电路板传输了四个子加热区200延伸长度4H的距离。以此类推，当累积时间t达到t1+N*Δt3时，启停装置300的输出接口403向第N加热装置220发送重新启动的信号，以恢复对第N加热装置220的运行。此时，第N加热装置220按照其原有的温控逻辑进行工作。启停装置300控制加热装置220重新启动的时间间隔可以根据电路板的尺寸来确定，在其他实施例中，启停装置300也可以采用其他的时间间隔模式自第一加热装置221至第十二加热装置依次控制其重新开始运行，例如，将第N加热装置220重新启动的时间间隔t1+N*Δt3中的Δt3设置为Δt3＝m*H/v，其中1≤m＜N。在一些实施例中，启停装置300将Δt3设置为始终大于Δt2，从而保证对加热装置220恢复运行的时刻始终晚于对该加热装置220停止运行的时刻。
本发明的一个技术效果是：在焊接吸收热量较大(面积较大)的电路板时，需要采用功率较大的加热装置，但是问题在于：由于功率较大，所以加热的升温惯性较大，将各个子加热区的温度控制在其预设的温度区间是不容易的。本申请是根据加热板在炉膛中走的吸热情况和速度，用时间启停的方法阻碍炉膛内出现过热的情况，保证大尺寸的电路板的正常焊接加工。
本发明的另一个技术效果是适用于加工处理吸收热量不同的电路板，对于吸收热量较大的电路板(面积较大)和吸收热量较小(面积较小)的电路板都能适用。具体地说，本发明的回流焊炉选择功率较大的发热量足以对吸收热量较大的电路板进行加热。所以本发明回流焊炉采用的加热装置的选择功率适合于用于吸热量较大，所以说，从热量的角度说适用于大尺寸的电路板；而且在焊接大尺寸的电路板时，按照第一种时间间隔对加热装置启停，使得炉膛温度不超出预定的温度范围；在焊接小板子时，按照第二种时间间隔对加热装置启停，也使得炉膛不超过工作温度范围。所以，本发明的启停方案能够合适地控制其加热惯性，同时适用于大尺寸电路板和小尺寸电路板的加工。因为其控制不是通过温度传感器的比较，而是通过时间的间隔来控制加热器，所以这种控制方法结构简单，控制可靠。

Claims (10)

1.一种回流焊炉，用于处理电路板(501)，其特征在于，所述回流焊炉(100)包括：
加热区(101)，所述加热区(101)包含数个子加热区(200)，所述数个子加热区(200)沿着所述回流焊炉(100)的长度方向依次排列；
数个加热装置(220)，所述数个加热装置(220)被设置在所述数个子加热区(200)中相对应的子加热区(200)中，所述数个加热装置(220)中的每一个被配置为使得其相对应的子加热区(200)的工作温度处于一个预定的温度区间；
启停装置(300)，所述启停装置(300)用于启停所述数个加热装置(220)，所述启停装置(300)被配置为：在电路板顺序地经过所述数个子加热区(200)的过程中，所述启停装置(300)按照预定的时间间隔来启停所述数个加热装置(220)，使得所述数个子加热区(200)中的每一个子加热区的工作温度处于其相应的一个预定的温度区间。
2.根据权利要求1所述的回流焊炉，其特征在于，所述启停装置(300)按照预定的时间间隔和预定的顺序启停所述数个加热装置(200)。
3.根据权利要求2所述的回流焊炉，其特征在于，所述回流焊炉(100)适用于焊接不同尺寸大小和不同焊接热量的电路板。
4.根据权利要求1所述的回流焊炉，其特征在于：
所述回流焊炉(100)包括位置传感器(213)，所述位置传感器(213)位于所述加热区(101)的入口位置；
位于所述加热区(101)入口位置处的子加热区为第一子加热区(201)，自所述加热区(101)入口位置排列的第N个子加热区为第N子加热区，所述启停装置(300)被配置为：当所述位置传感器(213)监测到电路板进入所述加热区(101)时开始计时，待累积时间t到达t1时，所述启停装置(300)停止位于所述第一子加热区(201)中加热装置(220)的运行；待累积时间t到达t1+(N-1)·Δt2时，所述启停装置(300)停止位于所述第N子加热区中加热装置(220)的运行，其中，N为大于1的自然数。
5.根据权利要求4所述的回流焊炉，其特征在于：
电路板在所述加热区(101)内的行进速度为v，所述每一个子加热区沿所述回流焊炉(100)长度方向上延伸的长度均为H，所述Δt2＝H/v。
6.根据权利要求4所述的回流焊炉，其特征在于：
所述启停装置(300)还被配置为：待累积时间t到达t1+Δt3时，所述启停装置(300)恢复位于所述第一子加热区(201)中加热装置(220)的运行；待累积时间t到达t1+N·Δt3时，所述启停装置(300)恢复位于所述第N子加热区(201)中加热装置(220)的运行。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的回流焊炉，其特征在于：
电路板在所述加热区(101)内的行进速度为v，每一个所述子加热区(200)沿所述回流焊炉(100)长度方向上延伸的长度均为H，所述Δt3＝m*H/v，其中1≤m＜N。
8.根据权利要求7所述的回流焊炉，其特征在于：
电路板沿所述回流焊炉(100)长度方向延伸的长度为L，所述t1＝L/v。
9.根据权利要求6所述的回流焊炉，其特征在于：
其中Δt3的数值大于Δt2的数值。
10.根据权利要求8所述的回流焊炉，其特征在于：
其中所述电路板延伸的长度L大于所述子加热区(200)延伸的长度H。
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