一种利用液氮冷却的回流焊接系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种回流焊接系统，该系统包括：内部充满氮气呈密封状态的试验箱；工作转盘，该工作转盘设置在所述试验箱内，由转轴和转盘构成，所述转盘固定在转轴上，连同转轴一起转动，用于放置待焊接的电子元器件和焊料；包括电源、电热元件和相应风扇的电加热装置；以及包括自增压液氮罐、液氮分配器、低温阀和相应风扇的液氮冷却装置。通过本实用新型专利技术的回流焊接系统，可以利用氮气作为保护气体来进行电加热，同时利用液氮实现冷却，由此实现在少氧的环境下均匀地进行焊料加热、焊料冷却以及一次性大批量焊接等方面的技术效果。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及焊接领域，更具体地，涉及ー种回流焊接系统。
技术介绍
目前，大中型的焊接印刷基板的回流炉一般由升温区、保温区、焊接区和冷却区组成，小型回流焊接炉则采用ー个腔内实现加热和冷却。焊接过程中，焊料膏从熔融到凝固，由此形成ー个成品电子线路。作为回流焊炉的加热机构，现有技术通常采用红外线加热器和热鼓风加热器。红外加热器大多采用石英管进行红外加热。这种加热方法的温度控制较为困难。热风加热方式则具有热传递效率高，加热能力优异的特点。作为回流焊炉的冷却方式，现有技术普遍则采用风扇冷却。采用风冷效果相对较 差，而且冷却速度慢，如果需要快速冷却则达不到要求。在无铅焊接エ艺中，为了使焊点达到更高的強度，需要将完全熔融回流后的无铅焊接进行急速冷却，这就需要一种新的冷却方式。而目前采用的技术方案向回流炉内通入空气，空气经回流炉的加热区加热后形成热空气，热空气被风扇吹向焊料再进行熔融回流。待焊料完全熔融回流后，再向回流炉中通入冷空气，同时关闭回流炉加热区的加热装置，冷空气通过加热区吹向完全熔融的无铅焊料。这种方案的缺点在于，在冷却熔融回流的焊料时，只是将加热区的发热芯关闭，但发热芯还有余热，冷空气经发热芯后温度会升高，所以冷空气不能迅速地达到冷却温度的标准。为了減少高温氧化，人们在焊接过程中越来越多采用惰性气体或者真空进行保护。真空下进行回流焊接，则要求回流焊炉具有较好的密封性能，还要增加抽真空的设备。而惰性气体比较昂贵，采用惰性气体作保护气体，则会增加焊接的成本。此外，回流焊炉对炉内的加热状况和温度均匀性有一定的要求。如果加热时，加热区的温度上下波动，则印刷电路板不能被均匀地加热，部分性地导致过热和加热不足，从而使电子元件遭受热损伤以及焊膏不熔化。故在回流焊接炉的工作区域形成温度均匀的加热或者冷却区域，显得非常有必要。
技术实现思路
本技术的目的在于提供ー种利用氮气作为保护气体来进行电加热、同时利用液氮实现冷却的回流焊接系统，由此实现在少氧的环境下能够均匀地进行焊料加热、焊料冷却以及一次性大批量焊接等方面的技术效果。按照本技术的ー个方面，提供了ー种回流焊接系统，该系统包括内部充满氮气呈密封状态的试验箱；工作转盘，该工作转盘设置在所述试验箱内，由转轴和转盘构成，所述转盘固定在转轴上，连同转轴一起转动，用于放置待焊接的电子元器件和焊料； 电加热装置，该电加热装置包括电源、与此电源构成回路并设置在所述工作转盘ー侧的电热元件，以及设置在电热元件附近用于将加热后的氮气吹向工作转盘区域的风扇；液氮冷却装置，该液氮冷却装置包括用于存贮液氮的自增压液氮罐、与自增压液氮罐连通并设置在所述工作转盘另外ー侧的液氮分配器、用于控制自增压液氮罐与液氮分配器之间的连通或断开的低温阀，以及设置在液氮分配器附近用于将液氮蒸汽与试验箱内气体进行搅动混合的风扇。按照本技术所构思的以上技术方案，针对现有技术中回流焊接炉大多是依靠辐射加热进行焊接，其加热的利用效率偏低很难达到较大区域的温度均匀并且在焊接过程中利用风扇冷却无法达到急冷的技术缺陷，通过采用电加热氮气并利用风扇产生对流、同时利用液氮冷却的方式及其配套结构，可以在少氧的环境下实现回流焊接，井能达到很好的较大区域的温度均匀性，同时能实现快速冷却。此外，电热元件发热后，采用风扇把热氮气吹向工作转盘区域使工作区域温度升高，由于有氮气吹在电热元件上，电热元件不会产生局部的高温，因此可以保证加热元件即 便在在500°C以上的温度，氮气也不会发生高温化学反应。通过采用氮气来冷却，能够快速降温并且降温速度可控。液氮从液氮分配器中的液氮喷ロ喷出之后，蒸发吸热以制冷工作转盘区域。液氮蒸发产生冷能后，还能够充当试验箱内的氮气气氛，促使旧氮气从放空阀排走，故还可以增强氮气的“新陈代谢”。采用风扇扰动液氮蒸汽，这样可以防止液氮喷出后产生局部过冷。作为进ー步优选地，所述工作转盘包括多个转盘，这些转盘固定地安装在所述转轴的不同高度位置上，转盘的盘面各自具有多个开孔结构。由于工作转盘包括多个处于不同高度位置上的转盘，可以大大增加焊接的区域，同时一次性进行大批量的生产。此外，由于各个转盘在其盘面上具有多个开孔结构，由此能够加快气流的经过，对加热和冷却过程都产生良好的影响。作为进ー步优选地，所述电热元件是电阻加热丝或电热管，所述设置在电热元件附近用于将加热后的氮气吹向工作转盘区域的风扇由耐热材料制成。本技术在増加液氮冷却功能的同吋，对加热器要求不高，因此可以采用电阻加热丝或电热管来进行加热，相应低成本且高效率地实现电加热过程，而风扇由耐热材料制成能够保证长时间的生产周期而不会在高温下损坏或变形。作为进ー步优选地，所述的液氮分配器可以呈平面螺旋管结构，并在其管壁上开有多个孔状喷ロ。经过研究和实践证明，液氮分配器设置为这种平面螺旋管结构并在其管壁上开有多个孔状喷ロ，主要有两方面的好处。一方面这种结构与风扇旋流结构相吻合，另ー方面可以形成一个大范围的液氮喷出区域。螺旋管之间具有错落有致的间隙，有利于风扇运转时气流和液氮蒸汽的混和。作为进ー步优选地，所述液氮分配器可以呈上下对称且相互连通的蛇形管结构，并在其管壁上开有多个孔状喷ロ。经过研究和实践证明，液氮分配器设置为这种上下对称且相互连通的蛇形管结构并在其管壁上开有多个孔状喷ロ，这样就把分配器的液氮入口和液氮出口放置到了同一端，有便于安装的作用。同吋，此液氮分配器也能形成一个大范围的液氮喷出区域，并提高喷出效率，有利于对焊料的冷却过程。作为进ー步优选地，上述回流焊接系统还包括温度控制装置，所述温度控制装置由测温元件、加热温度控制装置和冷却温度控制装置共同組成。所述加热温度控制装置包括根据测温元件所测得的温度来确定是否继续加热的加热温控器，和根据所述加热温控器所发出的指令来连通或断开电热元件所在回路的继电器；所述冷却温度控制装置包括根据测温元件所测得的温度来确定是否继续输送液氮执行冷却的冷却温控器，和根据该冷却温控器所发出的指令来连通或断开液氮的从所述低温阀至液氮分配器之间输送的低温电磁阀。通过采用測量装置及相应的温度控制装置，可以更准确、有效地实现对回流焊接过程中加热及冷却的控制，同时提高焊接的效率和成品质量。作为进ー步优选地，所述试验箱还包括放空阀，该放空阀在试验箱内氮气压强过高时起降低气压的作用。通过在试验箱上配置放空阀，可以防止氮气在加热或冷却过程中压强越来越高而导致对焊接过程产生不利影响。附图说明图I是按照本技术的回流焊接系统的主要功能组件的平面图；图2是按照本技术的电加热装置的结构示意图；图3是按照本技术的液氮冷却装置的结构示意图；图4a是按照本技术一个优选实施例的液氮分配器的结构示意图；图4b是按照本技术另ー优选实施例的液氮分配器的结构示意图；图5是按照本技术的具有多个转盘的工作转盘的立体结构图；图6是利用本技术的回流焊接系统所对应的回流焊曲线图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或部件，其中I风扇2电热元件3工作转盘4液氮分配器5风扇6液氮喷ロ 7试验箱8低温阀9低温电磁阀10冷却温控器11自增压液氮罐12测温元件13放空阀14继电器15直流电源16加热温控器17转轴18转盘具体实施方式为了使本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种回流焊接系统，该系统包括 内部充满氮气呈密封状态的试验箱； 工作转盘，该工作转盘设置在所述试验箱内，由转轴和转盘构成，所述转盘固定在转轴上，连同转轴一起转动，用于放置待焊接的电子元器件和焊料； 电加热装置，该电加热装置包括电源、与此电源构成回路并设置在所述工作转盘ー侧的电热元件，以及设置在电热元件附近用于将加热后的氮气吹向工作转盘区域的风扇； 液氮冷却装置，该液氮冷却装置包括用于存贮液氮的自增压液氮罐、与自增压液氮罐连通并设置在所述工作转盘另外ー侧的液氮分配器、用于控制自增压液氮罐与液氮分配器之间的连通或断开的低温阀，以及设置在液氮分配器附近用于将液氮蒸汽与试验箱内气体进行搅动混合的风扇。2.如权利要求I所述的回流焊接系统，其特征在于，所述工作转盘包括多个转盘，这些转盘固定地安装在所述转轴的不同高度位置上，转盘的盘面各自具有多个开孔结构。3.如权利要求I或2所述的回流焊接系统，其特征在于，所述电热元件是电阻加热丝或者电热管，所述设置在电热元件附近用于将加热后的氮气吹向工作转盘区域的风扇由耐热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，桂许龙，罗小兵，周洋，陈明祥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：