一种热源系统的制作方法与工艺

本发明涉及电子器件的焊接和制造领域，更具体而言，涉及可以用于器件焊接的热源系统。

背景技术：
在电子器件的制造过程中，常常需要将各种元件焊接到预先排布好的电路板上，从而形成具有特定计算逻辑的板卡。随着电子器件所采用的PCB板(印刷电路板)的不断小型化，目前通常采用回流焊的方式来实现元件到电路板的焊接。在回流焊过程中，利用焊炉提供一个加热环境，使得预先分配到印刷板焊盘上的焊料重新熔化，从而实现元件焊端或引脚与印刷板焊盘之间的机械和电气连接。目前常采用的回流焊技术包括远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊等。在复杂的印刷电路板制程(PCBA)中，在同一电路板上可能存在多种不同类型的元件。在这些元件中，一部分元件，例如一些插座和连接器(诸如，高质量高密度连接器、混合型插座等)，具有较大的质量和较低的热敏感度，而另一部分元件，例如电容、LED等，具有较小的质量和较大的热敏感度。常常将后一种元件称为温度敏感型元件(TSC，temperaturesensitivecomponent)。典型地，TSC元件对温度的敏感性主要表现在以下两个方面。首先，TSC元件能够耐受的温度较低，因此具有较低的峰值温度限制；其次，TSC元件在焊料熔化状态能够持续的时间较短，表现在液相曲线上，就是能够经受的液相曲线以上的时间(TAL，timeaboveliquidus)比较短，因此具有较短的TAL时间限制。然而，由于大质量的元件和TSC元件位于同一电路板上，共同经受回流焊的加热过程，因此常常会有以下情况出现，即，大质量元件获得的热量和温度不足，而同时TSC元件却存在破坏温度和时间限制的风险。在目前常采用的无铅制程工艺中，焊料和元件镀层均不含铅，焊接所需要的熔点更高，TSC元件面临的破坏TSC限制的风险更高。例如，在一个具体例子中，在回流焊过程中同时加热高质量高密度连接器和铝电容(TSC元件)。高质量高密度连接器和铝电容的规格温度均为230℃到250℃之间。然而，经过共同的加热过程，连接器的实际峰值温度为232℃，接近规格温度的下限，而铝电容的实际峰值温度为248℃，接近规格温度的上限。此外，高质量高密度连接器的规格TAL时间为60到150s，铝电容的规格TAL时间为30到60s。然而，经过回流焊加热，针对连接器测得的实际TAL时间为70s，接近其规格时间的下限，而针对铝电容测得的实际TAL时间为140s，远远超出其TAL时间的上限60s。可以理解，对TSC热限制的破坏有可能导致TSC元件性能的劣化。为了解决这一问题，工业上对回流焊设备进行了优化，提供了热屏蔽工具从而在一定程度上分隔不同的元件。然而，这些设备对元件的热分隔效果并不理想。在一些极端情况下，现有技术只能用分开的工序来分别焊接大质量的元件和TSC元件，甚至在标准回流焊工序之后手动焊接TSC元件。因此，期望提出新的方案，能够在一次焊接工序中同时有效焊接不同类型的元件，从而提高焊接效率并保证不同元件的焊接质量。

技术实现要素：
鉴于以上提出的问题，提出本发明，旨在提供一种非均匀热源系统，以此解决现有技术中存在的至少一项不足。根据本发明的实施例，提供了一种热源系统，包括加热系统和热分配系统，所述加热系统包括气体提供单元和温度控制单元，所述气体提供单元用于提供流动气体；所述温度控制单元包含基板，所述基板上形成有多个通孔，以允许所述流动气体通过，针对所述多个通孔中的至少一部分设置有多个温度调节装置，所述多个温度调节装置中的至少一个相对于其他温度调节装置独立地调节通过对应通孔的流动气体的温度；所述热分配系统包括分隔装置，所述分隔装置将所述热分配系统划分为多个区域，使得通过所述多个通孔的流动气体分别在所述多个区域中到达有待加热的物体。本发明实施例所提供的热源系统能够根据需要提供非均匀加热。将这样的热源系统用于电子元件的焊接，可以使得板卡的不同区域获得不同程度的加热，从而能够在一次焊接工序中同时有效焊接不同类型的元件，提高焊接效率。附图说明图1示出根据本发明实施例的热源系统的示意性结构；图2示出根据本发明一个实施例的加热系统11的示意性结构；图3示出根据本发明一个实施例的温度控制单元112的结构示意图；图4示出根据本发明另一实施例的温度控制单元112的结构示意图；以及图5示出根据本发明一个实施例的热分配系统12的示意性结构图。具体实施方式以下结合附图和例子描述本发明的具体实施方式。但是应该理解，以下对具体实施例的描述仅仅是为了解释本发明的执行示例，而不对本发明的范围进行任何限定。图1示出根据本发明实施例的热源系统的示意性结构。如图1所示，根据实施例的热源系统10包括加热系统11和热分配系统12。加热系统11用于提供非均匀的加热气体，如图1中箭头所示。具体地，右侧较粗的箭头示出加热程度较高、温度较高的气体，左侧较细的箭头示出加热程度较低、温度较低的气体。相应地，热分配系统12用于使得不同温度的加热气体分别在不同区域131-133中到达有待加热的物体13。在图1的例子中，有待加热的物体是有待进行回流焊的PCB组装卡。如图1示例性地示出，PCB组装卡在131区域具有较小的元件，例如TSC元件，而在133区域具有质量较大的元件，例如各种连接器。通过加热系统11和热分配系统12，较大质量的元件在区域133中受到温度较高的气体(粗箭头所示)的加热，TSC元件在区域131中获得较低程度的加热。因此，PCB卡上的不同类型的元件能够通过热源系统10获得各自所需的非均匀的加热，从而实现高效的回流焊接。下面详细描述热源系统10提供非均匀加热的具体结构。图2示出根据本发明一个实施例的加热系统11的示意性结构。如图2所示，加热系统11包括气体提供单元111和温度控制单元112，其中气体提供单元111用于提供流动气体，温度控制单元112用于控制流动气体的温度，从而提供非均匀的加热。在一个实施例中，气体提供单元111包括气体源和风扇之类的鼓风设备。所提供的流动气体可以包括压缩空气、氮气等。在一些实施例中，为了避免焊接过程中的氧化，流动气体为性质稳定的惰性气体。在一个实施例中，气体提供单元111包括加热装置，例如金属加热丝、辐射源等，以提供具有一定温度的均匀的流动气体。在一种实施方式中，气体提供单元111中的鼓风设备和/或加热装置连接至计算机系统，通过该计算机系统进行鼓风/加热操作的控制。温度控制单元112的主体由基板113构成。基板113面向流动气体提供的方向。在材料的选择上，基板113应该具有一定的强度，并能够抵抗热应力可能导致的形变。在一个实施例中，基板113主要由合金钢材制成。在其他实施例中，也可以根据需要采用其他的材料，例如其他合金。在上述基板113上，形成有多个通孔114，以允许流动气体通过。针对这些通孔的至少一部分，设置有温度调节装置115。多个温度调节装置115中的至少一个相对于其他温度调节装置独立地调节通过对应通孔的流动气体的温度，从而使得流动气体在通过不同部分的通孔之后获得不同的温度。在一个实施例中，多个通孔114在基板上排列为阵列的形式。在其他实施例中，通孔也可以排布为其他形式，例如多个同心圆环。在一些实施方式中，通孔在基板上的排布为非均匀排布，也就是在不同区域具有不同密度。例如，在一个实施例中，在需要较高加热强度的区域，设置较高密度的通孔，在需要较低加热强度的区域，设置较低密度的通孔。在另一个实施例中，还可以根据需要设置非均匀的通孔大小。例如，在需要较高加热强度的区域，设置开口尺寸较大的通孔，在需要较低加热强度的区域，设置开口尺寸较小的通孔。如上所述，针对多个通孔114设置有多个温度调节装置115。在一个实施例中，每个通孔114都设置有一个温度调节装置115，以调节通过对应通孔的流动气体的温度。在另一实施例中，仅在部分通孔中设置有温度调节装置115。例如，在需要较高加热强度的区域中，为通孔设置升温设备作为温度调节装置115，使得通过这些通孔的气体获得进一步的加热和升温；而在需要较低加热强度的区域中，可以使得具有一定温度的流动气体直接通过通孔。或者，在气体提供单元111已经提供较高温度的流动气体的实施例中，在需要较高加热强度的区域中，使得流动气体直接通过通孔，而在需要较低加热强度的区域中，为通孔设置降温设备作为温度调节装置115，从而使得通过这些通孔的气体温度得到降低。因此，可以通过改变温度控制单元112中通孔的排布和尺寸，以及通孔中温度调节装置的设置来获得不同的温度分布，使得加热系统提供非均匀的加热。为了使得加热系统11能够提供不同的热分布同时无需改变其物理构造，在一个实施例中，多个通孔114在基板上均匀排布(例如排布为阵列)，针对每个通孔设置一个温度调节装置115；各个温度调节装置分别连接至计算机系统，从计算机系统获得对应的控制信号，并在所述控制信号的控制下彼此独立地进行温度的调节。由此，可以利用计算机系统改变控制信号的设置，从而使得各个温度调节装置在不同控制信号的控制下进行不同的温度调节。如此，不必改变温度控制单元112的物理构造，就可以使得加热系统11提供不同的热分布，从而适用于不同的待加热物体。除了使得每个温度调节装置彼此独立地获得信号进而独立地进行温度控制的实施例之外，在另一实施例中，还可以根据有待加热物体所需的加热粒度，选择性地将一部分温度调节装置的控制线路并联，使得这一部分温度调节装置共同获得统一的控制信号，统一地进行温度控制。然而，这一部分温度调节装置相对于其他的温度调节装置，仍然是通过各自的控制信号独立进行温度控制的。例如，在一个例子中，可以根据期望的加热分布，将基板划分为多个区域，相应地，温度调节装置也可被划分多个部分。期望在同一区域中通过通孔的气体温度相等。那么就可以使得一个区域所对应的温度调节装置并联在一起，共同一致地进行温度控制。然而，不同区域的温度调节装置之间彼此独立地获得控制信号，从而独立调节通过通孔的气体温度。此外，由于计算机系统对温度调节装置115的灵活控制，可以在加热过程中使得计算机系统的控制信号随时间而改变，如此，可以利用同一加热设备11实现不同的加热阶段，例如低温预热、高温加热、加热后冷却等等。以下结合附图详细描述不同实施方式下温度控制单元112的设置方式。图3示出根据本发明一个实施例的温度控制单元112的结构示意图。在图3的例子中，多个通孔114(以十字交叉示出)在基板上以阵列的方式均匀排布。每一通孔中设置有一个金属加热丝作为温度调节装置115。每一金属加热丝均连接至计算机系统(包括部分地并联)，从计算机系统获得对应的控制信号。控制信号可以定义金属加热丝两端的电压V。取决于获得的电压V，各个金属加热丝相应地对通过通孔的流动气体进行加热，使得从通孔流出的气体具有所需的温度。可以根据所需的加热效率设置金属加热丝，例如选择金属加热丝的材料、设置加热丝的参数，例如粗细、长度、绕线等。为了确定加热气体的温度，可以在各个通孔中设置温度传感器116，用于感测通过对应通孔的流动气体的温度。在一个实施例中，温度传感器116可以将感测的温度传送到上述计算机系统，为其提供有关加热效果的反馈。在一个具体例子中，通过热电偶构成温度传感器116。本领域技术人员可以理解，也可以利用其他形式的温度传感器来感测温度，并将感测结果以信号的形式传送给计算机系统。如上所述，不同通孔中的金属加热丝可以各自独立地对流动空气进行加热，因此临近的通孔可能具有不同温度。为了避免或减小不同温度的通孔之间的干扰，在一个实施例中，在通孔114的内壁布置隔热层117。在一个例子中，隔热层由多孔材料制成，例如泡沫材料、纤维材料等。在另一例子中，隔热层由热反射材料制成，例如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚合物等。在另一例子中，隔热层由真空绝热材料制成，利用材料的内部真空来阻隔对流，从而实现隔热。本领域技术人员可以根据需要采用以上列举的隔热材料的一种或多种来制成隔热层，或者采用其他的隔热方式，以防止通孔之间的热干扰。在一个实施例中，通孔114内壁还布置有加固层118，以使得通孔的形状更加坚固。在一个例子中，加固层主要由金属层制成。在存在加固层118的情况下，隔热层117可以设置在加固层118的外侧。可以理解，在图3示例的实施例中，利用金属加热丝作为温度调节装置对通过通孔的流动气体进行加热。然而可以理解，温度调节装置的例子并不局限于加热丝；本领域技术人员也可以为通孔设置其他的加热设备来升高流动气体的温度。例如，在一种实施方式中，可以在每个通孔中设置辐射源，通过热辐射来加热通过通孔的流动气体。这样的辐射源可以包括红外辐射源或远红外辐射源等。在这样的情况下，每个辐射源可以连接到计算机系统，从中获得控制信号。控制信号可以定义辐射源的辐射功率。由此，在控制信号的控制下，各个辐射源可以在不同功率下工作，将通过通孔的流动气体加热到不同温度。在阅读本发明书的情况下，本领域技术人员还可能采用其他加热设备作为温度调节装置，这些变体均应包含在本发明的范畴之内。在以上的实施方式中，温度控制单元112包括多个加热设备，这些加热设备中的一部分至少相对于其他部分独立地对气体提供单元111所提供的流动气体进行不同程度的加热，从而提供非均匀的加热气体。在另一种实施方式中，可以使得气体提供单元111提供高温气体，利用温度控制单元112对高温气体进行不同程度的冷却，从而提供不同温度的加热气体。图4示出根据本发明另一实施例的温度控制单元112的结构示意图。在该实施例中，气体提供单元111利用其内包括的加热装置提供高温流动气体。相应地，温度控制单元112包含阵列方式排布的多个通孔，针对每一通孔设置有一个冷却设备。在图4的例子中，冷却设备包括冷却流体、流体管道和循环泵，其中冷却流体在循环泵的驱动下在流体管道中循环流动。各个循环泵均连接至计算机系统，从计算机系统获得对应的控制信号。控制信号可以定义循环泵的功率。因此，各个循环泵可以独立地以不同功率进行操作，驱动冷却流体以不同的速率在流体管道中循环流动，从而以不同的效率对通过通孔的流动气体进行冷却，使得从通孔流出的气体具有所需的温度。可以根据所需的冷却效率对冷却流体和流体管道进行选择和设置。所采用的冷却流体可以包括水、油、水和气体的混合体等。本领域技术人员还可以根据需要采用其他的冷却流体。冷却流体在循环泵的驱动下以不同速率在流体管道中流动。根据冷却效率的需要，流体管道可以布置为多种形状，例如直线形、螺旋形、蛇形、折线形，以及这些形状的组合。在流体管道为直线形的情况下(如图4示例性地示出)，流体管道的主体可以设置为临近通孔平行布置。在流体管道整体为螺旋形的情况下，管道主体可以设置为围绕通孔。在其他形状的流体管道的情况下，可以用其他方式将流体管道设置在对应通孔的附近，使得管道中的冷却流体对通过通孔的高温气体进行冷却。尽管以上描述了由冷却流体、流体管道和循环泵构成的冷却设备，但是冷却设备的例子并不局限于此。本领域技术人员能够根据需要选择其他或更多种冷却设备，例如各种形式的风冷却器、水冷却器等等。与图3的实施例相类似地，图4实施例的温度控制单元112也可以选择性地在通孔中设置温度传感器116、隔热层117以及加固层118中的一项或多项。在此不再对这些部件进行重复描述。如以上结合实施例的描述，由于针对各个通孔设置了能够独立工作的加热设备或冷却设备作为温度调节装置，加热系统11能够提供具有不同温度的非均匀的加热气体。然而，由于气体的流动性，在通过通孔之后，不同温度的气体存在相互干扰的风险。因此，在本发明的实施例中，利用热分配系统12来将不同温度的气体分别导向待加热物体。图5示出根据本发明一个实施例的热分配系统12的示意性结构图，其中图5A示出热分配系统的俯视图，图5B示出热分配系统的立体图。如图所示，热分配系统12包含上表面121下表面122，在上下表面之间设置有分隔装置123。工作时，上表面121贴近加热系统11的基板的下表面(加热气体通过通孔流出的表面)，下表面122贴近有待加热的物体。分隔装置123将热分配系统的上下表面之间的空间划分为多个区域131-135，使得通过加热系统11中多个通孔的流动气体分别在所述多个区域中到达有待加热的物体。在一个实施例中，分隔装置123的设置对应于从加热系统11流出的加热气体的温度分布。也就是说，分隔装置123将温度相同或相近的通孔出口分隔到同一区域中，使得不同温度的流动气体在彼此分隔的不同区域中分别到达有待加热的物体。例如，区域133包含温度较高的流动气体，对应于待加热物体中需要高度加热的区域；区域131包含温度较低的流动气体，对应于待加热物体中需要较低程度加热的区域。为了进一步防止不同区域中流动气体之间的热干扰，在一个实施例中，分隔装置123包括隔热板，隔热板由隔热材料制成，例如多孔材料、热反射材料、真空绝热材料等。可以理解，图5所示的分隔装置123的设置和分隔出的区域131-135仅仅是一种示例。针对不同的待加热物体和所需的热分布，本领域技术人员能够改变分隔装置123的设置方式，以适用于不同的待加热物体。根据以上描述的实施例，加热系统11提供非均匀的加热气体，热分配系统12将不同温度的气体导向待加热物体的不同区域，从而图1的热源10能够实现对待加热物体的非均匀加热。回到图1的整体结构图。在图1的例子中，在有待加热的PCB组装卡的两侧各设置有一个热源系统10，以防止所述PCB组装卡由于两侧受热不均而出现翘曲变形。设置在两侧的两个热源系统10的每一个均可以按照以上描述的实施例及其变体来构造。两个热源系统10的构造方式可以相同或者不同。此外，在一些情况下，也可以针对待加热物体仅设置一个热源10系统。在一个实施例中，热源系统10还包括传送系统14，用于固定和传送有待加热的物体。在一个例子中，传送系统通过电动马达来驱动，并且该电动马达连接到以上提及的计算机系统。如此，可以通过计算机系统控制电动马达的操作，使得传送系统14在适当时机将有待加热的物体传送到加热系统11的适当位置(例如，对准热分配系统)，并将其固定预定时间以获得充分加热。尽管图1以PCB组装卡作为例子示出有待加热的物体，但是可以理解，本发明实施例的热源不仅仅适用于PCB组装卡和回流焊工艺。只要有待加热的物体在不同区域需要不同强度的加热，就可以采用本发明实施例的热源10来提供非均匀的加热气体，从而在一次加热过程中，使有待加热的物体的各个区域获得所需要的加热强度。应该理解，本文中所用的术语，仅仅是为了描述特定的实施例，而不意图限定本发明。本文中所用的单数形式的“一”和“该”，旨在也包括复数形式，除非上下文中明确地另行指出。还应了解，“包含”和“包括”在本说明书中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，以及/或者它们的组合。说明书中所给出的对本发明的描述其目的在于示意和描述，而非穷尽性的，也并非是要把本发明限定到所表述的形式。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不偏离本发明范围和精神的情况下，可以做出许多修改和变型。对实施例的选择和说明，是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，使所属技术领域的技术人员能够明了，本发明可以有适合所要的特定用途和应用的各种实施方式。上述的各种修改、变型和实施方式都应落在本发明范围之内。