一种用于波峰焊接设备的惰性气体加热装置的制作方法

本发明涉及到一种用于波峰焊接设备的惰性气体加热装置。

背景技术：

波峰焊接技术是一种重要的电子组装技术，将熔融状态下的焊料，在焊料槽液面形成特定形状的焊料波，插装了电子元器件的印刷电路板经一定角度和深度穿过焊料波峰，使得电子元器件通过通孔露出的引脚浸入焊料波峰，焊料因毛细效应爬入通孔而实现电子元器件的焊接。

在波峰焊接过程中，待焊接处理的工件，如印刷电路板在由焊料槽产生的至少一个焊料波上通过，随着波峰焊接工艺中的波搅动，焊料的氧化会加剧，焊料的氧化不仅产生大量溶渣，而且会产生更多的焊接缺陷以及降低焊点的可靠性。在焊料槽上方一般设置惰性气体氛围，覆盖在焊料表面，隔绝空气，从而减少或防止焊料的氧化。美国专利us5044542（1989）描述了一种气体保护波峰焊，波峰焊是在惰性气体的环境中进行的，惰性气体可以是单纯惰性气体或混合有少量除去氧气的还原气体的惰性气体。但是在焊接设备工作期间总会出现焊料飞溅以及助焊剂挥发，它们会黏在纳米多孔管上并造成惰性气体出气口堵塞。

由于气体保护波峰焊接区域的温度通常是250-270℃，并且需要大量的惰性气体隔绝空气；如果惰性气体不经过预热，会影响焊接区域的温度稳定性，进而导致焊接效果不良。美国专利us4606493（1984）公开了一种在惰性气体氛围中焊接印刷电路板的方法和装置，通过缝隙设有若干股与印刷电路板底面碰溅的高速喷入的惰性气体，惰性气体喷流的温度被设定为焊料槽中熔融焊料温度的2倍（超过600℃），可以防止焊接时由于所产生的热而使电路接头（通常是铜）氧化而减少在电路板内发生热应力的缺陷。美国专利us5520320（1994）公开了一种有惰性气体气氛注入波峰焊接机的波峰焊接工艺，通过控制输入气体的温度提高从环境气氛到印刷电路板热传递的热效率以改善焊接点的质量。波峰焊接机进入焊料槽的区域尤其是印刷电路板周围的气氛应保持层流状态且其温度应控制在20℃到250℃（最好是80℃到200℃）之间以提高焊接点的质量。美国专利us5769305（1996）公开了一种波峰焊设备，其中经由穿过焊料浴的惰性气体供给管线将惰性气体供应到波峰焊接区域。惰性气体供给管线设置成从上方穿过罩盖并穿过焊料浴来到气体分配单元。惰性气体供给管线连接到特别是在罩盖下方的气体分配单元。然而，浸渍在焊料浴中的惰性气体供给管线的长度不足以在惰性气体通过浸渍在焊料与中的惰性气体供给管线时显著升高惰性气体的温度。中国发明专利授权公告号cn201020583y（2007）公开了一种氮气保护钎焊炉间歇炉用预热净化装置，将用于向钎焊区输送氮气的氮气管道置于预热净化装置的墙壁内，在加热层与保温层之间，利用氮气保护钎焊炉门与预热净化装置腔体的间隙，使得钎焊区溢出的氮气进入预热净化区。美国专利us8,403,200b2（2010）公开了一种用于供应惰性气体以便保护波峰焊接设备中的焊料浴的表面免予氧化的方法，其中惰性气体从上方穿过罩盖被供应到浸渍在罩盖下方的焊料浴中的热交换器，被热交换器加热，并经罩盖被供应回顶部并且到达波峰焊接设备。惰性气体实际上处于焊料浴的温度下并由此防止焊料在波峰焊接设备内的分配装置上固化和待焊接的零件在两个波峰之间冷却。防止了飞溅的焊料在惰性气体分配系统的构件上固化。利用焊料槽中的焊料和惰性气体管路进行热交换来加热惰性气体，会使焊料的温度降低，特别是当焊料槽容积不大的时候，焊料降温可能会超过15℃，这样会严重影响后续波峰焊接的效果。另外，受焊料槽温度的影响，热交换后惰性气体的温度很难超过220℃。此外惰性气体的热交换管道常年浸渍在焊料中会被腐蚀，一旦热交换管破损，惰性气体泄露将会导致焊料飞溅。

技术实现要素：

本发明的一个目的是为了解决波峰焊接用的惰性气体的加热问题，特别是提供一种惰性气体加热装置，该装置可以简单精准地将波峰焊接用的保护气加热到所需要的温度。

本发明采用的技术方案是采用一种用于波峰焊接设备的惰性气体加热装置，包含外壳，保温材料，导热体，螺旋形惰性气体管路，加热元件，温度控制系统，其中加热元件包含加热棒和电热丝，螺旋形惰性气体管路的进气口和出气口分别位于外壳上，进气口和出气口通过管道与外部气路相连，螺旋形惰性气体管路外包裹导热体，导热体外部为保温材料，保温材料外部是外壳，温度控制系统与加热元件相连，温度控制系统包括两只温度探测器和加热控制装置，加热控制装置与温度探测器和加热元件相连，控制加热元件的开关。

优选地，所述加热棒位于螺旋形惰性气体管路卷绕内部的中轴线位置，所述电热丝缠绕在导热体外部。

优选地，所述导热体外部设有外螺纹状的凹槽，电热丝缠绕在导热体外部的凹槽内，凹槽间距为5-100mm。

优选地，所述螺旋形惰性气体管路的螺距为螺旋形惰性气体管路管径的0.01-10倍。

优选地，所述保温材料选自硅酸钛、氧化硅、氧化铝、氧化钛多孔复合材料中的一种或几种的复合物。

优选地，所述保温材料为硅酸钛（ti2si2o5）。

优选地，所述硅酸钛保温材料的孔径小于70nm。

优选地，所述惰性气体出气口管路连接波峰焊接设备的惰性气体保护装置的进口，惰性气体进气口连接惰性气体气源。

优选地，所述温度探测器设置在惰性气体出气口管路上和导热体内。

优选地，所述温度探测器可以是热电偶、热电阻或液涨式温度开关的温度探针。

优选地，所述导热体也可以是cu、al以及其它导热性能良好的材料，该材料包括铜合金或其他合金。

优选地，所述导热体与螺旋形惰性气体管路浇铸在一起。

优选地，所述惰性气体是氮气或其他波峰焊接用的保护气。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明安装简便，可在现有氮气保护波峰焊炉上直接改造安装，各种大小的波峰焊炉都可以适用。

2、本发明操作简便，加热范围较大，加热装置出口处的惰性气体温度最高可达600℃，且温度可调节的范围较大，从100℃到600℃。且在加热装置的惰性气体出气口测量的气体温度在设定加热温度的正负2℃内波动。

3、本发明可方便且精准地调节加热装置出口处的惰性气体温度，以便更好地调节波峰焊过程中惰性气体温度这个参数。

4、本发明不需将惰性气体管路浸渍在焊料槽中，检修方便。

附图说明

图1为惰性气体加热装置的正面剖视图。

图2为图1中导热体外电热丝的缠绕示意图。

其中：1-外壳；2-保温材料；3-导热体；4-螺旋形惰性气体管路；5-加热棒；6-电热丝；7-惰性气体管路进气口；8-惰性气体管路出气口；9-温度探测器；10-温度探测器；11-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种用于波峰焊的惰性气体加热装置，包含外壳1，保温材料2，导热体3，螺旋形惰性气体管路4，加热棒5和电热丝6，温度控制系统。其中螺旋形惰性气体管路的进气口7和出气口8分别位于外壳上，进气口通过快插与氮气气源相连，出气口通过卡套与波峰焊充氮设备连通。螺旋形惰性气体管路的管径为8mm，螺距约为0.1倍管径，螺旋形惰性气体管路卷绕内部的直径约为3cm。加热棒5功率为5000w，长度约为30cm，位于螺旋管卷绕内部的中轴线位置，加热棒的直径与螺旋形惰性气体管路卷绕内部的直径基本一致。螺旋形惰性气体管路外包裹铸铜导热体3，螺旋形惰性气体管路与铸铜导热体浇铸在一起。电热丝6功率为2000w，缠绕在导热体外部的预先加工好的外螺纹状凹槽内，凹槽间距为30mm。导热体3外部为保温材料2，由于电热丝6固定在导热体3外部的凹槽11内（如图2所示），可以减少电热丝的移动并使铸铜导热体外表面与保温材料更好地贴合，同时还可以增加导热体与电热丝的热交换面积。保温材料2外部是外壳1，保温材料是硅酸钛ti2si2o5微孔隔热材料，孔径在40nm左右，具有常温下比静止空气还低的导热系数，即使导热体温度超过600℃，外壳仍不至于过热。温度控制系统包括两只温度探测器9、10，和加热控制装置，两只温度探测器分别测量导热体的温度和惰性气体管路出气口处气体的温度，加热控制装置为控制继电器，与温度探测器相连与加热棒5和电热丝6相连，控制加热元件的开关。温度控制系统可以设定加热温度，通过加热元件加热导热体，螺旋形氮气管路被位于螺旋管卷绕内部的加热棒及其卷绕外部的铸铜导热体充分加热，惰性气体加热装置的螺旋形惰性气体管路出气口处的氮气温度被温度探测器监控，铸铜导热体的温度也被监控，可根据氮气出气口的氮气温度，通过加热控制装置对加热元件进行开关控制。

本发明在波峰焊接过程中的一种使用方式：

首先使用氮气置换加热装置气路中的气体，关闭气源之后开始操作。

温度控制系统设定加热温度为400℃，打开加热控制装置，开启加热元件，通入氮气，其中氮气的温度为室温，气源出口处氮气压力为4atm，氮气在标准状态下的流速为6nm³/h。约10min后读取氮气出气口管路上的氮气温度探测器，显示为398℃-402℃。同时测量波峰焊焊料槽氮气保护装置中的氮气气氛内的温度，最高温度可达280℃-350℃，取决于加热装置到波峰焊装置的氮气管路长短，以及是否包有保温材料等因素。该温度和焊料槽热交换生产的热惰性气体的最高温度220℃相比要高很多。

温度控制系统设定加热温度为600℃，打开加热控制装置，开启加热元件，约15-20min后读取氮气出气口管路上的氮气温度探测器，显示为598℃-602℃。同时测量氮气惰性气体氛内的温度，最高温度可达330℃-500℃。本发明中用于波峰焊的惰性气体加热装置可以精准地调节和控制惰性气体的温度，以便寻找和确认对于波峰焊最佳的惰性气体温度参数。与传统的和焊料槽热交换生产的氮气惰性气体加热方式相比，本发明无须将氮气管路浸入波焊槽，可以防止氮气管路的腐蚀，以及对焊料温度的影响。

若导热体为al材质，最高加热温度约达400℃，使用其它导热体，最高加热温度根据导热体成分不同而不同。波峰焊接需要的氮气保护气温度约在300℃左右，比焊料槽的温度略高，可根据氮气保护气要加热的温度选择适合的导热体。

流经螺旋形惰性气体管路的氮气流速一般控制在4-8nm³/h，惰性气体加热装置内的螺旋气体管路总长度可以由传热基本方程推算，q=ka△tm，主要参数q为热负荷，k为传热系数(总热阻倒数)，a为换热面积，△tm为对数平均温差(对数平均推动力)，管路总长度取决于气体种类和流速，管路内径，管壁厚度，导热体材质，加热温度等参数。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可理解的其他实施方式。以上是本发明得较佳实施例，但本发明创造并不限于所述实施例，本领域的技术人员根据本发明技术实质所作的种种等同变型或替换，均包含在本申请权利要求所限定的范围内，例如螺旋形惰性气体管路可以是圆形螺旋，也可以是方形螺旋或其他形状的螺旋，导热体的形状可以是圆柱体，长方体或其它形状。