用于冷却被焊接的印制电路板的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于在焊接系统的冷却区中冷却被焊接的印制电路板模块的方法，其中：至少一种包括不活泼气体的冷却气体被引入冷却区中；印制电路板被从焊接系统的焊接区连续地传送到冷却区中；冷却气体使用液态冷却气体产生。根据本发明的方法和根据本发明的装置(1)有利地允许在焊接加工后高效地冷却印制电路板模块。从冷却区(15)中被抽出之后，冷却气体可以有利地被用于惰化焊接系统(2)。
【专利说明】用于冷却被焊接的印制电路板的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在焊接系统的冷却区中冷却被焊接的印制/印刷电路板模块的方法和装置，其中气体被用于冷却被焊接的印制电路板模块。优选地在回流焊接系统和/或波动焊接系统中使用根据本发明的方法和根据本发明的装置。
【背景技术】
[0002]用于焊接印制电路板模块的焊接系统通常具有预热区、焊接区和冷却区。在预热区中，要被焊接的部件被加热至刚刚低于焊料的熔化温度的温度，在焊接区中，该温度升高至或高于焊料的熔化温度。在冷却区中冷却被焊接的印制电路板模块。通常，印制电路板模块连续地传送经过各个区。
[0003]在冷却区中，通常使用基于机械冷却和依靠冷却剂的冷量传输的冷却系统。这种冷却系统(其例如使用冷却水工作)运行起来很耗能且不是非常有效，并因此具有高成本。特别地，考虑到对于环境带来的额外的负担，缺乏能量效率也是不利的。
【发明内容】
[0004]在此基础上，本发明的一个目的是提供一种用于冷却被焊接的印制电路板模块的方法和装置，通过所述方法和装置，从已有技术中已知的缺点至少部分地得到克服。
[0005]这些目的是通过独立权利要求实现的。各从属权利要求与有利的改进相关。
[0006]有利的改进也通过在说明书或附图中公开的特征提供，它们可以以任何技术上适当的方式相互结合和与权利要求中的特征结合。
[0007]根据本发明的用于在焊接系统的冷却区中冷却被焊接的印制电路板模块的方法，至少一种包括不活泼气体的冷却气体被引入冷却区中，其中印制电路板被从焊接系统的焊接区连续地传送到冷却区，其中使用液态冷却气体产生冷却气体。
[0008]由液态冷却气体产生冷却气体的意思是，例如，液态冷却气体例如在热交换器或散热装置(heat sink)中(部分地)蒸发，或在混合器中蒸发，或被引入焊接系统的冷却区中。特别地，冷却气体完全以液相被引入，尽管也可以引入液相和气相的混合物。因此，特别地，冷却气体在被引入之前没有完全蒸发。在本发明的上下文中，焊接系统的冷却区包括被分配给冷却区的所有部件以及由所述部件界定的气态冷却气氛，印制电路板模块通过所述气态冷却气氛。冷却区也包围热交换器，其中液态冷却气体在该热交换器中(部分地)被蒸发。该热交换器可以被用于冷却冷却区中的冷却气氛——或者通过直接与冷却区热接触、或者通过或在循环流动中或在将冷却气氛引入冷却区之前向冷却气氛提供冷量。由于液态不活泼气体的使用，可以至少部分地使用该液态不活泼气体的蒸发焓来冷却印制电路板模块。这样，由于蒸发液态冷却气体不需要消耗额外的能量，因此提供了一种有效的方法。以这种方式，低效的机械冷却系统可以被显著地改进或代替。印制电路板模块的连续的传送应理解成如下方式:所述模块被从焊接区(也用峰区(peak zone)表示)连续地传送到冷却区，优选地也从预热区传送到焊接区，且特别地使用经过所有这些区域的单个传送器或使用多个传送器，所述多个传送器以保证所述模块的连续传送的方式相连接。传送器可以以不同的速度被驱动。多个传送器并行布置是可能的。因此，各区域包括多个用于印制电路板的并行的传送路径。
[0009]印制电路板模块从焊接区到冷却区(以及从预热区到焊接区)的连续传送的概念只有在这些区域没有被分隔壁和/或门分开和/或隔开的情况下才是可能的。因此，这些区域共享一共同的空间。为了在各区域中具有不同的气氛(这在有时是需要的)，有必要针对不同区域中的这些气氛引入气体，以保证局部不同的或所需要的气氛。这可以通过提供例如屏蔽物/隔板形式的气体导向装置来实现，所述气体导向装置不包括对于焊接设备的多个区域的气密分隔。
[0010]在根据本发明的方法的一可选择的实施例中，提出了 一种用于在焊接系统的冷却区中通过包含至少一种不活泼气体的冷却气体来冷却被焊接的印制电路板模块的方法，其中通过在静态混合器中混合气态和液态的不活泼气体产生冷却气体，其中混合器下游的冷却气体的温度被监测并被用作要被引入混合器中的液态不活泼气体的量的控制变量。该可选择的实施例可以与本发明如上所述的任何有利的实施例结合，所述实施例在本文中被公开，并且也特别适合于将所述模块连续地传送通过所述区域。
[0011]由于在焊接加工中经常使用不活泼气体用于惰化焊接系统，因此，可以有利地将废气/用过的气体一即，完成冷却作用后的冷却气体一作为不活泼气体被引入到焊接系统中，并在那里被用于惰化焊接系统中的气氛。为此，冷却气体从冷却区被引导至例如预热区、焊接区和/或冷凝器单元中，所述冷凝器单元用于冷凝在焊接加工中的工艺气体和/或排气中的不期望有的物质。通常，附加地或可选择地优选使用热交换器的排出气体，其中诸如液态氮的液态冷却气体至少部分在该热交换器中被蒸发以用于其它目的、特别是上述目的。此外，可以设有用于储存完全蒸发的冷却气体的缓冲容积，从而为其它加工过程(诸如波动焊接或可选择的焊接加工)提供不活泼气体。在其它可能需要较高压力水平的加工过程的情况下，在该加工过程之前可以附加一压缩泵来实现压力的增加。
[0012]通过改进或避免使用冷却剂的机械冷却系统，可以实现系统的更环境友好的运行。可以将上述系统与基于水的冷却系统结合，以通过使用冷却水来冷却冷却区。这里，液态冷却气体和特别地其蒸发焓可以被用于冷却各热交换器中的冷却水。在用冷气体冷却来改进传统的冷却系统的情况下，可以实现节能，并且新系统的尺寸可以更小。当代替机械冷却系统时，除了在系统的运行方面100%节能之外，也避免了当前必须进行处理的、对环境有害的冷却剂，例如氨或碳氢化合物。避免了对机械冷却系统的相对复杂的定期维修/维护操作，由于涉及冷却剂，因此所述操作当前经常只能由专业公司完成。
[0013]在本发明的一变型中，冷却气体通过混合气态和液态不活泼气体得到。
[0014]这意味着可以使用一种可以可选地含有液态不活泼气体成分的冷气体作为冷却气体，以冷却印制电路板模块。通过混合液态和气态不活泼气体，液态不活泼气体的蒸发焓或混合后的冷气体的比热容可以部分地被用于冷却印制电路板模块。通过方便地混合液态不活泼气体和气态不活泼气体，也可以达到冷却气体的预定温度。
[0015]根据本方法的一有利的变型，冷却气体被弓I入冷却区的冷却气氛中。
[0016]冷却气体优选地以能预先确定的温度被引入冷却气氛，并围绕被焊接的印制电路板模块流动。因为首先在焊接区的紧下游仍然处于相对较高的温度，通过将不活泼气体作为冷却气体，冷却区的冷却气氛同时被惰化，并且防止了在仍然热的刚焊接好的印制电路板模块上、特别是在焊料区域中发生氧化反应。此外，可以避免合金化效应和促进金属间相的不受干扰的增长。通过根据本发明的方法，可以实现对于印制电路板模块的最大可能的冷却一例如通过设定被焊接部件的最大可能的温度梯度。以这种方式，总的来说，可以进行更有效的冷却，并且与使用冷却剂的机械冷却的情况相比，冷却区可以被做得更短。进一步避免了合金化效应，并且通过减小粒度而在焊料位置发生结构加固。与从已有技术已知的方法相比，通过根据本发明的方法增加了焊料位置的微硬度。
[0017]特别地，可以在传送器上方和/或下方为冷却气氛提供足够量的液态冷却气体。优选地使用诸如液态氮的液态冷却气体的压力来引入冷却气体，和/或使用气体作为输送介质来输送冷却气体。输送介质可以特别地是在液态冷却气体(诸如液态氮)的蒸发过程中使用的热交换器的排出气体。冷却气体可以直接被供给到所要冷却的印制电路板上。可选择地或附加地，冷却气体可以作为喷雾被供入冷却气氛中——优选地在整个冷却区中。此外，直接注入的诸如氮的冷却气体的量对于焊接区前面的加工过程提供了附加的惰化效果O
[0018]根据本方法的另一变型，冷却气体传送经过配设给冷却区的散热装置。该散热装置特别地与冷却区的冷却气氛进行直接的热交换。
[0019]本文的上下文中的术语“散热装置”也包括热交换器。这同样允许有效的冷却并且具有下述优点，即，特别是在已经带有散热装置的遗留/现存系统的情况下——诸如水的冷却剂此前流经所述散热装置——可以可选地使用这些系统/散热装置并且可以使冷却气体流经所述系统/散热装置。使用耐低温的热交换器是特别有利的。此外，散热装置具有大体上均匀的温度。由于冷却剂不是直接应用在印制电路板模块上，因此不会出现不期望的温度梯度，并实现了对印制电路板模块的均匀冷却。这里同样地，可以有利地使用相应的废气作为在焊接系统例如在冷却区、预热区、焊接区中和/或在冷凝器单元中的不活泼气体，其中所述冷凝器单元用于冷凝焊接加工的工艺气体和/或排气中的不期望有的物质。
[0020]优选地，被散热装置冷却的冷却气氛在冷却区中循环。从而在冷却区中实现均匀的温度分布。在本文中，特别是可以将散热装置布置在流动通道中，所述流动通道与紧邻印制电路板模块的冷却气氛形成一回路。在这种情况下，热量被传递到流动通道中的冷却气体，冷却气氛被均匀地冷却。特别优选地，在这种情况下，首先使用传统的冷却系统进行冷却，随后通过被供以液态冷却气体的散热装置进行冷却。
[0021]此外，直接在散热装置上方和/或下方传送印制电路板模块也是优选的。散热装置因此被布置在紧邻印制电路板模块处，从而该区域中的温度可以局部变化，这尤其在期望的温度变化的情况下是有利的。由于散热装置具有热惰性，因此可以容易地调节能预先设定的温度。
[0022]对流经散热装置的冷却气体的量的控制是通过将至少一个下述参数作为控制变量实现的:
[0023]-温度，
[0024]-压力，
[0025]-体积流率。
[0026]控制变量的另一选择是例如在预热区和/或焊接区中的残余氧的水平、例如最低水平一如果在这些区域中的至少一个区域中将冷却气体用作不活泼气体。此外，如果使用由液态氮产生的氮作为冷却气体，则该氮可以被用于降低例如预热区、焊接区和/或冷却区中的气氛中的含水量，因为液态氮中的含水量是微乎其微的/可以忽略。因此，在焊接加工过程中经常出现的冷凝问题可以被减少或解决。
[0027]根据一有利的实施例，控制至少一个下述元件:至少一个配设给冷却区的特定区域的风扇，和至少一个用于冷却被供给到冷却区的冷却气氛的散热装置，从而为冷却区中的冷却气氛提供预定的温度梯度。
[0028]对风扇的控制可以通过控制风扇的转动频率实现。对散热装置的控制可以通过调节流经散热装置的热交换介质的质量流量和/或经过散热装置的冷却气氛的质量流量实现。各风扇和/或各散热装置可以单独控制是特别优选的。当使用至少两个散热装置或热交换器时，通常可以使用热交换介质(例如氮)的排出物作为相继布置的散热装置中的交换介质。
[0029]根据本方法的一有利的变型，在至少一个下述流动路径之后:
[0030]-在流经冷却区之后，和
[0031]-在流经至少一个散热装置之后，
[0032]冷却气体作为不活泼气体被供入至少一个下述区域中:
[0033]-焊接区，其中在印制电路板模块上进行焊接加工；和
[0034]-预热区，其中印制电路板模块在到达焊接区之前被预热。
[0035]附加地或可选择地，可以在流经冷却区之后和/或在流经至少一个散热装置之后使用冷却气体驱动冷凝器单元，所述冷凝器单元用于冷凝在焊接加工中的工艺气体和/或排气中的不期望有的物质。
[0036]因此，冷却过程的废气可以被用于惰化焊接区和/或预热区和/或用于驱动用来清洁焊接加工的工艺气体和/或排气的冷凝单元。通常，预热区、焊接区和冷却区以适合的尺寸被相互分隔开，从而防止气体从一个区域流向另一个区域。这例如是通过将适当的区域气氛输送到各区域中而实现的，因此所述区域还可以分别包括子区域。结果，对各区域或子区域也可以实现热分隔。可选择地或附加地，可以形成适当的隔热装置/耐热装置以将所述区域或子区域相互分隔开，例如是相应的屏蔽物/隔板。
[0037]根据一有利的变型，在这种情况下，在流经冷却区之后和/或在流经散热装置之后，可以将不活泼气体加热到可预先确定的高温。
[0038]这可以使用电加热器或通过从加热介质的热传递实现。以这种方式，不活泼气体可以被用于加热预热区和/或焊接区，或可以有助于维持该区域中的温度。特别地，可以通过加热到相应的预定温度来调节预热区和/或焊接区中的温度。
[0039]根据本方法的另一变型，液态和气态不活泼气体的混合在静态混合器中进行。
[0040]静态混合器有利地允许有效地将液态和气态不活泼气体混合以形成冷却气体，而不需要更多的可动部分。通常，例如，诸如氮的液态不活泼气体以例如12巴的相对高压储存在罐中，从而可以使用该压力将液态形式的不活泼气体输送到混合器中和增强混合过程。
[0041]根据本方法的一有利的变型，冷却气体的温度在混合器的下游被监测，并被用作所要添加的液态不活泼气体的物量分数的控制变量。[0042]借助下列数值一即，通过混合相应的液态和气态不活泼气体所产生的冷却气体中的液态不活泼气体的物量或质量分数——可以设定和调节冷却气体的温度。已经发现，该控制变量可以被简单地且可靠地用于相应的控制回路中。
[0043]根据本方法的另一有利的变型，至少一个下述温度:
[0044]-冷却气氛中的温度；
[0045]-在散热装置中蒸发和从散热装置中出现的冷却气体的温度；
[0046]-在被输送到冷却区期间的冷却气体的温度；和
[0047]-在被输送到散热装置期间的冷却气体的温度，
[0048]被用作至少一个下述参量的控制变量:
[0049]-要输送到冷却区中的冷却气体的体积流率；
[0050]-进入散热装置中的冷却气体的体积流率；
[0051]-当混合冷却气体时所要添加的液态不活泼气体的物量分数；和
[0052]-当混合冷却气体时所要添加的气态不活泼气体的物量分数。
[0053]因此可以直接将冷却区中的温度设定为控制变量，以调节流入冷却区的冷却气体的相应的体积流率或进入散热装置的冷却气体的体积流率。因此可以直接调节温度，这允许在离开焊接区后最大效率地冷却印制电路板模块。
[0054]这种控制机制可以独立于印制电路板模块的传送类型实现。这意味着，该控制机制可以与用于在焊接系统的冷却区中通过至少一种包括不活泼气体的冷却气体来冷却被焊接的印制电路板模块的方法相结合——其中液态冷却气体被引入冷却区中。权利要求书和说明书的有利实施例的特征通常也可以与本方法相结合，公开了本发明的有利实施例。
[0055]根据本发明的方法的一有利的变型，印制电路板模块所被冷却到的温度通过改变至少一个下述参数进行调节:
[0056]-流经散热装置的冷却气体的体积流率，
[0057]-印制电路板模块被传送经过散热装置的速度，
[0058]-冷却气氛在冷却区中循环的速度。
[0059]冷却气氛循环的速度可以例如通过改变至少一个风扇的转动频率来改变，其中冷却气氛通过该风扇在冷却区中循环和/或被供入冷却区中。可选择地或附加地，可以相应地控制至少一个散热装置或热交换器。通过这些措施可以在冷却区中创造出预定的温度梯度。
[0060]根据本方法的另一变型，至少一种下述气体被用作不活泼气体:
[0061]-氮；
[0062]-氩；
[0063]-氦；和
[0064]- 二氧化碳。
[0065]特别地，使用氮被证明是有利的，因为可以得到高纯度的氮且对于本方法的使用者而言是经济的。此外，使用氮是环境友好的，并且其已经在焊接加工过程中作为不活泼气体而被常规地使用，因此在这里可以可选地进行双重利用，从而例如就能量损耗、加工成本而言其加工效率进一步提高。此外，特别是当从液态蒸发时，氮的低含水量可以被用于提供干燥气氛——例如当使用氮在预热区和/或焊接区中提供和维持不活泼气氛时。氦导致较好的热传递，因此允许特别有效的冷却。
[0066]本发明的另一方面提供了一种用于冷却被焊接的印制电路板模块的装置，包括液态冷却气体源、焊接系统，该焊接系统具有用于焊接印制电路板模块的焊接区、冷却区和冷却气体管线，所述液态冷却气体源和冷却区通过冷却气体管线连接在一起，在冷却气体管线中未布置有用于向冷却气体管线中供给热量的热源，从而能向冷却区中引入来自液态冷却气体源的液态冷却气体，所述装置还包括至少一个用于将印制电路板模块连续地传送通过焊接区和冷却区的传送装置。
[0067]在本发明的上下文中，“热源”应理解成是指，向在冷却气体管线中输送的冷却气体提供热量的装置。其特别地指加热丝或类似的电操作装置和/或环境气氛。在本发明的上下文中，将具有较高温度的冷却气体供入液态冷却气体中同样不被认为是热源。冷却气体管线被配置成使得至少一些冷却气体一优选地所有冷却气体一以液态到达冷却区。因此，特别地，有必要在液态冷却气体源和冷却区之间形成冷却气体管线。在这种情况下，是否在液态冷却气体源和冷却区之间的另一管线中形成热源是不重要的。
[0068]所述装置优选地包括用于混合气态和液态不活泼气体的混合器，该混合器包括用于提供气态不活泼气体的气体连接件、用于提供液态不活泼气体的液态连接件、和可以连接到冷却区的冷却气体出口。
[0069]特别地，这种装置可以优选地被用于实施根据本发明的方法和适配成使用根据本发明的方法。在这种情况下，冷却气体出口可流体连接到冷却区的气体入口和/或可流体连接到散热装置的入口是有利的。
[0070]所述装置的一变型还包括:
[0071]-用于向混合器定量供给液态不活泼气体的液态气体阀；
[0072]-用于向混合器定量供给提供气态不活泼气体的气体阀；
[0073]-控制单元，该控制单元适合且适配成实施根据本发明的方法，其连接到液态气体阀和气体阀，从而至少所述液态气体阀和气体阀的致动可以通过该控制单元实现。
[0074]根据另一变型，在冷却气体出口形成有用于测量温度的温度传感器。
[0075]特别地，可以使用阻抗式传感器、例如钼基阻抗式传感器作为温度传感器。
[0076]根据本装置的另一变型，形成有至少一个连接到冷却气体管线的散热装置。该散热装置是焊接系统的一部分，且形成在其中的冷却区中。
[0077]优选地，所述至少一个散热装置被布置在冷却区中的至少一个下述位置上:
[0078]-在传送装置上方，
[0079]-在传送装置下方，
[0080]-在冷却区的冷却气氛的气体流动通道中，该冷却气氛能通过该流动通道循环，
[0081]-在外部或内部的工艺水冷却器中。
[0082]根据本装置的另一变型，混合器是静态混合器。
[0083]已经发现用静态混合器混合液态不活泼气体和气态不活泼气体是特别有利的。
[0084]此外，优选地为根据本发明的装置中的用于引导液态或气态冷却气体的管线中的至少一个、特别是全部的联接件/耦联件提供被气态冷却介质(优选氮)流经的壳体，以避免环境气氛中的水的冷凝和冻结，以及抑制水通过联接件/耦联件从环境气氛进入系统中的冷却气体中。可以使用相同的手段来保持热交换器干燥，或者用于设备的例如由于与环境气氛接触而可能发生冷凝的其它部分。
【专利附图】
【附图说明】
[0085]针对根据本发明的方法公开的细节和优点可以适用和应用于根据本发明的装置，反之亦然。下面将借助附图更详细地说明本发明，但本发明不应被限制于其中所示的细节和示例性实施例。示例性地和示意性地示出了:
[0086]图1:示出用于冷却印制电路板模块的装置的第一示例；
[0087]图2:示出用于冷却印制电路板模块的装置的第二示例；
[0088]图3:示出用于冷却印制电路板模块的装置的第三示例；
[0089]图4:示出用于冷却印制电路板模块的装置的第四示例；
[0090]图5:示出用于冷却印制电路板模块的装置的第五示例；
[0091]图6:示出用于冷却印制电路板模块的装置的细节；和
[0092]图7:示出焊接设备的一个示例。
【具体实施方式】
[0093]图1示出用于冷却印制电路板模块(未示出)的装置I的第一示例。装置I包括用于混合气态和液态不活泼气体(在本示例中是氮)的混合器2。然而，本文所公开的细节也可以容易地适用于其他不活泼气体。混合器2是静态混合器，包括用于供给气态不活泼气体的气体连接件3和用于供给液态不活泼气体的液体连接件4。在混合器2中，来自包含液氮的氮储存器5的液态氮与气态氮混合。可选择地或附加地，也可以从不同的源供给气态氮，例如相应的压缩气体容器，例如气罐，或现场的气体发生器。可选择地或附加的，可以用水浴式热交换器替代蒸发器6，或附加这种热交换器。因此，由于已有的基于机械水的冷却系统的被加热的水可以被诸如液氮的液态冷却气体的蒸发焓冷却，因此产生了附加的值。因此，水浴式热交换系统可以用作集中或分散系统。分散的意思是，系统作为焊接装置设备的一部分。集中的意思是，来自中央的气体储存罐。尽管这里产生的气体可以用于惰化。在以确定温度使用确定冷却气体的过程的情况下，该气体流可以由水浴式热交换器产生。
[0094]氮储存器5连接到混合器2的液体连接件4，蒸发器6连接到混合器2的气体连接件3。混合器2还包括冷却气体出口 7，从液态和气态氮的混合得到的冷却气体通过所述出口 7离开混合器2。混合器2因此布置在冷却气体管线26中，冷却气体管线26将氮储存器流体连接到焊接系统12的冷却区15。
[0095]冷却气体的温度可以特别地通过液态和气态氮的物量之比被设定。取决于所设定的温度，冷却气体包含更多或更少比例/份额的液态氮。液态氮的量可以由液态气体阀8控制，气态氮的量可以由气体阀9控制。液态气体阀8和气体阀9经由数据线(在这里用虚线表示)连接到控制单元10，控制单元10适合且适配成实施根据本发明的方法。要供给的液态和/或气态不活泼气体的量在控制单元10中基于第一温度传感器11和/或第二温度传感器20的数据进行确定，液态气体阀8和气体阀9相应地由控制单元10以受控制的方式驱动，从而调整必要的体积流率。此外，控制单元10连接到两个冷却气体阀24，可以通过该方式控制冷却气体的流动。[0096]焊接系统12的控制器也可以是控制单元10的一部分。因此，特别地，当控制焊接系统12时可以设定焊接系统的各区的温度分布，该温度分布可以例如基于所要焊接的产品进行选择。为此，相应的数据线可以可选地在控制单元10和焊接系统12之间形成。
[0097]装置I还包括第一温度传感器11，通过第一温度传感器11可以确定冷却气体出口7处的温度。图1还示出了用于将电子元件焊接到印制电路板(所谓的印制电路板模块)上的焊接系统12。在本例中，印制电路板模块自左向右被传送通过焊接系统12——优选地在传送带(未示出)上。在该示例中，焊接系统12包括预热区13、焊接区14和冷却区15，在冷却区15中形成冷却气氛29。在预热区13中，印制电路板模块被预热，直至它们在焊接区14中达到或超过焊料的熔化温度并可以与焊料接触。在冷却区15中，带有焊料的印制电路板模块再被冷却。在该示例及以后的示例中，印制电路板模块优选地被连续传送通过预热区13、焊接区14和冷却区15。在目前，附图中所示的介于区域13、14、15之间的限制只是为了显示区域之间的边界，并不构成分隔壁。本发明可以适配和用于可供选择的焊接观念，例如波动焊接系统和其它焊接方法。
[0098]在操作中，由液态和气态不活泼气体(这里例如氮)构成的冷却气体在混合器2中产生。氮通过冷却气体出口7被从混合器2中输出。得到的冷却气体通过冷却气体供给管线16被引入冷却区15。液态不活泼气体可能在冷却区15中直到最后仍保持蒸发，从而得到的蒸发焓也可以被用于冷却印制电路板模块。过量的冷却气氛通过冷却区废气出口 17从冷却区15中被抽出，并经由不活泼气体供给管线18供给到预热区13和焊接区14中以用于惰化。在这种情况下，如果需要的话，不活泼气体可以由加热装置19加热。通过第二温度传感器20，冷却气体供给管线16或冷却区15中的冷却气体的温度可以可选择地被监测。第二温度传感器20同样经由数据线(用虚线表示)连接到控制单元10。废气通过预热区废气出口 21从预热区13以及可选地从焊接区14被排出。
[0099]在焊接系统12的冷却区15中使用冷却气体来冷却印制电路板模块是有利的，因为与使用冷却剂作为传热介质和使用相应的热交换器的间接冷却相比，由此可以实现更有效的冷却。因此，与传统的冷却相比，能以较大的温度梯度实现模块的最佳冷却。引入冷却区15的冷却气体的温度可以由混合器2中的液态和气态不活泼气体的物量之比进行设定和调节。特别地，通过相应的冷却到低温，也可以实现印制电路板模块或被焊接的电子元件在不发生损坏的情况下所能经受的最大可能的温度梯度，从而可以实现尽可能快的冷却。
[0100]图2示出装置I的第二示例，其中大部分与如图1中所示的第一示例相同。在这里只讨论与第一示例的区别；换句话说，参考对图1的描述。除了将冷却气体供给到冷却区15中外，在该示例中，一部分冷却气体被送到散热装置22。这也可以作为将冷却气体供入冷却区15的另一种替代方法来实现。散热装置22在传送装置下方形成，该传送装置是焊接系统12的传送带23，从而在操作过程中，印制电路板模块可以被传送经过散热装置22。传送带23经过预热区13、焊接区14和冷却区15，从而允许将印制电路板模块连续传送通过区域13、14、15。
[0101]以这种方式，在遗留/现存系统中可以实现冷却效率的显著提高一例如通过将已有散热装置22转化用于根据本发明的方法或仅需要通过小的改装。通过散热装置22冷却使得能够非常均匀地冷却印制电路板模块，从而在冷却过程中仅引起轻微程度的热应力。[0102]图3示出装置I的第三示例。与图1和2中的示例相比，这里没有形成可以可选地一起被用于多个焊接系统12——例如当相同的产品在多个焊接系统12中被焊接时——的中央混合器2 ;而是使用分散式混合器25，该混合器25直接形成在冷却区15中或非常接近冷却区15，且只用于一个焊接系统12及其冷却区15。分散式混合器25可以优选地包括风扇，该风扇保证冷却气体在冷却区15中的一定的流动。过量的冷却气氛通过冷却区废气出口 17从冷却区15中抽出，并经由不活泼气体供给管线18供给到预热区13和焊接区14以用于惰化。废气通过预热区废气出口 21从预热区13以及可选地从焊接区14被排出。
[0103]分散式混合器25包括气体连接件3和液态气体连接件4，气体连接件3和液态气体连接件4经由气体阀9和液态气体阀8连接到氮储存器5和蒸发器6。气态和液态不活泼气体的混合在混合器25中进行，冷却气体通过冷却气体出口 7被直接引入冷却区15。气体阀9和液态气体阀8经由数据线(这里用虚线表示)连接到控制单元10，该控制单元10适合且适配成实施上述方法。此外，控制单元10连接到第二温度传感器20，该第二温度传感器20确定从混合器25流入冷却区15的冷却气体的温度，并被用作要供给的液态氮的量、要供给的气态氮的量和/或要供入冷却区15的冷却气体的量的控制变量。
[0104]图4和图5示出装置I的另一示例，其中大部分与如图2中所示的第二示例相同。因此在这里只讨论与前述示例的区别；换句话说，参考对图1的描述。图4和图5的示例与前述示例的不同在于，装置I中未设有混合器25。相反，氮储存器5通过包括散热装置22的冷却气体管线26直接连接到冷却区15。装置I还包括流动通道28，冷却气氛29通过流动通道28循环，并且用于冷却所述冷却气氛的散热装置22布置在流动通道28中。流动通道28可以附加地或可选择地位于印制电路板的传送系统的下方。
[0105]在图4中所示的示例中，散热装置22和传统的散热装置30被布置在流动通道28中，流动通道28是冷却区15的一部分。散热装置22使用来自氮储存器5的液态冷却气体工作，并尽可能地使所有冷却气体以液态形式到达散热装置22。传统的散热装置30使用水工作。冷却气氛由风扇(未示出)循环通过流动通道28并越过传送装置27,印制电路板模块在传送装置27上被传送经过焊接系统12。在散热装置22中蒸发的冷却气体被供入预热区13和焊接区14以用于惰化。在这种情况下，对冷却气氛29的冷却在流动通道28中进行，从而在整个冷却区15中实现均匀的温度分布，利用了液态冷却气体中的所有蒸发焓。
[0106]除流动通道28中的散热装置22之外，图5中所示的装置I还分别在传送装置27的上方和下方包括散热装置22，它们直接连接到氮储存器5。在这些散热装置22中蒸发的冷却气体也被供入预热区13和焊接区14。以这种方式，紧邻印制电路板模块的冷却气氛29中的温度可以变化，并可能实现从印制电路板模块向冷却气体的有效的热传递。
[0107]图6示出一细节，其中热交换器31由壳体32包围，壳体32中具有干燥气氛33。通过该干燥气氛33避免了在热交换器31的冷点处发生水(例如来自环境大气)的冷凝。可以使用包围干燥气氛33的类似的壳体32来保护可能会发生冷凝的、用于连接管道35的管道连接件34，其中该管道35引导冷却气体36。干燥气体可以是由液态冷却气体蒸发产生的排出气体或冷却区15的排出气体。
[0108]图7示出焊接设备37的一示例。印制电路板(未示出)由传送器38连续传送通过焊接设备37，传送器38在传送方向39上移动印制电路板。印制电路板在传送方向39上通过多个预热区13、一焊接区14(也用峰区表示)和多个冷却区15。通过区域13、14、15的气流40如多个箭头所示，为了清晰起见，只有部分箭头示出附图标记。气流40的温度在焊接区14中最热。所述温度在整个预热区13中沿传送方向39增加，直至到达焊接区14，并在焊接区14的下游在冷却区15中降低。
[0109]各冷却区15包括一热交换器31和一风扇41。特别地，在冷却区15中，每个冷却区15中的各热交换器31和/或风扇41可以单独控制——例如通过控制风扇41的转动频率和/或例如热交换器31中的热交换介质的温度和/或质量流量。通过单独控制各冷却区15中的风扇41和/或热交换器31，可以在冷却区15中提供非常确定的冷却气氛，特别是在冷却区15中具有预定的温度梯度。
[0110]来自冷却区15、特别是来自热交换器31的排出气体通常是气体，优选地是干燥的诸如氮的不活泼气体，其可以在预热区13或焊接区14中被用于改善惰化条件。
[0111]在一特别的情况下，冷却区15的排出气体43可以被用于冷却至少一个预热区13中的气流14，以在预热区13中产生预定的温度分布。特别地，排出气体43可以被用于提供一区域，在该区域中，温度几乎保持恒定或以较小的温度梯度增加。特别地，如果在接近焊接区14的预热区13中使用所述方法——其中该预热区13中的温度接近焊接区14中的温度一则该区域可以被理解为放缓区42，温度在放缓区42中的增加放缓下来。由于显著的对流，这降低了气流40的流动速率，因此稳定了预热区中的气氛条件。如果使用液态氮作为冷却气体，则排出气体43包括气态氮，温度降低至氮的沸点温度附近。
[0112]根据本发明的方法和根据本发明的装置有利地允许在焊接加工过程后高效地冷却印制电路板模块。在从冷却区15中被抽出后，冷却气体可以有利地被用于惰化焊接系统12。
[0113]尽管本文全文都使用了术语“印制电路板”和“焊接”，但是对于该领域的技术人员应当清楚地是，参照本文所述的所有细节，本文讨论的方法可以被转用和适用于其它热加工过程和其它部件中。
[0114]附图标记列表
[0115]I用于冷却焊接的印制电路板模块的装置
[0116]2混合器
[0117]3气体连接件
[0118]4液体连接件
[0119]5氮储存器
[0120]6蒸发器
[0121]7冷却气体出口
[0122]8液态气体阀
[0123]9气体阀
[0124]10控制单元
[0125]11第一温度传感器
[0126]12焊接系统
[0127]13预热区
[0128]14焊接区
[0129]15冷却区[0130]16冷却气体供给管线
[0131]17冷却区废气出口
[0132]18不活泼气体供给管线
[0133]19加热装置
[0134]20第二温度传感器
[0135]21预热区废气出口
[0136]22 散热装置(heat sink)
[0137]23传送带
[0138]24冷却气体阀
[0139]25混合器
[0140]26冷却气体管线
[0141]27传送装置
[0142]28流动通道
[0143]29冷却气氛
[0144]30传统的散热装置31热交换器
[0145]32 壳体
[0146]33干燥气氛
[0147]34管道连接件
[0148]35 管道
[0149]36冷却气体
[0150]37焊接设备
[0151]38传送器
[0152]39传送方向
[0153]40 气流
[0154]41 风扇
[0155]42放缓区
[0156]43排出气体
【权利要求】
1.一种用于在焊接系统的冷却区中冷却被焊接的印制电路板模块的方法，其中:至少一种包括不活泼气体的冷却气体被引入冷却区中；印制电路板被从焊接系统的焊接区连续地传送到冷却区中；冷却气体使用液态冷却气体产生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，液态冷却气体被引入冷却区中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，冷却气体通过混合气态和液态不活泼气体而得到。
4.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，冷却气体被引入冷却区的冷却气氛中。
5.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，冷却气体以可预先确定的温度被引入。
6.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，冷却气体被传送经过配设给冷却区的散热装置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，被散热装置冷却的冷却气氛在冷却区中循环。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，印制电路板模块在散热装置的上方和/或下方被传送。
9.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，控制至少一个下述元件:至少一个配设给冷却区的特定区域 的风扇，和至少一个用于冷却被供给到冷却区的冷却气氛的散热装置，从而为冷却区中的冷却气氛提供预定的温度梯度。
10.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，在至少一个下述流动路径之后: -在流经冷却区之后，和 -在流经至少一个散热装置之后， 冷却气体作为不活泼气体被供入至少一个下述区域中: -焊接区，在该焊接区中，在印制电路板模块上进行焊接加工；和 -预热区，在该预热区中，印制电路板模块在到达焊接区之前被预热。
11.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，至少一个下述温度: -冷却气氛中的温度； -在散热装置中蒸发和从散热装置中出现的冷却气体的温度； -在被输送到冷却区期间的冷却气体的温度；和 -在被输送到散热装置期间的冷却气体的温度， 被用作至少一个下述参量的控制变量: -要输送到冷却区中的冷却气体的体积流率； -进入散热装置中的冷却气体的体积流率； -当混合冷却气体时所要添加的液态不活泼气体的物量分数；和 -当混合冷却气体时所要添加的气态不活泼气体的物量分数。
12.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，至少一种下述气体被用作不活泼气体: -氮；
_ IS ； -氦； 和-二氧化碳。
13.用于冷却被焊接的印制电路板模块的装置(I)，包括液态冷却气体源(5)和焊接系统(12)，该焊接系统(12)具有用于焊接印制电路板模块的焊接区(14)、冷却区(15)和冷却气体管线(26)，所述液态冷却气体源(5)和冷却区(15)通过冷却气体管线(26)流体连接在一起；在冷却气体管线(26)中未布置有用于向冷却气体管线(26)中供给热量的热源，从而能向冷却区(15)中引入来自液态冷却气体源(5)的液态冷却气体；所述装置⑴还包括至少一个用于将印制电路板模块连续地传送通过焊接区(14)和冷却区(15)的传送装置(23,27)。
14.根据权利要求12所述的装置(I)，包括在冷却气体管线中用于混合气态和液态不活泼气体的混合器(2、25)，该混合器包括用于提供气态不活泼气体的气体连接件(3)、用于提供液态不活泼气体的液体连接件(4)、和能被连接到冷却区(15)的冷却气体出口(7)。
15.根据权利要求14所述的装置(I)，还包括: -用于向混合器(2、25)定量供给液态不活泼气体的液态气体阀(8)； -用于向混合器(3、25)定量供给气态不活泼气体的气体阀(9);和 -控制单元(10)，该控制单元适合且适配成实施根据权利要求1至11中的一项所述的方法，其连接到液态气体阀(8)和气体阀(9)，从而至少所述液态气体阀(8)和气体阀(9)的致动能够通过控制单元(10)实现。
16.根据权利要求13至15中的一项所述的装置(I)，其中，形成有连接到冷却气体管线的至少一个散热装置(22)。
17.根据权利要求16所述的装置(I)，其中，所述至少一个散热装置(22)布置在冷却区中的至少一个下述位置上: -在传送装置(27)上方， -在传送装置(27)下方， -在冷却区(15)的冷却气氛(29)的气体流动通道(28)中，该冷却气氛(29)能通过该流动通道(28)循环。
【文档编号】B23K1/00GK103889631SQ201280051965
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月22日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】H·里贝特, P·里奇韦, A·卡斯特, L·科杜里尔 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司