一种采用接触式控温的自动真空回流焊接设备的制作方法

本实用新型涉及一种采用接触式控温的自动真空回流焊接设备，属于真空回流焊接技术领域。

背景技术：

在现代集成电路与电子技术快速发展的大环境下，半导体产品应用越来越广泛，随着对半导体产品质量精细化要求的提高，尤其是半导体金属封装器件及半导体陶瓷封装器件，传统的回流焊接工艺、焊接质量和空洞率已经不能满足半导体产品的质量要求。

目前传统的真空回流炉是利用发热箱中灯丝产生热风以及热风循环的方式对电路板进行加热，发热箱中由发热管加热箱体重的空气，再用风机将热空气输送到回流炉的炉腔内。为了使加热箱出风均匀，加热箱的出风口有一块金属整流板，整流板上有许多均布的小孔对热风进行导流。传送带上的电路板的焊接过程是指电路板在热风的作用下加热电路板上的锡膏，助焊剂促进锡膏融化，最后通过冷却风机的作用使电路板温度降低，锡膏固化，完成焊接过程。而热风加热这样的焊接方式，电路板的受热是从表面向内面传递加热，这样的方式使得电路板上的锡膏在加热过程中容易产生气泡，使用焊接出现虚焊假焊的现象，严重影响产品质量，据不完全统计，以气泡这种方式产生的不良产品占所有不良产品的50％左右。其次，由于热风传递热量的效率较低，特别是对于安装有工装夹具的软性电路板的吸热量是非常大的，低效率的加热方式直接导致电路板受热不足，出现局部温度偏高等现象，从而导致出现电路板变形等焊接不良现象，严重影响产品的质量；再次，整流板本身不发热，表面温度达不到助焊剂所需气化温度，使得助焊剂很容易粘附冷凝到整流板上，保养清洁相当困难。另一方面真空回流炉的腔室门结构复杂，重量在20kg以上，手动开启关闭的话，一般女操作工很难独立完成，更无法实现自动化集成。大部分真空回流炉的控温方式采用的是感温元件插入式控温与加热板一体化，加热板不方便拆卸和定制。

总之，现有的真空回流焊接设备存在以下几个问题：1.采用热风回流炉作为加热装置，存在加热速度慢、最高加热温度低、电路板受热不均使锡膏产生气泡导致虚焊假焊、电路板变形等焊接不良的问题；2.整流板表面温度较低，容易造成助焊剂粘附冷凝导致保养清洁困难；3.现有技术中的采用红外焊接技术，虽然有热源控制方便，但是存在感光点被遮蔽、元件和pcb质量的不同影响加热效果、温差较大等问题；4.腔盖螺纹长期使用容易造成二次污染，降低颗粒度，而且一般螺纹式门锁装置材料单薄，容易收到外界撞击变形而不能使用，耐久性差，另外，腔盖太重不方便女操作工进行作业；5.现有技术中控温方式采用加热板插入式，不方便进行拆卸。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种采用接触式控温的自动真空回流焊接设备，用以解决现有技术中的真空回流焊接设备存在的加热效率低、加热不均匀、加热温度低造成的产品焊接质量差，以及腔盖太重不方便操作的技术问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种采用接触式控温的自动真空回流焊接设备，包括加热室、与加热室组成密封腔的腔盖、安装在加热室内部的若干个红外辐射管、位于红外辐射管上方的加热板、接触式控温机构、与加热室连通的抽真空机构和冷却机构，所述腔盖一端铰接安装在加热室上，另一端通过自动开合钩锁装置与加热室可拆卸密封安装，所述加热室内设加热腔，所述加热腔内安装若干个红外辐射管，所述加热腔内安装用于放置加热板的承托机构，所述接触式控温机构包括主热电偶和移动热电偶，所述主热电偶安装在加热腔内且与加热板底部接触安装，所述移动热电偶安装在腔盖上且与加热板上表面接触安装，还包括pid加热控制器，所述主热电偶和移动热电偶均通过数据线与pid加热控制器电连接。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述移动热电偶采用直径0.5mm，长度300mm的铂铑丝，其铂铑丝末端为探测点。

进一步，所述红外辐射管的两端穿过加热室侧壁后通过灯管密封块进行固定，所述红外辐射管等间距设置。

进一步，所述腔盖采用无底面的立方体结构，所述腔盖上设置观察孔，所述观察孔上安装石英玻璃。

进一步，所述加热板底面与安装在加热室内部底面上的托架接触，所述加热室内部四个角设置用于承托加热板四个角的承托座，所述加热板的材质采用铝板、氮化硅板或石墨板，所述加热板表面涂有光学涂层。

进一步，所述加热室底部中心处设置抽真空出口，所述抽真空出口通过管路与抽真空机构连通。

进一步，所述冷却机构包括安装在加热室外部底面的水冷机构和与加热室的加热腔连通的气冷机构。

进一步，所述水冷机构包括安装在加热室外部底面的水冷板，所述水冷板设置冷水进口和温水出口。

进一步，所述气冷机构包括若干个安装在加热室侧壁上的冷却气体喷嘴，所述冷却气体喷嘴通过真空穿通密封件穿透安装在加热室侧壁上，所述冷却气体喷嘴与氮气储罐连通。

进一步，所述加热室侧壁还安装还原气体喷嘴，所述还原气体喷嘴通过真空穿通密封件穿透安装在加热室侧壁上，所述还原气体喷嘴与甲酸储罐连通。

进一步，所述腔盖后部两侧面安装上翻转连杆，所述加热室后部两侧面安装下翻转连杆，所述上翻转连杆和下翻转连杆通过转轴转动安装实现腔盖与加热室铰接安装。

进一步，所述自动开合钩锁装置包括气缸连杆、开盖气缸、两个安装在腔盖前侧面两端的上锁座、转动安装在加热室前侧面的第一联动轴和两个分别固定安装在第一联动轴两端的旋转环，所述气缸连杆一端与上翻转连杆的一端转动安装，气缸连杆的另一端与开盖气缸的气缸杆固定安装，所述开盖气缸的尾部铰接安装在气缸尾部支座上，所述气缸尾部支座和加热室均固定安装在安装底板的上表面上，所述上锁座底部设置u型开口，所述u型开口上安装转轴，所述旋转环的一端设置为勾状，另一端与锁紧气缸的气缸杆转动安装，所述安装底板的下表面还安装气缸尾部支座，所述锁紧气缸的尾部铰接安装在安装底板下表面的气缸尾部支座上。

进一步，所述锁紧气缸包括两个，两个锁紧气缸的气缸杆分别与两个旋转环的端部转动安装，两个旋转环之间转动安装第二联动轴。

进一步，所述自动开合钩锁装置还包括阻尼机构，所述阻尼机构包括张力弹簧，所述张力弹簧一端与与上翻转连杆的远离固定在腔盖的一端固定安装，张力弹簧的另一端可调节安装在安装底板上。

进一步，所述张力弹簧的端部通过吊环螺栓安装在l型的弹簧座上，所述弹簧座底部通过螺钉安装在安装底板上的长条孔内。

进一步，所述上翻转连杆和下翻转连杆之间还安装阻尼器。

进一步，还包括防护罩，所述防护罩采用l型钣金，所述防护罩上表面与加热室上表面齐平，所述防护罩底部固定在安装底板上，所述防护罩将除上锁座以外且位于安装底板上方的自动开合钩锁装置罩在内部，所述防护罩顶部还设置供上锁座的u型开口插入的矩形开口。

进一步，所述加热室上表面安装凸出的密封条，所述密封条采用o型密封圈。

进一步，所述加热室底部还安装安全温度传感器，对加热腔内的温度进行监测。

本实用新型的有益效果是：通过采用红外辐射管以及位于红外辐射管上方的加热板进行红外辐射非接触式加热，快速为加热室提供热能，加热速度快且加热温度高，通过采用主热电偶用于检测加热板表面的温度状态，通过设置移动热电偶用于检测被进行真空回流焊的元件或工装夹具的温度，通过使用pid加热控制器对主热电偶和移动热电偶采集的温度数据进行处理并反馈给红外辐射管，从而控制加热室内的加热板的各个区域升温速率箱体，提高加热均匀性和加热效率，进而保证产品的焊接质量；通过采用移动热电偶，便于对加热板上的工件进行温度检测，方便快捷，省时省力；通过采用等间距设置的红外辐射管，进一步提高加热的均匀性；通过设置腔盖的无底面立方体结构以及设置石英玻璃材质的观察孔，提高空间利用率以及便于观察焊接工况，省时省力，方便快捷；通过设置托架和承托座，便于放置加热板且能防止加热板变形，实现接触式控温，且加热板取放方便快捷，更换电热板时不用插拔热电偶，便于清洗维护，省时省力，通过设置铝板、氮化硅或石墨板材质的加热板以及光学涂层，有利于促使最高加热温度达到200℃/min，加热板的加热均匀性优于±1％；通过设置水冷机构和气冷机构，采用水冷板有利于对加热室底部的温度进行降温，采用喷入氮气对加热室加热腔内的加热板上的元件进行快速降温冷却，最高降温速率达到100℃/min，降温速度快从而提高焊接效率；通过设置甲酸进行还原，对因高温而产生氧化的元件进行还原，从而保证元件的焊接质量；通过设置自动开合钩锁装置，实现腔盖自动开启和关闭，解决了传统螺纹锁，更加省时省力，而且自动化有利于女操作工进行单独作业，降低了劳动强度，其中通过设置开盖气缸驱动腔盖进行旋转开合，通过设置锁紧气缸驱动旋转环旋转与腔盖上的上锁座进行扣合来实现腔盖与加热室的锁紧，通过设置张力弹簧控制腔盖的开合角度，通过设置阻尼器对腔盖打开的力度进行缓冲；通过设置防护罩对加热室周围的部件进行防护，防尘防水，延长设备的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图一；

图2为本实用新型的整体结构示意图二；

图3为本实用新型的主视图；

图4为本实用新型的右视图；

图5为本实用新型的左视图；

图6为本实用新型的俯视图；

图7为本实用新型打开腔盖的示意图；

图8为加热室结构示意图；

图9为加热室俯视结构示意图。

图中1.观察孔，2.腔盖，3.上翻转连杆，4.阻尼器，5.气缸连杆，6.下翻转连杆，7.开盖气缸，8.气缸尾部支座，9.旋转环，10.上锁座，11.加热室，12.第一联动轴，13.轴承座，14.张力弹簧，15.吊环螺栓，16.弹簧座，17.安装底板，18.锁紧气缸，19.第二联动轴，21灯管密封块，22.防护罩，23.加热板，24.密封条，25.加热室上表面，26.矩形开口，27.红外辐射管，28.主热电偶，29.承托座，30.冷却气体喷嘴，31.安全温度传感器，32.抽真空出口，33.托架，34.还原气体喷嘴。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

参见附图1-6，一种采用接触式控温的自动真空回流焊接设备，包括加热室11、与加热室11组成密封腔的腔盖2、安装在加热室11内部的若干个红外辐射管27、位于红外辐射管27上方的加热板23、接触式控温机构、与加热室11连通的抽真空机构和冷却机构，加热室11和腔盖2均采用石英玻璃材质，所述腔盖2一端铰接安装在加热室11上，另一端通过自动开合钩锁装置与加热室11可拆卸密封安装，用于隔绝内外部空气，保证加热室11内的真空状态不受影响；参见附图7-9，所述加热室11上表面安装凸出的密封条24，所述密封条24采用o型密封圈。所述加热室11内设加热腔，所述加热腔内安装若干个红外辐射管27，用于进行红外辐射非接触式加热提供热能，红外辐射管27每根功率为750-900w，数量为3-6个；所述加热腔内安装用于放置加热板23的承托机构，所述接触式控温机构包括主热电偶28和移动热电偶，所述主热电偶28安装在加热腔内且与加热板23底部接触安装，所述移动热电偶安装在腔盖2上且与加热板23上表面接触安装，还包括pid(比例-微分-积分)加热控制器，所述主热电偶28和移动热电偶均通过数据线与pid加热控制器电连接,通过采用红外辐射管27以及位于红外辐射管27上方的加热板23进行红外辐射非接触式加热，快速为加热室11提供热能，加热速度快且加热温度高，通过采用主热电偶28用于检测加热板23表面的温度状态，通过设置移动热电偶用于检测被进行真空回流焊的元件或工装夹具的温度，通过使用pid加热控制器对主热电偶28和移动热电偶采集的温度数据进行处理并反馈给红外辐射管27，从而控制加热室11内的加热板23的各个区域升温速率箱体，提高加热均匀性和加热效率，进而保证产品的焊接质量。

所述移动热电偶采用直径0.5mm，长度300mm的铂铑丝，可以根据需求调整弯曲形状和角度，其铂铑丝末端为探测点，通过采用移动热电偶，便于对加热板23上的工件进行温度检测，方便快捷，省时省力。

所述红外辐射管27的两端穿过加热室11侧壁后通过灯管密封块21进行固定，所述红外辐射管27等间距设置；通过采用等间距设置的红外辐射管27，进一步提高加热的均匀性。

所述腔盖2采用无底面的立方体结构，所述腔盖2上设置观察孔1，观察孔1的形状为圆形、方形或其他形状，所述观察孔1上安装耐高温石英玻璃；通过设置腔盖2的无底面立方体结构以及设置石英玻璃材质的观察孔1，提高空间利用率以及便于观察焊接工况，省时省力，方便快捷。

参见附图8-9，所述加热板23底面与安装在加热室11内部底面上的托架33接触，所述加热室11内部四个角设置用于承托加热板四个角的承托座29，所述加热板23的材质采用铝板、氮化硅板或石墨板，所述加热板23表面涂有光学涂层；通过设置托架33和承托座29，便于放置加热板23且能防止加热板23变形，加热板23取放方便快捷，便于清洗维护，省时省力，通过设置铝板、氮化硅或石墨板材质的加热板23以及光学涂层，有利于促使最高加热温度达到200℃/min，加热板23的加热均匀性优于±1％。

所述加热室11底部中心处设置抽真空出口32，所述抽真空出口32通过管路与抽真空机构连通。

所述冷却机构包括安装在加热室11外部底面的水冷机构和与加热室11的加热腔连通的气冷机构，所述水冷机构包括安装在加热室11外部底面的水冷板，所述水冷板设置冷水进口和温水出口，所述气冷机构包括若干个安装在加热室11侧壁上的冷却气体喷嘴30，所述冷却气体喷嘴30通过真空穿通密封件穿透安装在加热室11侧壁上，真空穿通密封件用于防止加热室11内的真空导电与设备金属外壳短接，该真空穿通密封件的真空压力为500pa-5pa，承受温度为400℃-700℃，直径为20mm-40mm；所述冷却气体喷嘴30与氮气储罐连通；通过设置水冷机构和气冷机构，采用水冷板有利于对加热室11底部的温度进行降温，采用喷入氮气对加热室11加热腔内的加热板23上的元件进行快速降温冷却，最高降温速率达到100℃/min，降温速度快从而提高焊接效率。

所述加热室11侧壁还安装还原气体喷嘴34，所述还原气体喷嘴34通过真空穿通密封件穿透安装在加热室11侧壁上，所述还原气体喷嘴34与甲酸储罐连通；通过设置甲酸进行还原，对因高温而产生氧化的元件进行还原，从而保证元件的焊接质量。

所述腔盖2后部两侧面安装上翻转连杆3，所述加热室11后部两侧面安装下翻转连杆6，所述上翻转连杆3和下翻转连杆6通过转轴转动安装实现腔盖2与加热室11铰接安装。

参见附图3-6，所述自动开合钩锁装置包括气缸连杆5、开盖气缸7、两个安装在腔盖2前侧面两端的上锁座10、转动安装在加热室11前侧面的第一联动轴12和两个分别固定安装在第一联动轴12两端的旋转环9，所述气缸连杆5一端与上翻转连杆3的一端转动安装，气缸连杆5的另一端与开盖气缸7的气缸杆固定安装，所述开盖气缸7的尾部铰接安装在气缸尾部支座8上，所述气缸尾部支座8和加热室11均固定安装在安装底板17的上表面上，所述上锁座10底部设置u型开口，所述u型开口上安装转轴，所述旋转环9的一端设置为勾状，另一端与锁紧气缸18的气缸杆转动安装，所述安装底板17的下表面还安装气缸尾部支座8，所述锁紧气缸18的尾部铰接安装在安装底板17下表面的气缸尾部支座8上；所述锁紧气缸18包括两个，两个锁紧气缸18的气缸杆分别与两个旋转环9的端部转动安装，两个旋转环9之间转动安装第二联动轴19；所述自动开合钩锁装置还包括阻尼机构，所述阻尼机构包括张力弹簧14，所述张力弹簧14一端与与上翻转连杆3的远离固定在腔盖2的一端固定安装，张力弹簧14的另一端可调节安装在安装底板17上；所述张力弹簧14的端部通过吊环螺栓15安装在l型的弹簧座16上，所述弹簧座16底部通过螺钉安装在安装底板17上的长条孔内；所述上翻转连杆3和下翻转连杆6之间还安装阻尼器4；还包括防护罩22，所述防护罩22采用l型钣金，所述防护罩22上表面与加热室11上表面齐平，所述防护罩22底部固定在安装底板17上，所述防护罩2将除上锁座10以外且位于安装底板17上方的自动开合钩锁装置罩在内部，所述防护罩22顶部还设置供上锁座10的u型开口插入的矩形开口。通过设置自动开合钩锁装置，解决了传统螺纹锁，更加省时省力，而且自动化有利于女操作工进行单独作业，降低了劳动强度，其中通过设置开盖气缸7驱动腔盖2进行旋转开合，通过设置锁紧气缸18驱动旋转环9旋转与腔盖2上的上锁座10进行扣合来实现腔盖2与加热室11的锁紧，通过设置张力弹簧14控制腔盖2的最大开合角度，通过设置阻尼器4对腔盖2打开的力度进行缓冲；通过设置防护罩22对加热室11周围的部件进行防护，防尘防水，延长设备的使用寿命。

所述加热室11底部还安装安全温度传感器31，对加热腔内的温度进行监测。

工作原理：使用该设备对工件进行真空回流焊接作业时，首先，将工件摆放在加热板上后，机械手作业将加热板23放置于承托座29上，开盖气缸7动作，气缸杆伸出使腔盖2闭合，锁紧气缸18动作，气缸杆伸出，使旋转环9发生旋转与上锁座10扣合，抽真空机构作业将加热室11内抽真空，然后红外辐射管27工作将加热室11内的空气迅速加热升温，加热板23的温度随之升温，加热板23上的元件温度与加热板23一致，锡膏升温融化，主热电偶28和移动热电偶分别对加热板23和元件的温度进行检测并将信号反馈至pid加热控制器，温度达到系统设定值一段时间后，锡膏融化，红外辐射管27停止加热，冷却气体喷嘴30通入氮气进行冷却，同时加热室11底部的水冷板通入冷却水进行冷却降温，冷却后还原气体喷嘴34通入甲酸将加热室11内部的气体还原，然后锁紧气缸18动作，气缸杆缩回，驱动旋转环9进行旋转脱离上锁座10，开盖气缸7动作，气缸杆缩回，驱动腔盖2打开，加热板23及元件即可取出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。