专利名称：一种旋转式的回流焊接炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种焊接设备，特别涉及一种回流焊接炉。
背景技术：
随着电子元器件封装尺寸日渐缩小，功率等级日渐增长，对无空洞焊接的需求应运而生。由于在少氧或无氧的环境下进行焊接，可以减少焊接过程中空洞的产生进而提高焊接的质量，相应地希望能够使回流焊接过程够在少氧或无氧的环境下进行。而目前的回流焊接炉大多是在大气环境下进行焊接的，空洞的产生无法控制，焊接的品质不高。此外，对于现有技术中的小型回流焊接炉，一般是在一个腔体空间内实现回流焊 接整个过程。每次焊接工作都需要从室温加热到焊接温度，再从焊接温度降低到室温。进行多次焊接，就要进行多次温度冷热冲击。首先，频繁升温和降温会造成了能量的大量损耗；其次，这对回流焊接设备本身造成温度应力会带来疲劳损伤；再者，升温和降温要花费不少时间，降低了焊接效率。而对于现有技术中的大中型回流焊接炉，一般采用多区焊接，分为预热区、保温区、焊接区和冷却区，焊接过程中采用流水线操作。但是加热区和冷却区是相通的，冷热空气会相互影响或者混合，这对本来想要得到热环境或者冷环境便产生了不利的影响。这也影响了加热和冷却温度场，并造成了一定的能量损失。因此，对于现有结构的真空回流焊接炉而言，由于大多是采用辐射来进行热量传递，其对流传热不强或者没有对流换热，存在辐射加热传热慢、效率较低的缺点。而且这些结构很难在真空或保护气氛下进行回流焊接，因为流水线焊接中的被焊件的载装和取出，都无法保证焊接设备形成真空环境和保护气氛环境。在这种情况下，有必要开发出能够采用其他加热方式、并通过结构上的配置来便利地实现真空或保护气氛的回流焊接炉。
发明内容本实用新型的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种旋转式回流焊接炉。本实用新型包括炉体、炉门、叶轮、旋转控制装置、托盘、托盘位置调节装置、真空泵、温度控制器，其特征在于所述炉体由等高的圆柱体和长方体交汇组成，长方体的中心线与圆柱体的轴线重合，长方体的宽度小于圆柱体的直径，长方体的长度大于圆柱体的直径，圆柱体的底面为一圆形区域，此圆形区域为四个相同面积大小的扇形区域，炉体壁上设有炉门，贴近炉门的扇形区域为装载区，装载区对角的扇形区域为缓冲区，其余两侧的区域，一侧为加热区，另一侧为冷却区，加热区内设有一用于对电子元器件和焊料进行加热的热板。冷却区内设有一用于对电子元器件和焊料进行冷却的冷板，炉体内设有一叶轮，叶轮与旋转控制装置电路连接，叶轮的半径与圆柱炉体的半径几乎相同，两叶片之间设有用于放置待焊接的电子元器件和焊料的托盘，被焊接件在装载区放置于托盘上，从装载区旋转至加热区升温到焊接温度进行回流焊接，托盘高度由托盘位置调节装置上下调节，可将托盘位置调节到与热板及冷板紧密触的位置，真空泵经管道与加热区连接，以保证炉内形成真空状态，当焊接完毕后，被焊接件与托盘旋转经缓冲区再到达冷却区，停留些许，冷却至常温后再返回到装载区，旋转一周，完成一次焊接，焊接好的电子元器件从装载区取出来。温度控制器经电路与热板、冷板连接。热板呈扇状，其扇形角度小于90度，加热区包括热板所在的扇形区域及靠近此扇形区域弧线外侧的炉底平面区域，热板设置在装载区一侧的扇形区域中心位置，用于对电子元器件和焊料进行加热。冷板呈扇状，其扇形角度小于90度，与热板一样的尺寸大小，冷却区包括冷板所在的扇形区域及靠近此扇形区域弧线外侧的炉底平面区域，冷板设置在装载区另一侧的扇形区域中心位置，用于对电子元器件和焊料进行冷却。所述叶轮设有四个叶片，叶轮的叶片材料由具有刚性的绝热材料制成，叶片垂直地投影在炉底平面的叶长线段与炉底四个扇形区域的四条分割线重合，四个叶片把炉腔内的空间分开形成了四个功能区域，即装载区域、加热区域、缓冲区域和冷却区域，叶轮经旋转控制装置驱动绕叶轮轴转动。叶轮依次旋转到90度、180度、270度和360度的位置。叶轮将会带着电子元器件和焊料分别进入到加热区、缓冲区和冷却区，最后回到原始的初始位置装载区。这样就将电子元器件和焊接带入了不同的焊接处理阶段。所述托盘由石墨材料制成，为可拆卸方式固定在叶轮上，托盘经托盘位置调节装置驱动沿叶轮轴的轴线方向上下移动，调节托盘与热板或冷板之间的距离。使托盘沿着叶轮轴的轴线方向进行上下移动，托盘随叶轮的转动而转动，但其周向方向的位置与扇叶相对固定，不能移动。由于托盘由石墨材料制成，可以低成本且均热性良好地实现其与热板之间的热传导或热辐射。石墨材料具有耐高温、热膨胀小、传热性能良好的特点。所述叶轮具有多个轮叶，其与炉体圆柱内壁面之间为紧配合，叶轮叶片的外侧端部边缘与炉体圆柱内壁面之间设有软性材料的密封条。所述热板由电阻丝加热或电热管加热结构，热板的加热功率由温度控制器调节，热板设置在加热区域中。 所述冷板由水冷或液氮冷却方式，冷板由导热性能好的金属材料制成，冷板内部设有用于冷却液流通的蛇形管道。温度控制器能对热板的加热功率进行调节，同样，温度控制器也能对冷板冷却管道中的冷却液的流量进行调节。由于采用了温度控制器来控制加热和冷却，增加了回流焊接炉的操作的便利性。所述真空泵是与所述热板所处的区域相连。旋转式回流焊接炉的焊接方法依次包括下列步骤A.使叶轮复位，在叶轮处于初始位置的情况下打开炉门，把待焊接物件放置于装载区的托盘中，然后关闭炉门，保持回流焊接炉的密封性；B.使叶轮相对于其初始位置带动托盘一起旋转90度后停止，待焊接物件旋至加热区域，此时真空泵动作进行抽真空操作，托盘调节到与热板接触并进行加热至焊接温度，进行回流焊接操作；C.使叶轮沿着原旋转方向继续旋转90度后停止，待焊接物件旋至缓冲区域，其温度保持不变；D.使叶轮再次沿着原旋转方向继续旋转90度后停止，待焊物件旋至冷却区域，此时冷板对待焊物件进行冷却，以完成回流焊接中的温度下降操作；E.使叶轮再次沿着原旋转方向继续旋转90度后停止，待焊物件旋转返回至装载区域，此时待焊物件完成焊接完成全过程，打开炉门取出成品焊件。[0019]本实用新型的优点是炉体内部区域被分隔成四个独立区域，拥有独立的加热系统和冷却系统。叶轮在旋转作用下，会依次经过装载区、加热区、缓冲区和冷却区，从而实现不同的处理过程即装载阶段、加热阶段、缓冲阶段和冷却阶段。与现有技术的炉体结构相比，本实用新型具备独立的加热系统和冷却系统，加热和冷却互不干扰，无需多次升温与降温，节省了焊接时间，也节约了能源。它能进行流水线操作的连续焊接，并且还能保证在真空或者保护气氛下的工作，而现有技术无法做到在流水线焊接的同时还能保持在真空和保护气氛下进行焊接。这样不仅减少了空洞的产生并提高了焊接的质量，而且还能连续不断地进行焊接操作。它还可以应用于大型、中型和小型等各种回流焊接生产中，适用范围大。此外，由于采用辐射和导热相结合的接触式传热方式，提高了热利用效率。
图I旋转式回流焊接炉的主要功能组件平面示意图；图2叶轮旋转示意图； 图3旋转式回流焊接炉的结构示意图； 图4旋转式回流焊接炉的控制装置示意图。图中1加热区、2热板、3真空泵、4叶轮、5缓冲区、6冷板、7冷却区、8炉体、9装载区、10炉门、11托盘、12被焊物件、13叶轮轴、14温度控制器、15旋转控制装置、16托盘位
置调节装置。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例图I是按照本实施例的旋转式回流焊接炉的主要功能组件平面视图，如图I中所示，本实用新型由热板2、冷板6、叶轮4、托盘11、真空泵3、炉门10、炉体8、待焊物件12、温度控制器14、旋转控制装置15、托盘位置调节装置16等组成。叶轮4的材料由具有刚性的绝热材料制成，如硅酸铝陶瓷材料，具有较好的隔热性能。叶轮4底部圆形区域被划分为四个扇形角度为90度的相同面积大小的扇形区域。而叶轮4的叶片垂直地投影在炉底平面的叶长线段与炉底四个扇形区域的四条分割线重合，四个叶片把炉腔内的空间分开形成了四个功能区域，即装载区域、加热区域、缓冲区域和冷却区域，贴近炉门10所在的扇形区域称为装载区9，与装载区9对角的扇形区域是缓冲区5，这样装载区9和缓冲区5就把炉底区域划分了对称的两个侧边区域。包括热板2在内的侧边区域视为加热区1，包括冷板6在内的另一侧边区域称为冷却区7。被焊物件12装载在托盘11上，托盘11固定在叶轮4上，这样被焊物件12和托盘11便随着叶轮4 一起转动。叶轮4在旋转过程中带动托盘11和待焊物件12依次经过装载区9、加热区I、缓冲区5和冷却区7，其间与轮叶4 一起会形成相对封闭的空间密封区域。加热区I还连接了真空泵3，用来对回流焊接炉内进行抽真空操作，保证在加热、缓冲和冷却过程中，焊接整个工艺流程是在真空的环境下进行焊接的。另夕卜，当炉门10打开，可以加载待焊物件12，当炉门10的关闭可以使回流焊接炉具有密封性能。在真空下进行焊接，可以尽量减少焊接过程中产生的空洞。图2是按照本实施例的轮叶旋转示意图。叶轮4在旋转时，带动托盘11和被焊物件12—起转动。叶轮4在转动过程中，会出现某些功能区域相互连通的现象，但这种旋转过程中出现的暂时状况不会持续太久，不会影响到回流焊接炉的使用。叶轮4主要是在旋转控制装置15的控制下能停留在与四个扇形区域相重合的功能区域位置(即装载区、加热区、缓冲区和冷却区)，只是在特定的功能区域位置停留时间较长，其它位置是快速旋过。例如在加热时，叶轮4旋转可以使待焊物件12从装载区9逐渐过渡到加热区I，这是一个逐渐升温的过程。叶轮4与炉体圆柱内壁面之间为紧配合，叶轮叶片的外侧端部边缘与炉体圆柱内壁面之间设有密封作用的软性材料，转动时摩擦较少，能够保持气密性。由于将叶轮的材料选择为具备刚性的绝热材料，能够起到良好的隔热保温的作用。此外，通过产品实践验证表明，采用硅酸铝陶瓷材料来制作叶轮，便于生产加工制作，而且能够很好地适应回流焊接过程中的加热或冷却带来的温度冲击效应。轮叶的边缘可以做到与炉体壁面之间间隙很小的准确配合，并且在轮叶的边缘安装耐热的弹性介质来密封。图3是按照本实施例的旋转式回流焊接炉的立体剖视图，当此焊接炉进行工作时，首先打开炉体8中装载区9上的炉门10，把被焊物件12放置在叶轮4之间的托盘11上，关闭好炉门10，保持炉内处于真空或者保护气氛的环境。通过旋转控制装置15使叶轮4逆向旋转90度到加热板2所在的加热区I的位置。在托盘位置调节装置16的控制下，托盘11下降至与热板2接触，接触传热时，导热这种热传递方式会占主导，周围也有辐射传 热。被焊物件12由于重力的作用，也会跟托盘11紧密接触。热量从热板2通过导热传到被焊物件12。于是被焊物件12的温度升高到焊接温度，便可以自动地进行回流焊接。炉内的温度由测温传感器感知，传递到温度控制器14中，实现控制以形成理想的温度上升段的回流焊接温度曲线。热板2的上表面能与托盘11的下表面平整地紧密接触，由此有利于高效率地进行导热或冷却。通过保持热板与装载产品的托盘间的面接触，整个托盘上的产品都能均匀地受热，保证焊接过程中焊件基板的温度比焊料的温度先达到熔点，消除空洞产生的条件，由此可以避免传统的辐射加热导致质量轻的组件温度上升快的缺点。被焊物件12的温度上升过程中，炉外的真空泵3 —直工作，保证了炉内始终处于真空状态。升温曲线段焊接完后，把叶轮4再逆向旋转90度，相对于装载区9的初始位置而言，旋转180度，到达缓冲区5，缓冲区5的作用是把加热区I和冷却区7隔开，实现焊接过程的温度保持过程。把轮叶4又一次逆向旋转90度，相对于装载区9的初始位置而言，旋转270度，被焊物件12被带到了冷却区7。通过托盘位置调节装置16的控制作用，托盘11跟冷板6紧 密接触，以增加冷区7的换热效率。冷却温度可控，形成了下降段的回流焊接曲线。通过将冷板6由导热性能好的金属材料制成并将其内部设置为冷却水或液氮经过的蛇形管道，当托盘11通过托盘位置调节装置16的调节而与冷板表面平整地紧密接触时，这样就有利于热量利用导热方式进行散发从而达到冷却的目的。而且，冷却的速率大小可以通过控制冷板内部管道内的流量来进行调控，也可以通过调节冷板6和托盘11间的距离来控制。通过冷却，当把被焊物件12的温度降到常温时，再又一次把叶轮4旋转90°C，相对于装载区9的初始位置而言，旋转360度，回到了初始装载区9的位置。这样，被焊物件12就从冷却区7转移到了装载区9，打开炉门10，取出被焊物件12。旋转了一周，完成了一次焊接的全过程。当进行流水线操作时，要保证焊接物件的装载和取出不断进行，叶轮4不停地重复上述焊接过程，便可能实现连续不断的焊接生产。图4是按照本实施例的旋转式回流焊接炉的控制装置图。图4中，使用了旋转控制装置15对叶轮4的旋转进行准确控制，叶轮4的旋转能够快速完成，而且能够准确定位在装载区9的初始状态，相对于初始状态逆时针旋转90度的加热区I的状态，相对于初始状态逆时针旋转180度的缓冲区5的状态，和相对于初始状态逆时针旋转270度的冷却区7的状态。这样叶轮4就把炉腔隔开从而自然形成了四个腔体区域，即装载区9、加热区I、缓冲区5和冷却区7所在的腔体区域。回流焊接炉还采用了温度控制器16对热板2和冷板6进行温度控制。炉内的温度由测温传感器感知，传递到温度控制器14中。温度控制器16可以对热板2的加热电路进行控制，并能对加热功率进调节。同时，温度控制器16也能对冷板6的管道中的流量进行控制，这样就自动控制住了冷却的温度下降速率。图4中还有托盘位置调节装置14，用于对托盘在叶轮轴13的轴向方面实现上下移动调节，能够调节其与热板2或冷板6之间的距离，也能调节其与热板2或冷板6的接触紧密程度。这样能提高传热效率和实现加热和冷却的温度变化速率调节。一般的焊接炉由于一直处于冷热交替状态，很容易变形，不少部件需要定期更换。本实施例的焊接炉中，需要温度变化的只是装载产品的托盘部分，避免了整个加热系统每次都要进行冷热循环变化，不但保护了设备，也显著降低了电能消耗。此外，由于托盘11可拆卸地周向固定在叶轮4上，这样可以方便地进行维修或更换操作。因此，本实施例拥有独立的加热区I和冷却区7，加热区I和冷却区7互不干扰，能分别储备热能和冷能，无需在每次焊接中都进行升温和降温操作。这样的特殊结构设计可以带来很多优势它可以减少焊接时间，节约能源，避免温度冷热冲击对设备造成伤害等。另外，由于具有独立的加热区I和冷却区7，不是在同一个腔体内进行加热和冷却，可以避免助焊剂气体遇冷凝结，不会影响焊接的质量，也不会造成产品的二次污染。当使用焊片工艺并采用保护气氛时可使用甲酸(HCOOH)或氮氢混合气(N2/H2)进行助焊，由此可增强焊接表面活化能力，提高浸润性，并能够实现无焊剂的无空洞焊接。本实施例的回流焊接方法具体步骤A.使叶轮4复位，在叶轮处于初始位置的情况下打开炉门10，把待焊接物件12放置于装载区的托盘11中，然后关闭炉门10，保持回流焊接炉的密封性；B.使叶轮4相对于其初始位置带动托盘11 一起旋转90度后停止，待焊接物件12旋至加热区域I，此时真空泵3动作进行抽真空操作，托盘11调节到与热板2接触并进行加热至焊接温度，进行回流焊接操作；C.使叶轮4沿着原旋转方向继续旋转90度后停止，待焊物件12旋至缓冲区域5，其温度保持不变；D.使叶轮4再次沿着原旋转方向继续旋转90度后停止，待焊物件12旋至冷却区域7，此时冷板6对待焊物件12进行冷却，以完成回流焊接中的温度下降操作；E.使叶轮4再次沿着原旋转方向继续旋转90度后停止，待焊物件12旋转返回至装载区域9，此时待焊物件12完成焊接完成全过程，打开炉门10取出成品焊件。本实施例的回流焊接方法可以进行连续式焊接和流水线操作。被焊件在装载区放置于托盘11上，从装载区旋转至加热区I升温到焊接温度进行回流焊接，同时真空泵处于工作状态，以保证加热区I内形成真空状态。回流完毕后，被焊接与托盘11旋转经缓冲区5再到达冷却区7，停留些许，冷却至常温后再返回到装载区9。旋转一周，完成一次焊接，焊接好的电子元器件从装载区9取出来。本实施例可以在小型回流焊接炉上实现流水线或自动化操作，而一般单腔体焊接设备是不具备流水线式生产能力的。叶轮4的转动如果采用旋转控制装置15进行控制，加热和冷却采用温度控制器14进行 控制，这样回流焊接设备基本自动运行上述回流焊接步骤。
权利要求1.一种旋转式回流焊接炉，包括炉体、炉门、叶轮、旋转控制装置、托盘、托盘位置调节装置、真空泵、温度控制器，其特征在于所述炉体由等高的圆柱体和长方体交汇组合而成，长方体的中心线与圆柱体的轴线重合，长方体的宽度小于圆柱体的直径，长方体的长度大于圆柱体的直径，圆柱体的底面为ー圆形区域，此圆形区域分为四个面积相同大小的扇形区域，炉体壁上设有炉门，贴近炉门的扇形区域为装载区，装载区对角的扇形区域为缓冲区，其余两侧的区域，ー侧为加热区，另ー侧为冷却区，加热区内设有ー用于对电子元器件和焊料进行加热的热板，冷却区内设有ー用于对电子元器件和焊料进行冷却的冷板，炉体内设有ー叶轮，叶轮与旋转控制装置电路连接，叶轮的半径与圆柱炉体的半径相同，两叶片之间设有用于放置待焊接的电子元器件和焊料的托盘，托盘高度由托盘位置调节装置调节，真空泵经管道与加热区连接，温度控制器经电路与热板、冷板连接。
2.根据权利要求I所述的旋转式回流焊接炉，其特征在于所述叶轮设有四个叶片，其垂直投影线与炉底平面的叶长线段与炉底四个扇形区域的四条分割线重合，四个叶片把炉腔内的空间分开形成了四个功能区域，即装载区域、加热区域、缓冲区域和冷却区域，叶轮经旋转控制装置驱动绕叶轮轴转动。
3.根据权利要求I所述的旋转式回流焊接炉，其特征在于所述托盘为可拆卸方式固定在叶轮上，托盘经托盘位置调节装置驱动沿叶轮轴的轴线方向上下移动，调节与热板或冷板之间的距离。
4.根据权利要求I所述的旋转式回流焊接炉，其特征在于所述叶轮具有多个叶片，叶片与炉体圆柱内壁之间为紧配合，叶片的外侧端部边缘与炉体圆柱内壁之间设有软性材料的密封条。
5.根据权利要求I所述的旋转式回流焊接炉，其特征在于所述热板由电阻丝加热或电热管加热结构，热板的加热功率由温度控制器调节，热板设置在加热区域中。
6.根据权利要求I所述的旋转式回流焊接炉，其特征在于所述冷板为水冷或液氮冷却 冷板内设有用于冷却液流通的蛇形管道。
7.根据权利要求I所述的旋转式回流焊接炉，其特征在于所述真空泵与所述热板所处的区域相连。
专利摘要一种旋转式回流焊接炉，包括炉体、炉门、叶轮、旋转控制装置、托盘、托盘位置调节装置、真空泵、温度控制器，其特征在于所述炉体由等高的圆柱体和长方体交汇组成，炉体壁上设有炉门，炉体分为装载区、加热区、缓冲区和冷却区，加热区内设有热板，冷却区内设有冷板，炉体内设有一叶轮，叶轮与旋转控制装置电路连接，两叶片之间设有用于放置待焊接的电子元器件和焊料的托盘，真空泵经管道与加热区连接，温度控制器经电路与热板、冷板连接。本实用新型的优点是其拥有独立的加热系统和冷却系统，并能在真空或保护气氛下进行互不干扰的加热和冷却过程，无需多次升温与降温，由此能够节省焊接时间和节约电能消耗并能提高工作效率和焊接质量。
文档编号B23K3/047GK202571519SQ20122011864
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者刘胜, 桂许龙, 罗小兵, 周洋, 陈明祥 申请人:上海飞恩微电子有限公司