BR102012032031A2 - Equipamento portátil para monitoramento e controle do nível de oxigênio em atmosfera de fornos de refusão - Google Patents

Equipamento portátil para monitoramento e controle do nível de oxigênio em atmosfera de fornos de refusão Download PDF

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Abstract

EQUIPAMENTO PORTÁTIL PARA MONITORAMENTO E CONTROLE DO NÍVEL DE OXIGÊNIO EM ATMOSFERA DE FORNOS DE REFUSÃO. A presente invenção descreve um equipamento portátil para monitoramento e controle do nível de oxigênio residual em atmosfera de fornos de refusão (1), também denominado forno reflow. O referido equipamento é capaz de determinar a qualidade da atmosfera de um forno de refusão através dos parâmetros pré-determinados pelo usuário. Portanto, o equipamento realiza o monitoramento da atmosfera do forno de refusão (1) controlando o nível de oxigênio residual de refusão/reflow no forno de refusão (1) através do aumento ou diminuição da vazão de alimentação de nitrogênio pelo controle que o microcontrolador exerce sobre a válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio (9), abrindo ou fechando as válvulas de forma a manter tais valores pré-determinados.

Description

EQUIPAMENTO PORTÁTIL PARA MONITORAMENTO E CONTROLE DO NÍVEL DE OXIGÊNIO EM ATMOSFERA DE FORNOS DE REFUSÃO CAMPO DE APLICAÇÃO
A presente invenção se insere no campo da engenharia eletrônica por se referir a um equipamento portátil para monitoramento e controle do nível de oxigênio em atmosfera de fornos de refusão, também denominados fornos reflow. ESTADO DA TÉCNICA
Um forno de refusão é um dispositivo de aquecimento usado para soldar componentes eletrônicos em placas de circuito impresso através da tecnologia de montagem em superfície (SMT).
A utilização dessa técnica na indústria de fabricação de produtos eletrônicos permite uma construção mais fácil 15 de dispositivos eletrônicos, garantindo que os componentes eletrônicos sejam devidamente montados e que as ligações elétricas na placa de circuito sejam garantidas através de técnicas de soldagem de refusão.
A técnica do uso de atmosfera inerte é muito aplicada para controle de reações químicas quando as substâncias manipuladas apresentam elevada sensibilidade ao ar.
Diversos materiais utilizados nas tecnologias modernas, tais como microeletrônica, entre outras, apresentam estados de oxidação não usuais e indesejáveis devido à presença de ar atmosférico.
Como solução para esse problema, a utilização de gases inertes na atmosfera de, por exemplo, fornos de refusão, possibilitou que, mesmo em altas temperaturas, sejam reduzidos os efeitos adversos de oxidação.
Alguns fornos de refusão capazes de operar com atmosfera de gases inertes, apesar de por vezes possuírem equipamentos para monitoramento da qualidade da atmosfera no que diz respeito aos níveis de oxigênio, normalmente não possibilitam o ajuste da qualidade da atmosfera do forno e 5 é parte integrante do próprio forno de refusão. Nesses fornos, sem uma ação do operador no controle da vazão de nitrogênio desse equipamento, pode existir desperdício de nitrogênio ou a falta do mesmo na atmosfera do forno de refusão. Essa falta gera altos níveis de oxigênio na região 10 de soldagem o que pode causar defeitos de soldagem tais como circuitos abertos, bolas de solda, curtos, entre outros.
0 documento JP20100007080, por exemplo, descreve um forno de refusão capaz de controlar o fornecimento de nitrogênio e prevenir o aumento da concentração de oxigênio oriundo do ar externo. 0 sistema de controle de atmosfera é parte integrante do forno, não sendo, portanto, portátil.
A presente invenção descreve um equipamento portátil para monitoramento e controle do nível de oxigênio em 20 atmosfera de fornos de refusão, que apresenta como vantagem principal ser portátil, podendo ser facilmente acoplado em quaisquer fornos convencionais de refusão, utilizando as próprias saídas de nitrogênio e de amostragem existentes em todos os fornos de refusão para a conexão das caixas de 25 coleta e análise e de controle de vazão de injeção de nitrogênio. Assim sendo, a sua manutenção é facilitada.
0 sistema permite que o usuário determine previamente o nível desejado de oxigênio na região de refusão/refIow dos fornos; mantém os níveis de oxigênio desejados pelo usuário sem necessidade de um operador para controlar o fluxo/volume de injeções de nitrogênio no forno de refusão; prevene o gasto insuficiente ou excessivo de nitrogênio em processos em fornos de refusão, melhorando a qualidade do produto final.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
A presente invenção descreve um equipamento portátil para monitoramento e controle do nível de oxigênio em atmosfera de fornos de refusão, também denominado forno reflow.
O equipamento apresenta interface na qual o usuário
pode pré-selecionar os valores desejados para determinada operação.
O referido equipamento é capaz de determinar a qualidade da atmosfera de um forno de refusão através dos 15 parâmetros pré-determinados pelo usuário. Portanto, o equipamento realiza o monitoramento da atmosfera do forno de refusão e controla o nível de oxigênio no forno de refusão através do aumento ou diminuição do influxo de nitrogênio pelo controle que o microcontrolador exerce 20 sobre a válvula de controle de injeção de nitrogênio, abrindo ou fechando a válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio de forma a manter tais valores prédeterminados de concentração de oxigênio.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 é uma representação esquemática em
fluxograma do equipamento portátil para monitoramento e controle da atmosfera de fornos de refusão.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A presente invenção descreve um equipamento portátil para monitoramento e controle da atmosfera de fornos de refusão (I) .
O referido equipamento é capaz de: averiguar instantaneamente a qualidade da atmosfera de um forno de refusão (1), realizar seu monitoramento e controle.
Conforme a figura 1, o equipamento portátil para
monitoramento e controle da atmosfera de fornos de refusão
(1) possui: uma caixa de coleta e análise (3), uma caixa de controle de vazão de injeção de nitrogênio (2), uma caixa com controlador programável, força elétrica e display com
interface comunicativa (4), conectadas entre si por cabos elétricos de força e lógica.
A caixa de controle de vazão de injeção de nitrogênio
(2) compreende válvulas manuais tipo esfera (5), reguladores de pressão de nitrogênio contendo manômetros
(8), válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio (9), localizada entre a rede de nitrogênio e o forno de refusão (1) .
Existe uma linha de limpeza (16) que sai da caixa controle de vazão de injeção de nitrogênio (2) que pode ser
utilizada para limpar o sistema de amostragem utilizando nitrogênio. A linha de limpeza (16) compreende válvula manual tipo esfera da linha de limpeza (6) e regulador de pressão de' nitrogênio da linha de limpeza contendo manômetro (7).
A caixa de coleta e análise (3) compreende filtro de
linha (10), válvulas solenoides (11) que controlam a entrada de amostra ou nitrogênio de limpeza, um sensor lambda acoplado a uma câmara de análise (12) que envia sinal elétrico para o conversor de sinal (13), medidor de
fluxo com válvula agulha (14) e uma bomba de vácuo tipo diafragma (15).
A caixa com controlador programável, força elétrica e display com interface comunicativa (4) compreende um microcontrolador e um painel elétrico de comando do sistema.
Funcionamento do equipamento portátil para monitoramento e controle do nivel de oxigênio em atmosfera de fornos de refusão
0 equipamento portátil para monitoramento e controle da atmosfera de fornos de refusão (1) pode ser acoplado a fornos de refusão (1) de qualquer marca e modelo para monitoramento/controle da atmosfera de refusão/reflow.
Na interface comunicativa existente na caixa com controlador programável (4) , o usuário pré-seleciona os valores desejados de oxigênio na região de refusão/reflow para determinada receita de operação do forno.
Primeiramente, o equipamento avalia se os valores de oxigênio colhidos na caixa de coleta e análise (3) de amostras correspondem a uma atmosfera dentro da receita de operação desejada, conforme pré-determinado pelo usuário.
0 microcontrolador realiza o controle do nivel de oxigênio do forno de refusão (1) utilizando como parâmetro ideal o valor pré-selecionado pelo usuário. Além disso, o microcontrolador informa o valor de oxigênio medido através 25 do display do equipamento e comanda a vazão de injeção de nitrogênio para que o nível de oxigênio seja mantido na região de refusão/reflow de acordo com o pré-selecionado pelo usuário.
0 microcontrolador realiza ininterruptamente a comparação entre os níveis de oxigênio desejados prédeterminados pelo operador do forno (1) (set point) aos valores reais apresentados durante a operação realizada naquele momento. As informações da qualidade da atmosfera de refusão são obtidas pelo sensor lambda (12) existente na 5 caixa de coleta e análise (3) conectado na linha de amostragem (17) forno de refusão (1).
Após tal comparação, realizada entre os valores reais no momento da operação do forno (1) e os valores préajustados pelo usuário, um sinal de comando é enviado do 10 microcontrolador para a caixa de controle de vazão de nitrogênio (2) que, então, coordena se a válvula proporcional de controle da vazão de nitrogênio (9) deve ser aberta ou fechada. Assim, é possível controlar a quantidade desejada de oxigênio na atmosfera de 15 refusão/reflow.
Esse sistema foi projetado para controlar concentrações de oxigênio abaixo de 3000 PPM na região de refusão/refIow do forno (1) . Dessa forma, se durante o monitoramento o equipamento detecta que existe muito 20 oxigênio na região de refusão/reflow do forno (1) (níveis acima dos determinados previamente pelo usuário), o equipamento automaticamente injeta mais nitrogênio para o forno de refusão (1) até que seja atingido o nível prédeterminado pelo usuário.
Por outro lado, quando o nível de oxigênio residual na
região de refusão/reflow está extremamente baixo (abaixo dos valores pré-determinados pelo usuário), o equipamento automaticamente diminui a vazão de nitrogênio para dentro do forno de refusão (1), fechando a válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio (9). Quando o nível de oxigênio está conforme o que foi previamente pré-determinado pelo usuário, o equipamento automaticamente trava a posição de abertura da válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio (9). Dessa 5 forma, mantém constante a vazão de injeção de nitrogênio para o forno de refusão (1) até o momento que o equipamento detectar que o nível de oxigênio não está mais conforme o pré-determinado pelo usuário.
Assim evita-se que seja utilizada uma quantidade de 10 nitrogênio inferior ou superior à requerida por aquela operação específica do forno (1) . Prevenindo desperdícios de nitrogênio, melhorando a qualidade do produto final cuja especificação exige baixa concentração de oxigênio na região de refusão/reflow.
Embora a invenção tenha sido amplamente descrita, é
óbvio para aqueles versados na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas visando aprimoramento do projeto sem que as referidas alterações não estejam cobertas pelo escopo da invenção.

Claims (13)

1.Equipamento portátil para monitoramento e controle da atmosfera de fornos de refusão, caracterizado pelo fato de compreender: - Uma caixa de controle de vazão de injeção de nitrogênio (2) compreendendo válvulas manuais tipo esfera (5) , reguladores de pressão de nitrogênio contendo manômetros (8), válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio (9); e linha de limpeza compreendendo válvula manual tipo esfera da linha de limpeza (6) e regulador de pressão de nitrogênio da linha de limpeza contendo manômetro (7); - Uma caixa de coleta e análise (3) compreendendo filtro de linha (10), válvulas solenoides (11), um sensor lambda acoplado a uma câmara de análise (12), um conversor de sinal (13), um medidor de fluxo com válvula agulha (14) e uma bomba de vácuo tipo diafragma (15); e Uma caixa com controlador programável, força elétrica e display com interface comunicativa (4) compreendendo um microcontrolador, um conversor de sinal, uma fonte do sensor lambda e um painel elétrico de comando do sistema; conectadas entre si por cabos elétricos de força e lógica.
2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser acoplável a qualquer forno de refusão (1) e monitorar e controlar instantaneamente a qualidade da atmosfera de um forno de refusão (1) com concentrações de oxigênio abaixo de 3000 PPM na região de refusão/refIow do forno (1).
3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da linha de limpeza (16) ser utilizada para limpar o sistema de amostragem utilizando nitrogênio.
4. Equipamento, de acordo com as reivindicações 1 ou 3, carac teri zado pelo fato das válvulas solenoides (11) controlarem a entrada de amostra ou de nitrogênio de limpeza.
5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do usuário pré-selecionar os valores desejados de oxigênio na região de refusão/reflow através da interface comunicativa.
6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das informações da qualidade da atmosfera de refusão serem obtidas pelo sensor lambda (12).
7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do sensor lambda acoplado a uma câmara de análise (12) enviar sinal elétrico para o conversor de sinal (13).
8. Equipamento, de acordo com as reivindicações 1 ou 7, caracterizado pelo fato do microcontrolador avaliar e controlar initerruptamente os valores de oxigênio colhidos na caixa de coleta e análise (3) de amostras e comparar com os valores da atmosfera pré-determinada pelo usuário.
9. Equipamento, de acordo com a reivindicação 8, carac teri z ado pelo fato do microcontrolador informar o valor de oxigênio medido por ele através do display do equipamento e comandar a vazão de injeção de nitrogênio para que o nível de oxigênio seja mantido na região de refusão/reflow de acordo com o pré-selecionado pelo usuário.
10.Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do microcontrolador enviar sinal de comando para a caixa de controle de vazão de nitrogênio (2) que coordena a abertura ou fechamento da válvula proporcional de controle da vazão de nitrogênio (9).
11.Equipamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de, em caso de níveis de oxigênio acima do determinado previamente pelo usuário, ocorrer a injeção de mais nitrogênio para o forno de refusão (1) até ser atingido o nível oxigênio desejado pelo usuário.
12.Equipamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de, em caso de níveis de oxigênio abaixo do determinado previamente pelo usuário, ocorrer a injeção de menos nitrogênio para dentro do forno de refusão (1) pelo fechamento da válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio (9) .
13.Equipamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de em caso de nível de oxigênio conforme o previamente pré-determinado pelo usuário, o equipamento travar a posição de abertura da válvula proporcional de controle de vazão de nitrogênio (9).
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