CN102015184B - 尤其通过对流热传递对工件进行热处理的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于热处理工件的装置，所述工件尤其是设有电气和电子部件的印刷电路板等，所述装置包括至少一个处理室，在处理室中形成或设置至少一个加热或冷却区，其中，温度受控气态流体可被引入所述加热或冷却区，其中所述工件经过所述加热或冷却区，并且热量尤其以对流方式在所述工件和所述温度受控流体之间传递，并且包括设置在所述处理室中的至少一个温度测量元件，其中，在所述处理室中设置至少一个具有限定质量的传感器元件，使得热量对流地在所述传感器元件和所述流体之间传递，以及提供用于冷却和/或加热所述传感器元件的设备，其中，所述传感器元件的温度能够通过所述温度测量元件测量。

Description

尤其通过对流热传递对工件进行热处理的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于热处理工件的装置。而且，本发明还涉及一种确定用于热处理工件的装置中热处理稳定性的方法。

背景技术

上述类型的装置或系统用于所有类型工件的热处理，例如粘结连接固化、下游工作站热调节，等等。尤其地，这种装置用作印刷电路板或设有电气或电子部件的其他载体的焊接装置或焊接系统，特别是回流焊接系统。

在这点上，从现有技术已知的回流焊接系统常规地具有的特征在于不同温度的若干连续布置的处理室或处理区，具体为预加热区、回流区和冷却区，待焊接印刷电路板在其中经受不同温度。每个区中的热处理利用加热和冷却元件进行，其热量使用吹风机在印刷电路板的万向上传导。在该处理中，热量通常从上面和从下面吹到印刷电路板。热量传递到印刷电路板基本上以对流方式进行并且具体地因加热空气中具有的温度和流动条件而异。

为了实现足够程度的处理能力并由此实现足够程度的可靠性以及尤其是可再现焊接结果，用于控制和调节装置的处理参数的检测具有很重要的关系。尽管能够以相当简单的方式获得处理室或处理区中的温度，但例如流动条件的对流条件难以检测，特别是在当已知的流量计或风速计不能在回流焊接处理中遇到的这种高温处理室中使用的情况下。

发明内容

从现有技术的状态出发，本发明的目标是提出一种装置，其用于对工件进行热处理并且其能够分别检测处理室或处理区中的处理稳定性。

通过如下所述的装置实现了此目标。该装置包括至少一个处理室，在处理室中形成或设置至少一个加热或冷却区，其中，温度受控气态流体可被引入加热或冷却区，其中工件经过加热或冷却区，并且热量以对流方式在工件和温度受控气态流体之间传递，并且包括设置在处理室中的至少一个温度测量元件。在处理室中设置至少一个具有限定质量的传感器元件，使得热量对流地在传感器元件和流体之间传递，以及提供用于冷却和/或加热传感器元件的设备，其中传感器元件的温度能够通过温度测量元件测量。

用于以本身已知的方式热处理工件(尤其是设有电气和电子部件的印刷电路板等)的本发明装置或系统包括至少一个处理室，在处理室中形成或设置至少一个冷却或加热区，温度受控气态流体可被引入其中。在这点上，流体可为气氛空气、保护气体或任意其他可选类型的气体或气态混合物。在该处理中，待处理的工件经过加热或冷却区，其中，热量尤其以对流方式在工件和温度受控流体之间传递。在处理室中，额外提供至少一个温度测量元件。

根据本发明，在处理室中提供和设置至少一个具有限定质量的传感器元件，使得热量对流地在传感器元件和流体之间传递。另外，根据本发明，提供了一种设备，传感器元件能够通过该设备相对于处理室中具有的温度而被冷却和/或加热。传感器元件的温度能够通过温度测量元件测量。

首先，具有限定质量的传感器元件在处理室中的布置意味着传感器元件以与待处理工件相同的方式经受对流热传递。在该处理中，传感器元件被加热直到其基本上呈现处理室内具有的温度。当达到该第一平衡状态时，传感器元件通过设备被冷却直到达到低温水平的第二平衡状态或者得到足够低温的传感器元件。随后，传感器元件的冷却终止并且传感器元件被对流地加热以再次达到第一平衡状态。在传感器元件温度的温度曲线的基础上，尤其是由于终止冷却处理导致的温度增加，能够对于对流作出结论。换言之，这意味着:温度增加越快，对流越好。通过进行传感器元件的连续冷却和加热循环的温度曲线的比较，或者相应当前温度曲线与参考曲线的比较，由此能够对于处理室内的对流作出结论。尤其地，能够确定对流保持稳定还是在处理期间变化。

替代冷却传感器元件，传感器元件还能够利用设备加热，直到达到传感器元件的更高温度或足够高温度的第二平衡状态，由此传感器元件被对流地冷却直到达到第一平衡状态。在传感器元件温度的温度曲线的基础上，尤其是由于终止加热处理导致的温度降低，能够对于对流作出结论。换言之，这意味着:传感器元件冷却越快，对流越好。

其中温度测量元件布置的方式基本上是任意的，只要保证提供足够精确的传感器元件的温度测量即可。根据本发明的优选示例性实施例，温度测量元件直接或间接地在传感器元件处或传感器元件内设置。

例如，温度测量元件能够例如以粘结结合的方式设置在传感器元件表面。然而，根据本发明的示例性实施例，传感器元件具有凹部，该凹部使温度测量元件设置在其中。例如，该凹部可为表面上的凹痕或者在传感器元件的本体中设置的孔。

温度测量元件类型基本上是可选的。因此，能够采用任何可选类型的热传感器，例如热元件，半导体传感器，电阻传感器，等等。

传感器元件的数量和布置同样基本上是可选的并且实质上因处理室的数量、布置和设计而异。然而优选地，至少一个传感器元件设置在每个处理室中。

根据本发明的另一优选示例性实施例，如果处理室或多个处理室各具有若干加热和/或冷却区，则至少一个传感器元件设置在每个处理室的每个加热或冷却区中。以此方式，能够为每个处理室的每个温度区确定处理稳定性。

能够以基本上任意的方式进行经由冷却设备的传感器元件冷却。因此，液态或气态冷却剂可喷到例如传感器元件上或者冲到其周围。然而优选地，采用的冷却剂为压缩空气，其能够经由冷却设备的至少一个管部分直接或间接地传导至传感器元件。以基本上相同的方式，能够通过例如传导热流体(尤其是加热气体)通过传感器元件而加热传感器元件。

根据本发明的一优选示例性实施例，传感器元件具有实质上连续的凹部，其由管部分贯穿，冷却剂或加热剂通过该管部分被引导。通过这种措施，冷却剂或加热剂能够被容易地引导至传感器元件并能够冷却或加热传感器元件。

根据另一示例性实施例，传感器元件可具有基本上套管状形状，并且可以基本上流密的方式连接用于冷却和加热流体的两个管部分。在本实施例中，传感器元件本身组成冷却剂或加热剂导管的一部分，由此使传感器元件和冷却剂或加热剂之间能够特别良好的热传递，由此能够实现传感器元件的快速冷却或快速加热。

管部分到传感器元件的连接能够通过任何可选的压配合或形状配合连接处理进行，例如通过粘接结合，焊接，压入配合，等等。然而优选地，待连接的管部分各在其轴向端设有外螺纹，并且套管状传感器元件在其轴环侧具有内螺纹，该内螺纹与外螺纹在形状和功能上互补。因此，在已知的管套管螺纹连接的类型中，管部分能够以简单的方式相互连接。

对于本发明具有重要关系的是处理室或处理室的处理区中具有的温度受到传感器元件冷却或加热的最低可能限度的影响。为此，有利的是，冷却剂和尤其地用作冷却剂或加热剂的压缩空气在基本上封闭的循环中传导经过处理室并且不进入处理室的气氛中。根据本发明的特别优选的示例性实施例，所有传感器元件由此通过管部分相互连接，同时形成基本上相对于处理室封闭的冷却或加热系统。

根据另一优选示例性实施例，如果温度测量元件设置在套管状传感器元件的覆层中，尤其是设置在实质上平行于套管纵轴延伸的孔中，则能够得到传感器元件温度的特别可靠且精确的测量。

而且，本发明涉及确定用于热处理工件的装置中热处理稳定性的方法，工件尤其为印刷电路板或设有电气或电子部件的工件。在该处理中，工件经过至少一个处理室，其中形成或设置至少一个加热或冷却区，温度受控气态流体被引入其中。在这点上，至少一个具有限定质量的传感器元件设置在处理室中。而且，热量对流地在工件和温度受控流体之间传递。本发明的方法包括下列方法步骤:

-首先，传感器元件在处理室的气氛中被对流地加热，直到达到平衡状态，其中传感器元件基本上具有处理室内的气氛温度。

-随后，进行传感器元件的重复冷却和加热，其中以基本上不变的处理室温度进行冷却，并在处理室的气氛中通过对流进行加热，或者替代地，以基本上不变的处理室温度进行加热，并在处理室的气氛中通过对流进行冷却。

-随后，比较从连续加热和冷却循环得到的传感器元件温度曲线，或者比较当前温度曲线与参考曲线。

在这一方面，尤其在传感器元件的温度变化的基础上，能够对于处理室中的处理稳定性作出结论。例如，如果传感器元件的温度以相同的方式(即尤其以相同速率)在连续加热或冷却循环中增加，则确保了足够的处理稳定性。如果温度例如以较低速率在随后的循环中增加，则对流下降。通过检测这种温度循环，因此能够容易地获得对流的间接结论。

附图说明

在下面，将参照附图更详细地描述本发明，其中仅示出了一个示例性实施例。

附图中:

图1以万框图类型中的示意图示出了本发明的回流焊接系统;

图2示出了类似于图1的回流焊接系统中的本发明的传感器元件布置，其在放大视图中包括六个处理区;

图3示出了传感器元件的连续加热和冷却循环的温度一时间图;以及

图4以万框图类型中的示意图示出了本发明的装置的控制和调节系统。

具体实施方式

图1所示的回流焊接系统具有处理室1，其包括多个处理区，其中仅有其三个处理区(即，预加热区2、焊接区3和冷却区4)示出。处理区通过分离装置(末示出，例如隔壁等)相互分离，使得处理区之间的温度平衡被防止。

待焊接的印刷电路板6通过在呈输送带或输送链装置5形式的输送装置上的装置被输送，以此方式使得连续经过处理室2至4。

每个处理区分别具有的特征为输送装置以上和以下的加热装置7、8，通过加热装置7、8加热在处理区中具有的气氛。在吹风机9、10的帮助下，由此加热的流体(例如空气或保护气体)使用分配喷嘴11、12吹到印刷电路板6上，导致印刷电路板被加热或冷却，其中至少在印刷电路板6区域中的处理区3中，具有的温度至少稍高于所用焊料的熔融温度。在这一方面从处理流体到印刷电路板的热传递大体上通过对流来进行。

分别在上加热装置7和输送装置5或者下加热装置8和输送装置5之间的区域，在每个处理区2，3和4中，分别布置一个传感器元件13和14。上传感器元件13和下传感器元件14均通过管部分15和16连接，在需要的情况下，压缩空气经过管部分通过传感器元件被引导。在装置的两端，管部分被向外部导向并至少在预加热区2的进口区域17、18中连接到压缩空气源(末示出)。

图2示出了装置中的传感器布置，其包括六个处理区。此处处理区19至22由预加热区或加热区构成并且对应于图1的处理区2。处理区23和24构成回流焊接区并且在这点上对应于图1的处理区3。而且，提供了管25，其由管部分26和管进口部分27以及管出口部分28组成。管进口部分连接到压缩空气源(末示出)

在每个处理区中，提供了传感器元件29。传感器元件29构造成具有管部分形状的套管状中空圆柱。此处，在其两个轴环侧端部区域，每个传感器元件29设有内螺纹(末示出)，管部分26、27和28的正面侧端部(其具有互补外螺纹)拧入其中。以此方式，获得了通过套管状传感器元件拧在一起的流密管系统，通过其能够引导用于冷却传感器元件的压缩空气。

在正面侧30的区域中，传感器元件29设有孔(这里末示出)，其基本上平行于套管纵轴在传感器元件的覆层中形成。在该孔中，相应地设置一个温度测量元件，其用于检测传感器元件的温度。温度测量元件(其末示出)设有测量和评估单元(图1中末示出)，其经由电线31提供温度测量元件信号。温度测量元件和电线31在所有传感器元件中相同地形成。

此后通过根据图3的图的上曲线32将描述传感器元件的温度曲线:

在时间点t_l，传感器元件29具有的温度对应于相应处理区中的处理温度。具有平衡状态。从时间点t₁开始，通过压缩空气冷却传感器元件，所述压缩空气吹过管部分和传感器元件，直到时间点t₂，再次达到平衡状态，其中传感器元件已经达到其最低温度或者获得传感器元件的足够低的温度。然而，处理区中的气氛温度基本上保持不变，因为一方面压缩空气不进入处理气氛并且另一方面冷却的大部分管部分和传感器元件与处理区的尺寸相比相对较小。

在时间点t₂，压缩空气的供给停止且传感器元件对流地加热直到时间点t₃，转而，再次达到时间点t₁具有的平衡状态。

如上所述，现在传感器元件的冷却和再加热在处理区的操作期间重复任意次。在根据图3的图中，利用曲线33，在随后的冷却和加热循环中示出了相同传感器元件的温度曲线。为了简单表现的目的，曲线33相对于曲线32以向下偏移的方式示出。实际上，两个图形曲线在时间点t₁或t₁'、t₂和t₃或t₃'的平衡状态区域中的绝对温度是相同的。当现在比较时间点t₂之后的由对流引起的两条曲线32、33的温度增加时，明了的是曲线33的坡度明显缓于曲线32的坡度。换言之，这意味着在该循环中曲线33所依赖的对流热传递差于在之前循环中曲线32的对流热传递。因此，能够容易地检测到对流的变化并由此检测到处理不稳定性。

如尤其从图4明显看出的，本发明装置的不同处理区的传感器元件的信号供给到评估或控制单元34并如上所述在那里被处理。另外，借助该评估和控制单元，用于供给压缩空气的开关阀35的周期性激活和停用被进行，通过这样，传感器元件的周期性冷却处理被启动和终止。

传感器元件的连续加热和冷却循环的温度曲线的比较结果被供给到主控制单元36，其根据确定的不同温度曲线来调节例如相应处理区的加热器和/或吹风机，或者用于印刷电路板的输送装置的通过量。

Claims (17)

1.一种用于热处理工件的装置，所述装置包括至少一个处理室，在所述处理室中形成或设置至少一个加热或冷却区，其中，由加热装置加热的温度受控气态流体可被引入所述加热或冷却区，其中所述工件经过所述加热或冷却区，并且热量以对流方式在所述工件和所述温度受控气态流体之间传递，并且包括设置在所述处理室中的至少一个温度测量元件，

其特征在于，

在所述处理室中设置至少一个具有限定质量的传感器元件，使得热量对流地在所述传感器元件和所述流体之间传递，以及

提供独立于加热或冷却区的气氛温度加热和/或冷却所述传感器元件的设备，其中所述传感器元件的温度能够通过所述温度测量元件测量。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述温度测量元件设置在所述传感器元件内或所述传感器元件处。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述传感器元件具有凹部，所述凹部使所述温度测量元件设置在其中。

4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，

所述温度测量元件是热传感器。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

至少一个传感器元件设置在每个处理室中。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

至少一个传感器元件设置在每个处理室的每个加热或冷却区中。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述用于冷却或加热所述传感器元件的设备具有至少一个管部分，冷却流体和加热流体能够经由所述管部分直接或间接地传导至所述传感器元件。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述传感器元件具有实质上连续的凹部，所述凹部由所述管部分贯穿。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述传感器元件具有基本上套管状形状，并且可以基本上流密的方式连接用于冷却流体和加热流体的两个管部分。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

待连接的管部分各在其轴向端设有外螺纹，并且所述套管状传感器元件在其轴环侧设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹在形状和功能上互补。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所有传感器元件通过所述管部分相互连接，同时形成基本上相对于所述处理室封闭的冷却或加热系统。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述温度测量元件设置在所述套管状传感器元件的覆层中。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述温度测量元件设置在实质上平行于套管纵轴延伸的孔中。

14.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述工件是设有电气和电子部件的印刷电路板。

15.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

冷却流体和加热流体为压缩空气形式。

16.一种确定用于热处理工件的装置中热处理稳定性的方法，其中，所述工件经过至少一个处理室，在所述处理室中形成或设置至少一个加热或冷却区，其中，温度受控气态流体被引入所述加热或冷却区，至少一个具有限定质量的传感器元件设置在所述处理室中，而且其中，热量对流地在所述工件和所述温度受控气态流体之间传递，所述方法包括下列方法步骤：

-在所述处理室的气氛中对流地加热所述传感器元件；

-重复地冷却和加热所述传感器元件，其中，以基本上不变的处理室温度进行冷却，并在所述处理室的气氛中通过对流进行加热，或者，以基本上不变的处理室温度进行加热，并在所述处理室的气氛中通过对流进行冷却；

-比较从连续加热和冷却循环得到的所述传感器元件的温度曲线，或者比较相应当前温度曲线与参考曲线。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，

所述工件是设有电气和电子部件的印刷电路板。