CN108994411B - 一种负压可控气氛焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负压可控气氛焊接系统，包括：用于对待焊接产品进行预热的预热台；用于对待焊接产品进行焊接的焊接装置；用于对焊接完成产品进行冷却的冷却台；用于控制焊接装置抽负压、通惰性气体的程序控制系统；焊接装置和程序控制系统相连。由于预热台、焊接装置和冷却台分开独立设置，且焊接装置可根据使用需要快速的进行开盖和闭合，因此焊接过程产品可以在预热台、焊接装置及冷却台之间快速的进行切换，有效避免了现有技术中将预热台，焊接装置及冷却台设置为一体出现的升降温速率低，焊接时间偏长的问题，因此，该负压可控气氛焊接系统能够在不显著增加焊接时间的情况下实现产品的低空洞率焊接，满足焊接时间要求较短产品的焊接需求。

Description

一种负压可控气氛焊接系统

技术领域

本发明涉及电子产品封装技术领域，特别涉及一种负压可控气氛焊接系统。

背景技术

在电子产品封装领域，产品内元件、芯片等主要通过焊接的方式组装于基板表面，低空洞率的焊点焊接强度大，导电及传热性能好，因此，降低产品焊接空洞率为提高产品性能和可靠性的关键。

为实现低空洞率的焊接，焊接过程中对产品进行抽真空处理为一种有效的方式，现有技术的真空可控气氛焊接炉可在产品焊接过程中进行抽真空排空洞，焊接产品的空洞率较低，真空可控气氛回流炉的炉内热源为红外灯管，通过灯管辐射对放置产品的石墨板进行加热，产品焊接完成后，通过惰性气体(或水冷)对炉腔进行降温，由于炉腔是在放入产品后再按照程序设置进行升降温，所以炉腔可达到的最大升降温速率较低，焊接程序通常存在焊接熔化时间长，冷却结晶慢等诸多问题，因此，真空可控气氛回流炉适用的产品种类有限，主要适用于焊料熔点温度相对较高，焊料熔化时间较长的应用场合，如在集成电路、半导体分立器件封装行业中，用于芯片和封装外壳底座之间的共晶焊接。

因此，如何提供一种负压可控气氛焊接系统，能够在不显著增加焊接时间的情况下实现产品的低空洞率焊接，满足焊接时间要求较短产品的焊接需求，而且装置结构简单，操作方便是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种负压可控气氛焊接系统，能够在不显著增加焊接时间的情况下实现产品的低空洞率焊接，满足焊接时间要求较短产品的焊接需求，而且装置结构简单，操作方便。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种负压可控气氛焊接系统，包括：

用于对待焊接产品进行预热的预热台；

用于对所述待焊接产品进行焊接的焊接装置；

用于对焊接完成的产品进行冷却的冷却台；

用于控制所述焊接装置抽负压、通惰性气体的程序控制系统；

所述焊接装置和所述程序控制系统相连。

优选的，所述焊接装置包括焊接装置本体，和用于与所述焊接装置本体配合的焊接装置盖体；

所述焊接装置本体包括：

底板；

设置于所述底板上的多个立板；

所述底板和所述立板围成用于焊接所述待焊接产品的焊接腔；

开设于所述焊接腔侧壁上且用于气体通过的第一接口；

开设于所述焊接腔侧壁上且用于与负压泵相连通的第二接口；

开设于所述焊接腔侧壁上且用于与气压测试装置相连通的第三接口；

所述底板的下部还设置有用于加热所述底板的加热板。

优选的，所述焊接装置本体的外部还设置有隔热板。

优选的，所述加热板和所述隔热板之间还设置有绝缘柱。

优选的，所述焊接装置盖体包括盖板和设置于所述盖板上的提手；所述盖板的下端面还设置有用于与所述立板卡接的固定环；所述盖板和所述固定环之间还设置有用于增强密封的密封圈。

优选的，所述固定环和所述密封圈均为中空环形结构。

优选的，所述盖板为耐高温的钢化玻璃板或者石英玻璃板。

优选的，所述负压泵的负压抽力大于-85Kpa。

优选的，所述负压泵的空载流量与所述焊接腔的体积匹配。

由以上技术方案可以看出，本发明实施例所公开的负压可控气氛焊接系统，包括：用于对待焊接产品进行预热的预热台；用于对待焊接产品进行焊接的焊接装置；用于对焊接完成产品进行冷却的冷却台；用于控制焊接装置抽负压、通惰性气体的程序控制系统；焊接装置和程序控制系统相连。

当对待焊接产品进行焊接时，首先将待焊接产品放置于预热台上进行预热，将预热后的待焊接产品转移到焊接装置内进行焊接，通过程序控制系统控制焊接装置进行抽负压、通惰性气体，再将焊接完成的产品放置在冷却台上进行冷却。

由于预热台、焊接装置和冷却台分开独立设置，且焊接装置可根据使用需要快速的进行开盖和闭合，因此焊接过程产品可以在预热台、焊接装置及冷却台之间快速的进行切换，有效避免了现有技术中将预热台，焊接装置及冷却台设置为一体出现的升降温速率低，焊接时间偏长的问题，因此，该负压可控气氛焊接系统能够在不显著增加焊接时间的情况下实现产品的低空洞率焊接，满足焊接时间要求较短产品的焊接需求。

不同于现有技术真空可控气氛回流炉焊接完成后，泄压及打开密封腔需要较长时间，本系统的焊接装置内真空度低，焊接完成泄压速度快，且焊接装置无专用的锁紧机构，是吸附密封的，可根据使用需要快速的进行开盖和密封闭合。

此外，本发明所公开的焊接系统在产品焊接过程中进行排空洞处理采用的是特有的抽负压方式，装置对焊接系统的密封性要求低，同时对真空泵的要求也低(抽气速率、极限压力等)，所以整体结构简单，实现难度及制作成本均远低于现有技术的真空可控气氛回流炉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所公开的负压可控气氛焊接系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中所公开的焊接腔的结构示意图；

图3为本发明实施例中所公开的焊接装置盖体的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中所公开的焊接装置盖体的结构示意图；

图5为本发明实施例中所公开的控制系统的面板结构示意图；

图6为本发明实施例中所公开的控制系统的控制原理示意图。

其中，各部件的名称如下：

1-焊接装置，11-焊接装置本体，111-底板，112-立板，113-焊接腔，114-第一接口，115-第二接口，116-第三接口，117-加热板，118-绝缘柱，12-焊接装置盖体，121-盖板，122-提手，123-固定环，124-密封圈，13-隔热板，14-运行按钮，15-电源开关，16-参数设置表，17-负压表，18-气体流量计，19-气源接口，20-气压测试装置接口，21-负压泵接口，22-电磁阀，23-气源，24-负压泵。

具体实施方式

有鉴于此，本发明的核心在于提供一种负压可控气氛焊接系统，能够在不显著增加焊接时间的情况下实现产品的低空洞率焊接，满足焊接时间要求较短产品的焊接需求，而且装置结构简单，操作方便。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例所公开的负压可控气氛焊接系统，包括：用于对待焊接产品进行预热的预热台；用于对待焊接产品进行焊接的焊接装置1；用于对焊接产品进行冷却的冷却台；用于控制焊接装置1抽负压、通惰性气体的程序控制系统；焊接装置1和程序控制系统相连。当对待焊接产品进行焊接时，首先将待焊接产品放置于预热台上进行预热，将预热后的待焊接产品转移到焊接装置内进行焊接，通过程序控制系统控制焊接装置1进行抽负压、通惰性气体，再将焊接完成的产品放置在冷却台上进行冷却。

由于预热台、焊接装置和冷却台分开独立设置，且焊接装置可根据使用需要快速的进行开盖和闭合，因此焊接过程产品可以在预热台、焊接装置及冷却台之间快速的进行切换，有效避免了现有技术中将预热台，焊接装置及冷却台设置为一体出现的升降温速率低，焊接时间偏长的问题，因此，该负压可控气氛焊接系统能够在不显著增加焊接时间的情况下实现产品的低空洞率焊接，满足焊接时间要求较短产品的焊接需求，而且该装置的结构简单，操作方便。

需要说明的是，预热台的预热温度优选为120℃-150℃，焊接装置的温度优选为220℃-250℃，冷却台的温度优选为120℃-150℃之间。

请参考图1和图2，焊接装置1包括焊接装置本体11，和用于与焊接装置本体11配合的焊接装置盖体12，焊接装置本体11和焊接装置盖体12进行配合以实现焊接装置1的整体密封性。

其中，焊接装置本体11包括：底板111；设置于底板111上的多个立板112；底板111和立板112围成用于焊接待焊接产品的焊接腔113；开设于焊接腔113侧壁上且用于气体通过的第一接口114；开设于焊接腔113侧壁上且用于与负压泵24相连通的第二接口115；开设于焊接腔113侧壁上且用于与气压测试装置相连通的第三接口116，气压测试装置可以实时监测焊接腔113内的气体压力；底板111的下部还设置有用于加热底板111的加热板117。当待焊接产品放入焊接腔113后，通过第一接口114向焊接腔113内充入惰性气体，使得焊接操作在惰性气体的保护下进行，焊接熔化过程中采用负压泵24进行抽负压排空洞，采用负压泵24从焊接腔113内抽取气体，气体从第二接口115被负压泵24抽出。因此，产品的焊接是在无氧环境下进行的，焊点的湿润性更好，同时焊接过程通过抽负压可以实现无空洞或者极低空洞的焊接，甚至对大面积的焊接仍可以实现5％以下的低空洞率焊接。

不同于现有技术真空可控气氛回流炉焊接完成后，泄压及打开密封腔需要较长时间，本系统焊接腔内真空度低，焊接完成泄压速度快，且焊接腔与焊接装置盖体之间无专用的锁紧机构，是吸附密封的，可根据使用需要快速的进行开盖和密封闭合。

此外，本发明所公开的焊接系统在产品焊接过程中进行排空洞处理采用的是特有的抽负压方式，装置对焊接系统(包括焊接腔、管道等)的密封性要求低，同时对真空泵(或负压泵)的要求也低(抽气速率、极限压力等)，所以整体结构简单，实现难度及制作成本均远低于现有技术的真空可控气氛回流炉。

需要说明的是，加热板117的上表面与底板111的下表面需保持光滑平整，如此设置，加热板117和底板111固定后能够紧密接触，以实现良好的传热。

需要说明的是，惰性气体优选为氮气。

图5为控制系统的接口面板示意图，通过控制系统对焊接系统的焊接过程进行控制，其中，第一接口114通过管路与气源接口19相连接，第二接口115通过管路与负压泵接口21相连接，第三接口116通过管路与气压测试装置接口20相连接，气压测试装置与设置于控制面板上的气压表17相连，可显示焊接过程中的负压值，以便人员及时观测。

另外，控制系统内还设置有气体流量计18，可对气体流量进行设置，并在焊接过程中对焊接腔113进行定时的通气控制。

为了保证连接的方便性，管路优选耐高温的软管，具体的，耐高温的软管优选硅胶材质，材料耐温温度在250℃-300℃之间，连接软管的管壁厚度优选为3mm-5mm之间，可保证在抽负压时软管不会发生收缩变形。

进一步的，焊接装置本体11的外部还设置有隔热板13，当操作人员进行焊接操作时，隔热板13可以隔绝焊接装置本体11内部的热量，从而避免烫伤操作人员。

需要说明的是，隔热板13由耐高温的隔热材料组装而成，具体的，耐高温的隔热材料为耐高温的环氧板，采用隔热板13对加热板117和焊接腔113进行包裹后，可以起到良好的绝缘隔热作用。

为了进一步避免加热板117上的热量传导到隔热板13上，本发明实施例所公开的负压可控气氛焊接系统中，在加热板117和隔热板13之间还设置有绝缘柱118。

当然，加热板117、绝缘柱118和隔热板13可以焊接相连，也可以通过螺栓相连，在本发明实施例中优选加热板117、绝缘柱118和隔热板13通过螺栓连接，螺栓连接便于拆卸和维修，从而进一步降低了成本。

为了保证加热板117上的热量快速传导到底板111上，在满足腔体机械强度的要求下，底板111的厚度应设计的尽量薄，根据焊接腔113的腔体尺寸不同，底板111的厚度优选为2mm-5mm之间。

同时，为了保证焊接腔113具有良好的密封性，立板112的厚度优选大于5mm。

请参考图3，焊接装置盖体12包括盖板121和设置于盖板121上的提手122，盖板121和焊接装置本体11配合，提手122便于操作人员进行焊接操作。

为了能够保证盖板121和焊接装置本体11之间的紧密配合，在盖板121的下端面还设置有用于与立板112卡接的固定环123。

需要解释的是，盖板121的下端面指当盖板121与焊接装置本体11配合后，距离地面较近的一面。

为了实现盖板121与焊接装置本体11之间的紧密配合，在盖板121与固定环123之间还设置有用于增强密封的密封圈124。

需要说明的是，固定环123和密封圈124均为中空的环形结构，仅对盖板121四周边缘区域起到遮挡作用，焊接时可透过盖板121的中心区域对焊接腔113内进行观测；密封圈124优选采用耐高温的塑料材料，更为优选的，密封圈124采用耐高温的硅胶材料，其中硅胶的耐高温温度优选在250℃-300℃之间，当密封圈124受力挤压后会产生一定的形变，为了保证焊接腔113在抽负压后和产生形变的密封圈124吸附在一起，本发明实施例中密封圈124的厚度优选大于0.5mm。由于在焊接过程中，盖板121盖合到焊接腔113上后，盖板121本身也需要承受一定程度的高温，因此，盖板121的材质优选采用耐高温的材质制成，在本发明实施例中，盖板121优选采用耐高温的钢化玻璃或者石英玻璃，耐高温温度优选大于300℃。

为了提升焊接装置盖体12的强度，提手122及固定环123优选金属材质。

需要说明的是，由于本装置采用了特有的抽负压排空洞的方式，该装置对焊接腔113的密封性要求不高，在本发明实施例中，排空洞过程中焊接腔113内最低真空度优选设置在-15Kpa以内，基于抽负压的工作原理，本装置不需要配套大抽力的真空泵，配套负压泵或真空微泵即可满足使用要求，在本发明实施例中负压泵的负压抽力优选大于-85Kpa。

需要进一步说明的是，为了实现良好的焊接排空洞效果，经过多次试验证明，负压泵24的空载流量需要与焊接腔113的体积相匹配，具体的，对于体积为100mm×100mm×200mm的腔体，负压泵24的空载流量优选大于50mL/min；对于体积为200mm×200mm×200mm的腔体，负压泵24的空载流量优选大于100mL/min。

具体的焊接过程请参考图6所示的控制原理图，控制系统的接口面板表面有参数设置表16，可对充气、抽负压、泄压的时间进行设置。图中的参数设置表16为一3路可调时间继电器的参数设置表，可设置3个时间，闭合电源开关15，可调时间继电器分别按照设置好的时间依次接通1、2、3路电路，分别执行向焊接腔113内充气体，抽负压、以及泄压操作。首先接通电源开关15，然后按下运行按钮14，程序开始运行，首选1路吸合并开始计时，电磁阀22开启，按照气体流量计18设置好的流量，开始给焊接腔113充气体；然后吸合时间到后断开，2路吸合开始计时，负压泵24接通，对焊接腔113进行抽负压；最后，2路吸合时间到后断开，3路吸合并开始计时，电磁阀22再次开启，气源23的气体到达气源接口19再次给焊接腔113充气体，充气时间到后，3路断开，程序运行结束。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种负压可控气氛焊接系统，其特征在于，包括：

用于对待焊接产品进行预热的预热台；

用于对所述待焊接产品进行焊接的焊接装置(1)；

用于对焊接完成的产品进行冷却的冷却台；

用于控制所述焊接装置(1)抽负压、通惰性气体的程序控制系统；

所述焊接装置(1)和所述程序控制系统相连；

所述预热台，所述焊接装置(1)和所述冷却台分开独立设置；

所述焊接装置(1)包括焊接装置本体(11)，和用于与所述焊接装置本体(11)配合的焊接装置盖体(12)；

所述焊接装置本体(11)包括：底板(111)；设置于所述底板(111)上的多个立板(112)；所述底板(111)和所述立板(112)围成用于焊接所述待焊接产品的焊接腔(113)；开设于所述焊接腔(113)侧壁上且用于所述惰性气体通过的第一接口(114)；开设于所述焊接腔(113)侧壁上且用于与负压泵(24)相连通的第二接口(115)；开设于所述焊接腔(113)侧壁上且用于与气压测试装置相连通的第三接口(116)；所述底板(111)的下部还设置有用于加热所述底板(111)的加热板(117)；

所述焊接腔(113)与所述焊接装置盖体(12)之间是吸附密封的；

所述负压泵(24)的负压抽力大于-85Kpa；

在排空洞过程中所述焊接腔(113)内最低真空度设置在-15Kpa以内。

2.根据权利要求1所述的负压可控气氛焊接系统，其特征在于，所述焊接装置本体(11)的外部还设置有隔热板(13)。

3.根据权利要求2所述的负压可控气氛焊接系统，其特征在于，所述加热板(117)和所述隔热板(13)之间还设置有绝缘柱(118)。

4.根据权利要求1所述的负压可控气氛焊接系统，其特征在于，所述焊接装置盖体(12)包括盖板(121)和设置于所述盖板(121)上的提手(122)；所述盖板(121)的下端面还设置有用于与所述立板(112)卡接的固定环(123)；所述盖板(121)和所述固定环(123)之间还设置有用于增强密封的密封圈(124)。

5.根据权利要求4所述的负压可控气氛焊接系统，其特征在于，所述固定环(123)和所述密封圈(124)均为中空环形结构。

6.根据权利要求4所述的负压可控气氛焊接系统，其特征在于，所述盖板(121)为耐高温的钢化玻璃板或者石英玻璃板。

7.根据权利要求1所述的负压可控气氛焊接系统，其特征在于，所述负压泵(24)的空载流量与所述焊接腔(113)的体积匹配。

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