CN111438419A - 一种用于电子回流焊接的温度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电子回流焊接的温度控制系统及控制方法，该系统应用于回流焊接加热炉中，包括：运行在计算机中的热分析计算模型和控制模块，以及设置在回流焊接加热炉中的加热控制模块和检测模块；所述该计算机与设置在回流焊接加热炉中的控制器通讯，所述控制器电连加热控制模块和检测模块；所述加热控制模块电连设置在加热炉中的加热装置；所述加热装置包括：安装在加热传送上的红外回流焊区和热风回流焊区；所述加热传送工位上设有红外摄像仪与检测模块通信。本发明采用红外回流和热风回流综合焊接技术，将热风回流设置在红外回流焊区的两侧，减少温度跳变温差过大的现象，适应高密度焊接。

Description

一种用于电子回流焊接的温度控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于电子设备生产制造领域，尤其是一种用于电子回流焊接的温度控制系统及控制方法。

背景技术

回流焊接是PCB生产工序中的关键，合理的温度曲线对焊接精度和PCB板的合格率影响极大，现有的回流焊接炉采用红外回流焊炉，红外辐射导热率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊时PCB上下温度易控制，但是由于在焊接过程中红外辐射加热有阴影效应，使得加热面和阴影面的温度不一，进而使PCB基板局部热膨胀变形或容易造成元件或PCB局部烧坏。

发明内容

发明目的：提供一种用于电子回流焊接的温度控制系统及控制方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种用于电子回流焊接的温度控制系统，应用于回流焊接加热炉中，包括：运行在计算机中的热分析计算模型和控制模块，以及设置在回流焊接加热炉中的加热控制模块和检测模块；

所述该计算机与设置在回流焊接加热炉中的控制器通讯，所述控制器电连加热控制模块和检测模块；所述加热控制模块电连设置在加热炉中的加热装置；所述检测模块与热分析计算模型连通，并将检测数据发送至热分析计算模型中。

在进一步的实施例中，所述回流焊接加热炉包括，炉体本体，安装在炉体本体中的加热传送工位，以及设置在加热传送工位上的加热装置；

所述加热装置包括：安装在加热传送上的红外回流焊区和热风回流焊区；所述红外回流焊区设有红外加热器；所述热风回流焊区分布在红外回流焊区两侧包括套接在加热传送工位上的风热装置；所述加热传送工位上设有红外摄像仪与检测模块通信。

在进一步的实施例中，所述红外加热器设置在加热传送工位的上下两侧；

所述风热装置设置在加热传送工位的边缘处，包括：设置在炉体本体内的安装机架，固定安装在安装机架上的热风管，连接在热风管一端的加热风箱，以及固定安装在热风管另一端的喷流头；所述热风管呈条形管道状；所述安装机架的外部设有保温外壳，所述保温外壳的顶部设有通风孔，所述通风孔处设有法兰结构和电动气阀。

在进一步的实施例中，所述加热传送工位包括设置在保温外壳中的支架组件，套接在支架组件两端的第一传动辊和第二传动辊，套接在第一传动辊上的传动皮带，套接在传动皮带另一端的驱动电机，以及传动套接在第一传动辊和第二传动辊两端的输送链条；所述第一传动辊和第二传动辊的两端固定连接与输送链条配适的齿链轮，所述输送链条固定连接传送带。

在进一步的实施例中，，所述加热传送工位传送带上还包括与检测模块通信连通的多个测温单元，所述测温单元由热敏元件制成。

在进一步的实施例中，包括如下工作步骤：

S1、加热传送工位上的第一热风回流焊区开启，基板放置在加热传送工位上，随链条的移动向热风回流焊区运送，使基板整体保持稳定的均匀温度；

S2、当加热传送工位带动基板前进至红外回流焊区时，加热传送工位带动基板前进至红外回流焊区时，通过红外摄像仪录入基板所有贴片坐标数据并通过A/D转换得出及其对应的坐标温度数据，并计算所有贴片所在温度平均值；计算建立对应关系的多个贴片坐标点温度与相对应所有贴片温度平均值的偏差值；

S3、控制模块调动红外加热器的驱动，开启红外加热器，将的辐射热源的温度设定 3个温度值，分别为30℃-50℃、50℃-60℃、60℃-80℃，仅对根据具体的基板材料选定；

S4、并开启第二的热风回流焊区，使红外回流焊区两侧产生热风对流使多个基板之间的温度梯度保持稳定；

S5、同时控制模块对多个测温单元对同一基板上靠近辐射热源的贴片和不靠近辐射热源的贴片之间的温差进行收集，进而对红外摄像仪录入的测温差误差进行补偿校准，调整加热风箱的速率。

在进一步的实施例中，所述红外摄像仪录入热分析计算模型中的温度数据分别记录T₁，T₂······T_n；当记录的数据达到 N 个时，求 N 个数据的平均值 T，其中 N≥2，

；将T与T₀比较，达到差值

。

在进一步的实施例中，所述检测模块将红外摄像仪的图像数据转化为温度数据传送至热分析计算模型，在热分析计算模型中建立焊接点坐标与加热温度对应关系。

在进一步的实施例中，所述测温单元反馈至控制模块的数据为测温单元中测温二极 管所测的温度和测温单元表面空气引起的消耗功率，其中消耗功率的计算方法如下：

P＝λL²ΔT；

ΔT表示测温单元上下游温差与

成线性关系，其中C是常数，U表示流体速度； K_f，μ，a是加热工位表面流体的热导率，动态粘滞系数，热扩散率；K_c是加热工位衬 底热导率，L、D表示测温单元尺寸和厚度，P是消耗总功率，λ表示测温二极管的导 热传导系数，进而若保持环境温度与二极管所测温度差ΔT恒定，则由风速引起的功率损 失P与

成线性关系：

故根据风速变化时测量得到消耗功率的大小，就可 推出风速结果,进而控制模块对加热风箱的速率进行调控。

有益效果： 本发明和现有技术相比具有以下优点：

采用红外回流和热风回流综合焊接技术，将热风回流设置在红外回流焊区的两侧，减少温度跳变温差过大的现象，适应高密度焊接。

热风回流设置多方向对流热风循环，加快热炉内的热流的流动量，使温度快速均匀，避免出现局部变形和烧坏的状况。

附图说明

图1是本发明一种用于电子回流焊接的温度控制系统控制方法的工作原理图。

图2是本发明加热传送工位的立体图。

图3是本发明炉体本体的结构示意图。

图4是本发明炉体本体的结构示意图。

附图标记为：炉体本体1、加热传送工位2、支架组件20、第一传动辊21、第二传动辊22、传动皮带23、驱动电机24、输送链条25、齿链轮26、测温单元27、加热装置3、红外回流焊区30、红外加热器300、热风回流焊区31、安装机架310、热风管311、加热风箱312、喷流头313。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人发现现有的回流焊接炉采用红外回流焊炉，红外辐射导热率高，温度陡度大，易控制温度曲线，双面焊时PCB上下温度易控制，但是由于在焊接过程中红外辐射加热有阴影效应，使得加热面和阴影面的温度不一，进而使PCB基板局部热膨胀变形或容易造成元件或PCB局部烧坏。

如图1所示的一种用于电子回流焊接的温度控制系统包括：回流焊接加热炉，加热装置，检测装置，控制加热装置和检测装置且与计算机通讯的控制模块以及检测模块。

其中回流焊接加热炉包括，炉体本体1、加热传送工位2、支架组件20、第一传动辊21、第二传动辊22、传动皮带23、驱动电机24、输送链条25、齿链轮26、测温单元27、加热装置3、红外回流焊区30、红外加热器300、热风回流焊区31、安装机架310、热风管311、加热风箱312、喷流头313。

计算机中运行设有热分析计算模型，所述热分析计算模型的数据端口通过网络与与设置在回流焊接加热炉中的控制器通讯；所述控制器电连加热控制模块和检测模块；所述加热控制模块电连设置在加热炉中的加热装置3；所述检测模块与热分析计算模型连通，并将检测数据通过端口协议发送至热分析计算模型中。

在回流焊接加热炉中，其中加热传送工位2贯穿回流焊接加热炉外壳，加热装置3设置在外壳内部和加热传送工位2两侧，进而加热装置3实现对加热传送工位2上放置的PCB板回流焊接。

所述加热装置3包括：安装在加热传送上的红外回流焊区30和热风回流焊区31；所述红外回流焊区30设有红外加热器300；所述热风回流焊区31分布在红外回流焊区30两侧包括套接在加热传送工位2上的风热装置；所述加热传送工位2上设有红外摄像仪与检测模块电连通信，将红外摄像仪检测。

所述红外加热器300设置在加热传送工位2中间的上下两侧；可对PCB板的上下两侧进行均匀的加热，保证回流焊接的上下均匀性。

所述风热装置设置在加热传送工位2两端的边缘处，同时也设置在红外回流焊区30的两端，可对红外焊接后的PCB板保持稳定的温区。风热装置包括：设置在炉体本体1内的安装机架310，固定安装在安装机架310上的热风管311，连接在热风管311一端的加热风箱312，以及固定安装在热风管311另一端的喷流头313；所述热风管311呈条形管道状；所述安装机架310的外部设有保温外壳，所述保温外壳的顶部设有通风孔，所述通风孔处设有法兰结构和电动气阀。在使用过程中加热风箱312中的电热丝根据控制模块设定的温度对引风机引入的气流进行加热，加热后的气流经过热风管311从喷流头313喷出，喷流头313对称安装在加热传送工位2的边缘且对称安装的两侧的喷流头313相对放置，从而使喷出的热气形成对流空气。喷流头313内部的气压大于外部的气压，内部设有制动阀控制热气流的开启或关闭，热流在喷出时由于气压形成对PCB板作用的热风。

所述加热传送工位2包括设置在保温外壳中的支架组件20，套接在支架组件20两端的第一传动辊21和第二传动辊22，套接在第一传动辊21上的传动皮带23，套接在传动皮带23另一端的驱动电机24，以及传动套接在第一传动辊21和第二传动辊22两端的输送链条25；所述第一传动辊21和第二传动辊22的两端固定连接与输送链条25配适的齿链轮26，所述输送链条25固定连接传送带。驱动电机24通过传动皮带23带动第一传动辊21在支架组件20上转动，进而使套接在第一传动辊21和第二传动辊22两端齿链轮26转动，所述两个齿链轮26上设有输送链条25，输送链条25在两个齿链轮26转动的过程中随之转动，进而带动固定连接在输送链条25上的传送带实现循环传送。

所述加热传送工位2传送带上还包括与检测模块通信连通的多个测温单元27，所述测温单元27由热敏元件制成，用来处测量对流中温度梯度变化和对流中的热量消耗功率，以便控制模块计算调整对加热风箱312和喷流头313中的气压高低。

工作原理：加热传送工位2上的第一热风回流焊区31开启，基板放置在加热传送工位2上，随链条的移动向热风回流焊区31运送，使基板整体保持稳定的均匀温度；当加热传送工位2带动基板前进至红外回流焊区30时，加热传送工位2带动基板前进至红外回流焊区30时，通过红外摄像仪录入基板所有贴片坐标数据并通过A/D转换得出及其对应的坐标温度数据，并计算所有贴片所在温度平均值；计算建立对应关系的多个贴片坐标点温度与相对应所有贴片温度平均值的偏差值；控制模块调动红外加热器300的驱动，开启红外加热器300，将的辐射热源的温度设定 3 个温度值，分别为30℃（低温区域）、60℃（中温区域）、80℃（高温区域）（仅对根据具体的基板材料选定）；并开启第二的热风回流焊区31，使红外回流焊区30两侧产生热风对流使多个基板之间的温度梯度保持稳定；同时控制模块对多个测温单元27对同一基板上靠近辐射热源的贴片和不靠近辐射热源的贴片之间的温差进行收集，进而对红外摄像仪录入的测温差误差进行补偿校准，调整加热风箱312的速率。

在进一步的实施例中，所述红外摄像仪录入热分析计算模型中的温度数据分别记录T₁，T₂······T_n；当记录的数据达到 N 个时，求 N 个数据的平均值 T，其中 N≥2，

；将T与T₀比较，达到差值

。

所述检测模块将红外摄像仪的图像数据转化为温度数据传送至热分析计算模型，在热分析计算模型中建立焊接点坐标与加热温度对应关系。

所述测温单元反馈至控制模块的数据为测温单元中测温二极管所测的温度和测温 单元表面空气引起的消耗功率，其中消耗功率的计算方法如下：

P＝λL²ΔT；

ΔT表示测温单元上下游温差与

成线性关系，其中C是常数，U表示流体速度； K_f，μ，a是加热工位表面流体的热导率，动态粘滞系数，热扩散率；K_c是加热工位衬 底热导率，L、D表示测温单元尺寸和厚度，P是消耗总功率，λ表示测温二极管的导 热传导系数，进而若保持环境温度与二极管所测温度差ΔT恒定，则由风速引起的功率损 失P与

成线性关系：

故根据风速变化时测量得到消耗功率的大小，就可 推出风速结果,进而控制模块对加热风箱的速率进行调控。

本发明采用红外回流和热风回流综合焊接技术，建立稳定的回流焊接温区，将热风回流设置在红外回流焊区30的两侧，减少温度跳变温差过大的现象，适应高密度焊接。其次热风回流设置多方向对流热风循环，加快热炉内的热流的流动量，使温度快速均匀，避免出现局部变形和烧坏的状况。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于电子回流焊接的温度控制系统，应用于回流焊接加热炉中，其特征在于，包括：运行在计算机中的热分析计算模型和控制模块，以及设置在回流焊接加热炉中的加热控制模块和检测模块；

所述计算机与设置在回流焊接加热炉中的控制器通讯，所述控制器电连加热控制模块和检测模块；所述加热控制模块电连设置在加热炉中的加热装置；所述检测模块与热分析计算模型连通，并将检测数据发送至热分析计算模型中。

2.根据权利要求1所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统，其特征在于，所述回流焊接加热炉包括，炉体本体，安装在炉体本体中的加热传送工位，以及设置在加热传送工位上的加热装置；

所述加热装置包括：安装在加热传送上的红外回流焊区和热风回流焊区；所述红外回流焊区设有红外加热器；所述热风回流焊区分布在红外回流焊区两侧包括套接在加热传送工位上的风热装置；所述加热传送工位上设有红外摄像仪与检测模块通信。

3.根据权利要求2所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统，其特征在于，所述红外加热器设置在加热传送工位的上下两侧；

所述风热装置设置在加热传送工位的边缘处，包括：设置在炉体本体内的安装机架，固定安装在安装机架上的热风管，连接在热风管一端的加热风箱，以及固定安装在热风管另一端的喷流头；所述热风管呈条形管道状；所述安装机架的外部设有保温外壳，所述保温外壳的顶部设有通风孔，所述通风孔处设有法兰结构和电动气阀。

4.根据权利要求2所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统，其特征在于，所述加热传送工位包括设置在保温外壳中的支架组件，套接在支架组件两端的第一传动辊和第二传动辊，套接在第一传动辊上的传动皮带，套接在传动皮带另一端的驱动电机，以及传动套接在第一传动辊和第二传动辊两端的输送链条；所述第一传动辊和第二传动辊的两端固定连接与输送链条配适的齿链轮，所述输送链条固定连接传送带。

5.根据权利要求4所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统，其特征在于，所述加热传送工位传送带上还包括与检测模块通信连通的多个测温单元，所述测温单元由热敏元件制成。

6.基于权利要求1所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下工作步骤：

S1、加热传送工位上的第一热风回流焊区开启，基板放置在加热传送工位上，随链条的移动向热风回流焊区运送，使基板整体保持稳定的均匀温度；

S2、当加热传送工位带动基板前进至红外回流焊区时，加热传送工位带动基板前进至红外回流焊区时，通过红外摄像仪录入基板所有贴片坐标数据并通过A/D转换得出及其对应的坐标温度数据，并计算所有贴片所在温度平均值；计算建立对应关系的多个贴片坐标点温度与相对应所有贴片温度平均值的偏差值；

S3、控制模块调动红外加热器的驱动，开启红外加热器，将的辐射热源的温度设定3个温度值，分别为30℃-50℃、50℃-60℃、60℃-80℃，仅对根据具体的基板材料选定；

S4、并开启第二的热风回流焊区，使红外回流焊区两侧产生热风对流使多个基板之间的温度梯度保持稳定；

S5、同时控制模块对多个测温单元对同一基板上靠近辐射热源的贴片和不靠近辐射热源的贴片之间的温差进行收集，进而对红外摄像仪录入的测温差误差进行补偿校准，调整加热风箱的速率。

7.根据权利要求6所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统，其特征在于，所述红外摄像仪录入热分析计算模型中的温度数据分别记录T₁，T₂······T_n；当记录的数据达到N个时，求N个数据的平均值T，其中N≥2，T＝(T₁+T₂+……)/N；；将T与T₀比较，达到差值ΔT＝T₀-T。

8.根据权利要求6所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统，其特征在于，所述检测模块将红外摄像仪的图像数据转化为温度数据传送至热分析计算模型，在热分析计算模型中建立焊接点坐标与加热温度对应关系。

9.根据权利要求6所述的一种用于电子回流焊接的温度控制系统，其特征在于，所述测温单元反馈至控制模块的数据为测温单元中测温二极管所测的温度和测温单元表面空气引起的消耗功率，其中消耗功率的计算方法如下：

P＝λL²ΔT；

ΔT表示测温单元上下游温差与

成线性关系，其中C是常数，U表示流体速度；K_f，μ，a是加热工位表面流体的热导率，动态粘滞系数，热扩散率；K_c是加热工位衬底热导率，L、D表示测温单元尺寸和厚度，P是消耗总功率，λ表示测温二极管的导热传导系数，进而若保持环境温度与二极管所测温度差ΔT恒定，则由风速引起的功率损失P与

成线性关系：

故根据风速变化时测量得到消耗功率的大小，就可推出风速结果,进而控制模块对加热风箱的速率进行调控。

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