CN111805038A - 一种离线正压焊接炉系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种离线正压焊接炉系统，包括电脑控制中心、操控系统、真空腔、加热装置、传感装置和驱动装置，操控系统能够生成正压焊接方案，所述正压焊接方案包括真空腔内部的正压预设值、负压预设值、真空腔温度预设值以及打开真空腔的预定安全温度。本申请还提供一种离线正压焊接炉系统的操作方法，包括：根据工艺需要生成正压焊接方案,其中，所述正压焊接方案包括充入保护气体使真空腔内达到预设的正压值；对真空腔进行抽真空，达到预设的抽取时间或达到预设的负压值；根据获得的正压焊接方案对真空腔内的焊接工件进行加热焊接；使真空腔内温度降至所述预定安全温度、压力达到常压后，打开真空腔。本申请有效提高了产品的质量和可靠性。

Description

一种离线正压焊接炉系统及其操作方法
技术领域
本申请涉及正压焊接炉领域，尤其是指一种离线正压焊接炉系统及其操作方法。
背景技术
现有技术中，对于电子芯片的焊接，可以采用回流焊机进行焊接，对回流焊机的应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用。现有焊接炉对焊接芯片具体的方法是将芯片和被焊接基板放置在真空腔内，对芯片和基板进行加热，以便将真空腔内的基板上芯片通过熔化的焊锡膏或预成形焊片与基板焊接在一起。由于不同的焊锡膏具有不同的特性，所以在焊接的时候，需要根据所用的焊锡膏按符合该焊锡膏焊接性能的理想温度曲线来控制温度，以便得到高质量的焊接产品。在焊接过程中，焊锡膏加热产生气体，为了使焊锡膏内的气泡溢出，现有的焊接炉如果采取常压焊接，会导致焊接面的空洞率过高影响产品可靠性，如果采用负压焊接的方式，会导致气泡破裂时会将助焊剂或锡珠飞溅在基板或芯片表面，容易影响产品性能，对产品的质量影响也很大。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种离线正压焊接炉系统，包括：电脑控制中心、操控系统、真空腔、加热装置、传感装置和驱动装置；
所述加热装置用于工件在真空腔内的加热；所述加热装置上设置有用于调整温度的温度控制器；
所述传感装置包括用于检测真空腔内部负压值的真空仪表、用于检测真空腔内部温度的温度传感器、用于检测真空腔内部正压值的压力仪表；其中，所述真空仪表和压力仪表通过管道与真空腔连接；
所述驱动装置包括用于给真空腔抽真空的真空泵驱动器、用于向真空腔注入保护气体的保护气体驱动器、用于向真空腔注入正压保护气体的保护气体加压驱动器和用于冷却的水泵驱动器；
所述电脑控制中心分别与操控系统、加热装置、传感装置、驱动装置通讯连接；所述电脑控制中心能够将操控系统的发出的指令信息传递给加热装置、传感装置和驱动装置；也能将加热装置、驱动装置和传感装置数据信息传递给操控系统；
所述操控系统能够生成正压焊接方案，所述正压焊接方案包括所述操控系统根据预设的焊接要求，生成的时间-温度控制参数和时间-压力参数，其中所述操控系统也能够对上述参数进行编辑；
所述正压焊接方案还包括焊接过程中加入保护气体后真空腔内部的正压预设值、抽出气体后的负压预设值、焊接过程中的真空腔温度预设值以及打开真空腔的预定安全温度、以及是否向真空腔内充入还原剂的操作。
其中，在一些实施方式中，所述传感装置还包括用于检测真空腔内部氧气含量的氧气分析仪、以及检测还原剂液位的液位传感器和用于检测还原剂流量和检测充入安全气体流量的质量流量计；其中，所述液位传感器与还原剂容器连接，还原剂容器通过管道与真空腔连接；所述氧气分析仪、质量流量计也通过管道与真空腔连接。
其中，在一些实施方式中，所述离线正压焊接炉系统还包括露点分析仪，其中，根据氧气分析仪和露点分析仪的得到的数据和配置的需要，所述离线正压焊接炉系统还能够具有负压功能。
本申请还提供一种使用如上述的离线正压焊接炉系统的操作方法，该方法的步骤包括：
S100,根据工艺需要生成正压焊接方案,其中，所述正压焊接方案包括充入保护气体使真空腔内达到预设的正压值；
S200，对真空腔进行抽真空，达到预设的抽取时间或使真空腔内部达到预设的负压值；
S300,根据获得的正压焊接方案对真空腔内的焊接工件进行加热焊接；
S400,对真空腔进行冷却和卸压，使真空腔内温度降至所述预定安全温度、压力达到常压后，打开真空腔。
其中，在一些实施方式中，所述正压焊接方案包括：对工件进行加热的同时注入保护气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第一焊接时间段内保持所述第一温度预设值和第一正压预设值。
其中，在一些实施方式中，所述正压焊接方案包括：充入保护气体，使真空腔内部压力达到常压后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第二焊接时间段内保持第二温度预设值和第二正压预设值。
其中，在一些实施方式中，所述正压焊接方案包括：在真空腔内进行抽真空或充入保护气体，使真空腔内部压力达到第一负压预设值后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第三焊接时间段内保持第三温度预设值和第三正压预设值。
其中，在一些实施方式中，所述正压焊接方案包括：向真空腔内充入保护气体，使真空腔内部压力达到常压后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第四焊接时间段内保持第四温度预设值和第四正压预设值，再抽出气体，使真空腔内部在第五焊接时间段内保持第二负压预设值。
其中，在一些实施方式中，对真空腔进行冷却和卸压的步骤为：泄压完成后再进行冷却或者在压力状态下进行冷却后再卸压。
本申请实现的有益效果如下：
本申请采用加入保护气体正压的方式，在焊接过程中，焊锡膏加热产生气体，通过本申请的系统和方法，焊锡膏内的气泡破裂时不会将焊锡膏喷溅在电路板上，能够大大提升成品率。减少焊接空洞率以及降低助焊剂飞溅的，实现高质量焊接。
本发明方法实现了将焊锡膏按其理想温度曲线升温熔融进行焊接，使焊锡膏的性能最优，大幅提高焊接件(PCB板等)的质量。并且焊接过程中的各步骤连接顺畅，进一步提高产品质量及工作效率。
作为上述实施例的优选，其中加热前先对冷却系统中的冷却水循环通道进行干燥。避免了存留冷却水在高温下的危险性。
另外，在本发明系统和方法中还可以通过导入焊锡膏的理想温度曲线到编辑时间-温度控制参数的坐标系统中，并调整至两者的单位一致，从而可以按照理想温度曲线首次编辑时间-温度控制参数。更加降低了编辑时间-温度控制参数的难度，操作人员不必进行培训、也不必有经验即可现实。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的离线正压焊接炉系统的结构示意图。
图2为本申请的离线正压焊接炉系统的操作方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本发明的离线正压焊接炉系统的结构示意图。本申请所述的正压焊接炉，是满足锡膏的回流焊接工艺，焊片焊接工艺和共晶焊接工艺的焊接炉。如图1所示，离线正压焊接炉系统，包括：电脑控制中心、操控系统、真空仪表、温度控制器、温度传感器、温度探测传感器、压力仪表、真空泵驱动器、保护气体驱动器、加热控制器、保护气体加压驱动器、助焊剂回收系统、保护气体回收再利用控制器、安全回路、水泵驱动器；
其中，真空仪表与正压焊接炉内的真空腔通过管道连接，以检测真空腔中的负压值；压力仪表与正压焊接炉内的真空腔通过管道连接，用于检测真空腔内的正压值；
温度传感器设置在真空腔内部或者外部，用于检测真空腔内部温度；温度控制器设于焊接真空腔内部的加热器上，对加热器的温度进行控制；温度探测传感器设于真空腔内的工件上，探测真空腔内焊接工件的实时温度，一般是在首次检测真空腔内温度时使用，在后期实际焊接操作中通常不再使用。
真空泵驱动器，与真空泵连接，控制真空泵进行真空腔的抽真空处理；
保护气体驱动器，与保护气体(氮气)容置设备连接，用于向真空腔内注入保护气体。
保护气体加压驱动器，与保护气体驱动器连接，用于向焊接炉内注入保护气体同时增加真空腔内的压强。
助焊剂回收系统，用于助焊剂回收。
保护气体回收再利用控制器，用于对保护气体的回收和利用。
安全回路用于进行安全回路检测，其中具体包含安全锁装置、液位检测装置，真空腔上盖开关检测装置和箱体温度检测装置、气源压力检测装置；
水泵驱动器，与水泵连接，控制水泵进行冷却水循环；
此正压炉还可以配合负压功能使用，达到理想焊接效果。
电脑控制中心与操控系统以及离线正压焊接炉系统中的其他设备通讯连接，能够接受系统中的设备传输过来的信号数据，同时将这些信号数据传输给操控系统，在操控系统对信号数据进行判断和进行调整后，还能够向系统中的设备发送信号，控制其他设备根据操控系统的操控来进行工作；
本申请操控系统能够能够根据预设的正压焊接炉内真空腔的焊接要求，生成预设的时间-温度控制参数，同时能够对该曲线进行编辑，从而实时对离线正压焊接炉中的温度进行调整。
所述操控系统能够根据具体需要的工艺生成具体的正压焊接方案，所述正压焊接方案包括所述操控系统根据预设的焊接要求，生成预设的时间-温度控制参数和时间-压力参数，其中所述操控系统也能够对上述工艺参数进行编辑；
所述正压焊接方案还包括真空腔内的氧含量指标、焊接过程中加入保护气体后真空腔内的正压预设值、负压预设值；焊接过程中的真空腔温度预设值以及打开真空腔的预定安全温度、焊接工艺参数、以及是否向真空腔内充入还原剂的操作。
具体步骤如图2所示为：
根据工艺需求，通过操控系统对时间-温度控制参数进行设定和编辑，其中时间-温度控制参数参数主要包括负压值、温度、保温时间，冷却温度、压力及各个工艺跳转所需的条件等。
为保证设备工艺正常运行，在运行前首先进行安全回路检测。主要检测的部分包括安全锁装置检测、液位检测装置检测，真空腔上盖开关检测装置检测和箱体温度检测装置检测、气源压力检测装置检测。电脑控制中心通过安全回路对回流焊机运行进行保护。只有电脑控制中心检测到安全回路中的各部分均正常时才会发出工作信号，回流焊机才会进行相应的加热焊接工作，而在焊接过程中安全回路中的任何一部分异常(如液位超出安全范围，箱体温度超过安全警戒线等)均会报警或停止回流焊机运行，避免事故的发生。
以上个检测项根据设备不同，工艺不同、需要检测的项目和设备也不同。一旦设备安全检测通过，则直接跳转到下一工艺步骤；如设备安全检测没有通过，则需要对设备重新进行故障点排除，排除后重新进行检测，检测通过方可进行下一步骤。
设备安全回路检测完毕后，为了防止氧化，需对真空腔内氧气进行置换操作，其步骤具体为:通过真空泵驱动器对真空腔抽真空，当真空仪表检测到的数据达到设定的负压预设值时，停止抽真空；此时确保真空腔内含氧量达到标准，开始通过保护气体驱动器向焊接真空腔内注入保护气体。
另一种防止氧化的方式为设置抽真空的安全时间，当达到该安全时间后，确保真空腔内含氧量达到标准，此时停止抽真空。
根据客户对工艺的要求，以上该步骤可重复进行，也即可以多次充入保护性气体，用保护气体置换氧气。
其中，在某些特殊加工工艺要求中，有需要将设备元件进行还原的过程。但需要进行还原时，在操控系统中选择还原剂/气的选项，则电脑控制中心控制助焊剂回收系统的还原剂/气回路打开，向真空腔内注入还原剂/气，当还原剂/气的量达到预定值时，停止注入。
当不需要进行还原时，则不选择该选项，直接进入下面的加热焊接步骤。
本申请所提到的还原剂，包括气体、液体或固体；其中，气体状态的还原剂包括氮氢混合气体、甲酸气体或氢气等还原性气体。
本申请中加热焊接的步骤，根据正压气体注入的时间节点不同。包括四种工艺步骤。
本申请的焊接方案为了保证最终成品质量，设置真空腔内的焊接过程中，使真空腔内的压力要达到设定的某一正压值并在设定时间段内保持在设定的正压值。
所述正压焊接方案具体包括：
第一正压焊接方案：对工件进行加热的同时注入保护气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第一焊接时间段内保持所述第一温度预设值和第一正压预设值。
第二正压焊接方案：充入保护气体，使真空腔内部压力达到常压后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第二焊接时间段内保持第二温度预设值和第二正压预设值。
第三正压焊接方案：在真空腔内进行抽真空或充入保护气体，使真空腔内部压力达到第一负压预设值后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第三焊接时间段内保持第三温度预设值和第三正压预设值。
第四正压焊接方案：向真空腔内充入保护气体，使真空腔内部压力达到常压后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第四焊接时间段内保持第四温度预设值和第四正压预设值，再抽出气体，使真空腔内部在第五焊接时间段内保持第二负压预设值。
当真空腔温度达到设定峰值时，启动保护气体加压装置，向焊接真空腔内注入保护气体，直至达到正压预设值，在本实施例中，一般会设置增加到大于0.1MPa-小于0.8MPa的压强，并保持焊接时间段。
在加热焊接步骤之前如果真空腔内部有冷却液体管路，需对管路内液体其进行清除处理。防止因加热造成内部载台温度均性差：具体是将冷却管路内注入压缩性气体。可以使用保护性气体或者注入压缩空气。如果在设备内部没有冷却管路该步骤可省略。
焊接完成后操控系统控制水泵驱动器，对真空腔内载台进行冷却。降至预定区安全温度，释放压力，开仓。
除水冷方式冷却外，还可以采用风冷的方式，或者风冷和水冷同时进行的方式进行冷却。
对真空腔进行冷却和卸压的步骤为：泄压完成后再进行冷却或者在压力状态下进行冷却后再卸压
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种离线正压焊接炉系统，包括：电脑控制中心、操控系统、真空腔、加热装置、传感装置和驱动装置；
所述加热装置用于工件在真空腔内的加热；所述加热装置上设置有用于调整温度的温度控制器；
所述传感装置包括用于检测真空腔内部负压值的真空仪表、用于检测真空腔内部温度的温度传感器、用于检测真空腔内部正压值的压力仪表；其中，所述真空仪表和压力仪表通过管道与真空腔连接；
所述驱动装置包括用于给真空腔抽真空的真空泵驱动器、用于向真空腔注入保护气体的保护气体驱动器、用于向真空腔注入正压保护气体的保护气体加压驱动器和用于冷却的水泵驱动器；
所述电脑控制中心分别与操控系统、加热装置、传感装置、驱动装置通讯连接；所述电脑控制中心能够将操控系统的发出的指令信息传递给加热装置、传感装置和驱动装置；也能将加热装置、驱动装置和传感装置数据信息传递给操控系统；
所述操控系统能够生成正压焊接方案，所述正压焊接方案包括所述操控系统根据预设的焊接要求，生成的时间-温度控制参数和时间-压力参数，其中所述操控系统也能够对上述参数进行编辑；
所述正压焊接方案还包括焊接过程中加入保护气体后真空腔内部的正压预设值、抽出气体后的负压预设值、焊接过程中的真空腔温度预设值以及打开真空腔的预定安全温度、以及是否向真空腔内充入还原剂的操作。
2.如权利要求1所述的离线正压焊接炉系统，其中，所述传感装置还包括用于检测真空腔内部氧气含量的氧气分析仪、以及检测还原剂液位的液位传感器和用于检测还原剂流量和检测充入安全气体流量的质量流量计；其中，所述液位传感器与还原剂容器连接，还原剂容器通过管道与真空腔连接；所述氧气分析仪、质量流量计也通过管道与真空腔连接。
3.如权利要求1所述的离线正压焊接炉系统，其中所述离线正压焊接炉系统还包括露点分析仪，其中，根据氧气分析仪和露点分析仪的得到的数据和配置的需要，所述离线正压焊接炉系统还能够具有负压功能。
4.一种使用如权利要求1-3任一项所述的离线正压焊接炉系统的操作方法，该方法的步骤包括：
S100,根据工艺需要生成正压焊接方案,其中，所述正压焊接方案包括充入保护气体使真空腔内达到预设的正压值；
S200，对真空腔进行抽真空，达到预设的抽取时间或使真空腔内部达到预设的负压值；
S300,根据获得的正压焊接方案对真空腔内的焊接工件进行加热焊接；
S400,对真空腔进行冷却和卸压，使真空腔内温度降至所述预定安全温度、压力达到常压后，打开真空腔。
5.如权利要求4所述的在线正压焊接炉系统的操作方法，其中，所述正压焊接方案包括：对工件进行加热的同时注入保护气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第一焊接时间段内保持所述第一温度预设值和第一正压预设值。
6.如权利要求4所述的在线正压焊接炉系统的操作方法，其中，所述正压焊接方案包括：充入保护气体，使真空腔内部压力达到常压后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第二焊接时间段内保持第二温度预设值和第二正压预设值。
7.如权利要求4所述的在线正压焊接炉系统的操作方法，其中，所述正压焊接方案包括：在真空腔内进行抽真空或充入保护气体，使真空腔内部压力达到第一负压预设值后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第三焊接时间段内保持第三温度预设值和第三正压预设值。
8.如权利要求4所述的在线正压焊接炉系统的操作方法，其中，所述正压焊接方案包括：向真空腔内充入保护气体，使真空腔内部压力达到常压后，开始对工件进行加热并继续充入气体，根据时间-温度控制参数和时间-压力参数对真空腔内部温度和压力进行调整，并使真空腔内部在第四焊接时间段内保持第四温度预设值和第四正压预设值，再抽出气体，使真空腔内部在第五焊接时间段内保持第二负压预设值。
9.如权利要求4所述的在线正压焊接炉系统的操作方法，其中，对真空腔进行冷却和卸压的步骤为：泄压完成后再进行冷却或者在压力状态下进行冷却后再卸压。
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