TWI793351B - 用於回流焊爐的氣體控制系統和方法 - Google Patents

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Abstract

本案涉及一種用於回流焊爐的氣體控制系統和方法，包括：氧氣探測裝置，能夠與爐膛中的氣體接觸，用於探測爐膛中的氧氣濃度；進氣閥裝置，用於可控地將工作氣體源與爐膛流體連通，從而將工作氣體輸入到爐膛中；及控制器，根據氧氣濃度信號來控制至少一個進氣閥裝置的開度，以調節輸入爐膛中的工作氣體。本案的氣體控制系統和方法，即時探測爐膛中的氧氣濃度，並根據預先設置的設定值或目標值，自動調節氣體控制閥以控制工作氣體的輸入，控制精度較高，調節速度較快，並且在停止工作或在工作間歇時，能夠及時關閉氣體控制閥，從而避免浪費、降低成本。

Description

用於回流焊爐的氣體控制系統和方法
本案涉及回流焊爐，尤其涉及用於回流焊爐的氣體控制系統和方法。
在印刷電路板的製作程序中，通常通過被稱為「回流焊接」的製程，將電子元件安裝到電路板上。在典型的回流焊接製程中，將焊膏（例如錫膏）沉積到電路板上選定的區域，並將一或多個電子元件的導線插入所沉積的焊膏中。然後使電路板通過回流焊爐，在回流焊爐中，焊膏在加熱區域中回流（即，加熱至熔化或回流溫度），然後在冷卻區域中冷卻，以將電子元件的導線電氣且機械地連接至電路板。這裡所使用的術語「電路板」包括任何類型的電子元件的基板元件，例如包括晶片基板。
在回流焊爐中，通常以空氣或基本上惰性的氣體（例如氮氣）作為工作氣體，針對不同製程要求的電路板使用不同的工作氣體。在回流焊爐的爐膛中充滿工作氣體，電路板在通過傳送裝置傳送通過爐膛時在工作氣體中執行焊接。對於以基本上惰性的氣體作為工作氣體的回流焊爐而言，在運行程序中外界空氣會不可避免地進入回流焊爐的爐膛中，從而使得爐膛中存在有氧氣。氧氣的濃度如果超過一定的水平，則會對焊接產生不利影響，例如使焊接部件產生氧化等。因此，需要在回流焊爐的運行程序中向爐膛中補充工作氣體以將氧氣的濃度維持期望的水平。
不同的焊接製程對工作氣體的濃度有不同的要求，通常使用氧氣濃度（PPM值，百萬分比濃度）來反映工作氣體的濃度，氧氣濃度越低則表示工作氣體濃度越高。在回流焊爐運行程序中，經常需要根據焊接製程的要求調節工作氣體的濃度，使用手動方式調節氣體控制閥，控制精度較低，調節速度較慢。在停止工作或在工作間歇時，不能及時關閉氣體控制閥，也會造成工作氣體的浪費和能源損失，從而增加生產成本。
本案提供一種用於回流焊爐的氣體控制系統和方法，即時探測爐膛中的氧氣濃度，並根據預先設置的設定值或目標值，自動調節氣體控制閥以控制工作氣體的輸入，從而使爐膛中的工作氣體濃度達到焊接製程的要求。本案的系統和方法，控制精度較高，調節速度較快，並且在停止工作或在工作間歇時，能夠及時關閉氣體控制閥，從而避免浪費、降低成本。
一方面，本案提供一種用於回流焊爐的氣體控制系統，回流焊爐的爐膛中具有氣體，氣體包括氧氣和工作氣體，氣體控制系統包括：氧氣探測裝置，氧氣探測裝置能夠與爐膛中的氣體接觸，用於探測爐膛中的氧氣濃度，其中氧氣探測裝置根據探測到的氧氣濃度而產生氧氣濃度信號；至少一個進氣閥裝置，用於可控地將工作氣體源與爐膛流體連通，從而將工作氣體輸入到爐膛中；及控制器，控制器配置為根據氧氣濃度信號來控制至少一個進氣閥裝置的開度，以調節輸入爐膛中的工作氣體的流量。
根據上述的氣體控制系統，爐膛包括峰值區；氧氣探測裝置與峰值區中的氣體接觸，用於探測峰值區中的氧氣濃度。
根據上述的氣體控制系統，爐膛的工作環境要求氧氣濃度達到目標設定值；控制器根據氧氣濃度信號所反映的實際探測值和目標設定值來控制至少一個進氣閥裝置的開度。
根據上述的氣體控制系統，爐膛包括預熱區；至少一個進氣閥裝置將預熱區與工作氣體源流體連通。
根據上述的氣體控制系統，爐膛還包括冷卻區；至少一個進氣閥裝置包括第一進氣閥裝置和第二進氣閥裝置，其中第一進氣閥裝置將預熱區與工作氣體源流體連通，以及第二進氣閥裝置將冷卻區與工作氣體源流體連通。
根據上述的氣體控制系統，控制器配置為能夠辨識氧氣濃度的調節設定值，調節設定值大於目標設定值；控制器配置為當氧氣濃度信號所反映的實際探測值大於調節設定值時，增大第一進氣閥裝置和第二進氣閥裝置的開度；及控制器配置為當氧氣濃度信號所反映的實際探測值小於調節設定值時，將第一進氣閥裝置的開度保持在一預設值，並調節第二進氣閥裝置的開度。
根據上述的氣體控制系統，還包括：工作狀態指示裝置，用於指示回流焊爐處於正在處理電路板的狀態或者處於未處理電路板的狀態；其中當工作狀態指示裝置指示回流焊爐處於未處理電路板的狀態時，控制器配置為降低至少一個進氣閥裝置以最小流量輸出供應工作氣體。
根據上述的氣體控制系統，氧氣探測裝置包括：採樣裝置，採樣裝置與爐膛流體連通，用於採集爐膛中的氣體；氧氣分析儀，氧氣分析儀與採樣裝置連接，用於分析所採集的氣體中的氧氣濃度；及氧氣分析儀與控制器連接，用於根據氧氣分析儀分析得到的氧氣濃度而產生氧氣濃度信號，並將氧氣濃度信號傳輸至控制器。
根據上述的氣體控制系統，氧氣探測裝置包括：氧氣探針，氧氣探針插入爐膛中，用於探測爐膛中的氧氣濃度；及氧氣探針與控制器連接，用於根據氧氣探針探測的氧氣濃度產生氧氣濃度信號，並將氧氣濃度信號傳輸至控制器。
根據上述的氣體控制系統，至少一個進氣閥裝置中的每一個包括：壓力比例閥，壓力比例閥與工作氣體源連接，用於從工作氣體源接收工作氣體，並且壓力比例閥與控制器連接，用於根據控制器的控制來調節氣體的壓力；及節流閥，節流閥與壓力比例閥連接，用於根據壓力比例閥所調節的氣體壓力線性地調節氣體流速。
根據上述的氣體控制系統，工作氣體為氮氣。
另一方面，本案還提供一種用於回流焊爐的氣體控制方法，回流焊爐的爐膛包括預熱區和冷卻區，其特徵在於氣體控制方法包括以下步驟：探測爐膛中的氧氣濃度，其中所探測的氧氣濃度反映實際探測值；設定氧氣濃度的調節設定值和目標設定值，調節設定值大於目標設定值；當實際探測值大於調節設定值時，增大第一進氣閥裝置和第二進氣閥裝置的開度,直至實際探測值小於調節設定值，其中第一進氣閥裝置將預熱區與工作氣體源流體連通，以及第二進氣閥裝置將冷卻區與工作氣體源流體連通；當實際探測值小於調節設定值時,保持第一進氣閥裝置的開度在一預設值，減小第二進氣閥裝置的開度，直至實際探測值等於目標設定值。
根據上述的氣體控制方法，還包括以下步驟：在回流焊爐保持穩定工作期間，將第一進氣閥裝置的開度保持在一預設值，並調節第二進氣閥裝置的開度，以將實際探測值穩定在目標設定值附近；其中當實際探測值小於目標設定值時，減小第二進氣閥裝置的開度，直至實際探測值等於目標設定值；當實際探測值大於目標設定值時，增大第二進氣閥裝置的開度，直至實際探測值等於目標設定值；及當實際探測值等於目標設定值時，將第二進氣閥裝置的開度保持在當前值。
根據上述的氣體控制方法，爐膛還包括峰值區；探測爐膛中的氧氣濃度包括：探測峰值區中的氧氣濃度。
根據上述的氣體控制方法，還包括以下步驟：檢測回流焊爐的工作狀態；當檢測到回流焊爐未處於工作狀態時，降低第一進氣閥裝置和第二進氣閥裝置以最小流量輸出供應工作氣體。
下面將參考構成本說明書一部分的附圖對本案的各種具體實施方式進行描述。應該理解的是，雖然在本案中使用表示方向的術語，諸如「前」、「後」、「上」、「下」、「左」、「右」、「內」、「外」、「頂」、「底」等描述本案的各種示例結構部分和元件，但是在此使用這些術語只是為了方便說明的目的，這些術語是基於附圖中顯示的示例方位而決定的。由於本案所揭示的實施例可以按照不同的方向設置，所以這些表示方向的術語只是作為說明而不應視作為限制。
圖1為本案的回流焊爐及其氣體控制系統的一個實施例的簡化示意圖，圖示從回流焊爐的側面看過去的視圖。如圖1所示，回流焊爐110包括爐膛112，以及預熱區101、均溫區103、峰值區105和冷卻區107。在峰值區105和冷卻區107之間還設置有阻隔排氣區109。爐膛112貫穿預熱區101、均溫區103、峰值區105和冷卻區107，預熱區101、均溫區103、峰值區105和冷卻區107通過爐膛112流體連通。此外，預熱區101、均溫區103、峰值區105和冷卻區107各個區域本身與爐膛112也是流體連通的。爐膛112包括入口114和出口116。回流焊爐110還設有輸送裝置118，輸送裝置118貫穿爐膛112設置，用於將待處理的電路板通過爐膛112的入口114送入爐膛112，並將經過回流焊爐110處理過的電路板通過爐膛112的出口116從爐膛112中輸出。回流焊爐110能夠以惰性氣體（如氮氣）作為工作氣體，以下將以氮氣作為工作氣體進行說明。需要說明的是，圖1示出的是從回流焊爐110的側面看過去的視圖，其中為了方便介紹回流焊爐110，在圖1中移除了用於遮擋住爐膛112的前後側的外殼。
預熱區101、均溫區103和峰值區105 中分別設有加熱裝置，這些區域共同形成加熱區106。在圖1所示的實施例中，加熱區106包括三個預熱區101、三個均溫區103和三個峰值區105。預熱區101、均溫區103、峰值區105連續相接，且溫度逐漸升高。在預熱區101和均溫區103中，電路板被加熱，電路板上分配的焊膏中的助焊劑中的一部分會汽化。峰值區105的溫度比預熱區101和均溫區103更高，焊膏在峰值區105中熔化。峰值區105也是更高溫度的VOC（如松脂、樹脂）將會汽化的區域。在圖1所示的實施例中，回流焊爐110包括三個冷卻區107，這些區域中設有冷卻裝置。在電路板從加熱區106輸送入冷卻區107中後，焊膏在電路板的焊接區域上受冷卻而固化，從而將電子元件連接在電路板上。值得注意的是，回流焊爐的預熱區101、均溫區103、峰值區105和冷卻區107的數量可以根據要焊接的產品和不同的焊接製程而改變，而不僅限於圖1所示的實施例。
在加熱區106和冷卻區107之間的連接區域設置阻隔排氣區109。阻隔排氣區109可以從爐膛112中抽出或排出氣體，從而阻礙或減少來自加熱區106的含揮發性污染物的氣體進入冷卻區107。此外，通過從爐膛112中抽出或排出氣體，阻隔排氣區109也能夠用作隔溫區域，將高溫的加熱區106和低溫的冷卻區107隔離開。
本案的回流焊爐110能夠使用氮氣作為工作氣體。回流焊爐110配備有工作氣體源140，用於向爐膛112輸送清潔的工作氣體。回流焊爐110還包括位於爐膛112的入口114和出口116處的氣體阻隔區108。氣體阻隔區108用於朝向爐膛112供應氮氣而形成氮氣簾，通過氮氣簾可以阻擋外部環境中的空氣進入爐膛112中。回流焊爐110還配備有排氣裝置（圖中未示出），用於將爐膛112中的含揮發性污染物的氣體排出。排氣裝置通常連接在回流焊爐110的溫度較高的區域，例如均溫區103、峰值區105或阻隔排氣區109。在回流焊爐110處於正在處理電路板的狀態時，排氣裝置會一直處於工作狀態，以保持爐膛112中氣體的潔淨。在此程序中，也需要從工作氣體源140一直輸入清潔的氮氣，以維持爐膛112所需要的工作氣氛以及工作壓力。
由於在輸送裝置118輸送電路板進入或離開爐膛112的程序中，不可避免地會有相對少量的外部環境的空氣進入爐膛112，因此爐膛112中的工作氣體中會始終夾雜有氧氣。不同的焊接製程對於爐膛112內的氧氣濃度水平具有不同的要求，通常在500-5000PPM（百萬分率）。期望的是爐膛112內的氧氣濃度保持在特定焊接製程所要求的數值附近。這樣，既能滿足焊接品質的要求，又能夠節省氮氣。
為此，本案的回流焊爐110還配備有氣體控制系統，用於通過調節輸入爐膛112中的氮氣的量來調節爐膛112中的氧氣濃度，以使得氧氣濃度達到回流焊爐的中特定焊接製程所要求的水平。此外，所述氣體控制系統還用於根據回流焊爐110的工作狀態來控制工作氣體源140的啟用與停用。
仍然參見圖1，用於回流焊爐110的氣體控制系統包括氧氣探測裝置120、第一進氣閥裝置131、第二進氣閥裝置132和控制器122。氧氣探測裝置120與爐膛112中的氣體接觸，用於探測爐膛112中的氧氣濃度，並根據探測到的氧氣濃度而產生氧氣濃度信號。第一進氣閥裝置131、第二進氣閥裝置132用於可控地將工作氣體源140與爐膛112流體連通，以將氮氣輸入到爐膛112中。控制器122用於根據氧氣濃度信號來控制第一進氣閥裝置131和第二進氣閥裝置132的開度，以調節輸入爐膛112中的氮氣的量，由此調節爐膛112中的氧氣濃度。所述開度表示閥的打開程度，介於0-100%之間，其中開度為0表示關閉，開度為100%表示全部打開。所述氧氣濃度信號反映了氧氣濃度的實際探測值DV 。
在圖1所示的實施例中，第一進氣閥裝置131和第二進氣閥裝置132均包括壓力比例閥和節流閥。具體而言，第一進氣閥裝置131包括第一壓力比例閥133.1和第一節流閥134.1，而第二進氣閥裝置132包括第二壓力比例閥133.2和第二節流閥134.2。第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2與工作氣體源140連接，能夠可控地調節從工作氣體源140接收的氮氣的壓力。第一節流閥134.1和第二節流閥134.2分別與第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2連接，能夠根據第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2所調節的氣體壓力線性地調節氣體流速。例如，第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2可在0-1兆帕的範圍內調節氣體壓力，相對應的，第一節流閥134.1和第二節流閥134.2可在0-18立方米/小時的範圍內根據氣體壓力線性地調節氣體流速。第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2與控制器122連接，能夠通過控制器122來控制第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2的開度，而第一節流閥134.1和第二節流閥134.2能夠分別根據第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2所調節的氣體壓力自動調節氣體流速。通過壓力比例閥和節流閥相結合來調節氣體的流速，能夠在得到期望的氣體流速的同時得到期望的氣體壓力。
對應於特定焊接製程的氧氣濃度需求，本案預先設置特定的氧氣濃度目標設定值TV ，並將其儲存在控制器122中。控制器122可以辨識所述目標設定值TV ，並將氧氣探測裝置120產生的氧氣濃度信號所反映的實際探測值DV 與預先設置的目標設定值TV 進行比較，然後根據比較結果來控制第一壓力比例閥133.1和第二壓力比例閥133.2的開度。如果實際探測值DV 大於目標設定值TV ，表示氧氣濃度偏高，而氮氣濃度偏低，因此需要加大氮氣輸入量；反之，則需要減小氮氣輸入量。
仍然如圖1所示，第一進氣閥裝置131將預熱區101與工作氣體源140流體連通，第二進氣閥裝置132將冷卻區107與工作氣體源140流體連通。在加熱區106的各個區域中，氣體溫度是從左向右逐漸增高的，不同的區域對氣體溫度有不同的要求，以滿足不同的焊接製程要求。從靠近入口114的預熱區101和靠近出口116的冷卻區107的位置向爐膛112供應氮氣，可以使得來自工作氣體源140的常溫下的氮氣進入溫度較低的區域，從而避免對溫度較高的區域中的氣體溫度產生明顯影響。但是需要注意的是，也可以設置一個進氣閥裝置或者設置超過兩個進氣閥裝置，進氣閥裝置也可以將加熱區的其他區域與工作氣體源流體連通，這都在本案的保護範圍之內。
此外，氣體控制系統還包括工作狀態指示裝置150，用於指示回流焊爐110是處於正在處理電路板的狀態還是未處理電路板的狀態。當回流焊爐110處於未處理電路板的狀態時，期望的是進氣閥裝置131、132（例如減小進氣閥裝置131、132的開度）以最小流量輸出供應氮氣，在最小流量等於零時關閉進氣閥裝置131、132。
通常，當按下回流焊爐的控制台151上的ON/OFF控制鍵時，回流焊爐110開始/停止處理電路板，例如，在開始/停止回流焊爐110 工作的同時向工作狀態指示裝置150發送表示開始/停止的狀態指示信號。或者當回流焊爐110處於工作間歇時，例如爐膛112中沒有正在處理的電路板，相關的感測器或檢測裝置向工作狀態指示裝置150發送相應的狀態指示信號。當工作狀態指示裝置150接收到來自控制台或檢測裝置的狀態指示信號並向控制器122指示回流焊爐110處於未處理電路板的工作狀態時，控制器122關閉第一進氣閥裝置131和第二進氣閥裝置132以及時停止供應氮氣。作為本案的一個實施例，工作狀態指示裝置150可以是D觸發器或RS觸發器，能夠輸出不同的狀態信號（例如高位準和低位準）用於指示回流焊爐110不同的工作狀態（例如高位準和低位準分別指示正在工作和停止工作，或者低位準和高位準分別指示正在工作和停止工作）。作為一個實施例，所述D觸發器或RS觸發器可以由控制台151控制，控制台151上的ON和OFF控制鍵可以分別將D觸發器或RS觸發器的輸出置為高位準和低位準，用於指示不同的工作狀態。
在圖1的實施例中，氧氣探測裝置120與峰值區105中的氣體接觸，用於探測峰值區105中的氧氣濃度。在回流焊爐110中，峰值區105的溫度最高，也是在焊接程序中對焊接品質影響較大的區域。因此，本案通過探測峰值區105的氧氣濃度，並根據所探測的峰值區105的氧氣濃度調節氮氣供應量，能夠使峰值區105中的氧氣濃度保持在焊接製程要求的目標設定值，從而能夠顯著提高焊接品質。
圖2A和2B分別圖示圖1中的氣體控制系統的兩個不同實施例的簡化示意圖，其中圖2A和2B所示的實施例包括了不同的氧氣探測裝置120。
在圖2A的實施例中，氧氣探測裝置120包括採樣裝置220和氧氣分析儀222。採樣裝置220與爐膛112流體連通，用於採集爐膛112中的氣體。氧氣分析儀222與採樣裝置220連接，用於分析採樣裝置220所採集的氣體中的氧氣濃度，以得到氧氣濃度的實際探測值DV 。氧氣分析儀222進一步與控制器122連接，用於將經過分析得到的氧氣濃度的實際探測值DV 傳輸至控制器122。
此外，可以在採樣裝置220採集氣體之前先對氣體進行過濾，以免爐膛112中的氣體含有的揮發性污染物影響氧氣分析儀222的正常工作，由此提高氧氣分析儀222的分析精度並延長氧氣分析儀222的使用壽命。
在圖2B所示的實施例中，氧氣探測裝置120包括氧氣探針221和傳輸裝置223。氧氣探針221插入爐膛112中，用於探測爐膛112中的氧氣濃度，並產生氧氣濃度信號。傳輸裝置223與氧氣探針221連接，用於將氧氣探針221所探測的氧氣濃度傳輸至控制器122。氧氣探針221的前端具有氣體接觸表面，通過與氣體接觸即可探測出氣體的氧氣濃度。將氧氣探針221的前端插入爐膛112中進行探測，探測速度較快，探測精度也較高，且無需安裝額外的氣體管道，生產和使用都較為便捷。傳輸裝置223可以將氧氣探針221探測到的氧氣濃度信號轉換成適於控制器122接收和處理的格式，例如RS485格式，並傳輸至控制器122。傳輸裝置223可以是單獨的設備，也可以與氧氣探針221集成在一起。在其他的實施例中，傳輸裝置223也可以與控制器122集成在一起。
圖3為圖1中控制器122的一個實施例的簡化示意圖。控制器122包括匯流排301、處理器302、輸入介面303、輸出介面305以及具有控制程式308的記憶體307。處理器302、輸入介面303、輸出介面305和記憶體307，通過匯流排301通訊連接，使得處理器302能夠控制輸入介面303、輸出介面305和記憶體307的運行。記憶體307用於儲存程式、指令和資料，處理器302從記憶體307讀取程式、指令和資料，並且能夠向記憶體307寫入資料。
輸入介面303通過連接304接收信號和資料，例如工作狀態指示裝置150發出的指示回流焊爐110工作狀態的信號、氧氣探測裝置120 發出的氧氣濃度信號、以及人工輸入的各種參數等。輸出介面305通過連接306發送信號和資料，例如向進氣閥裝置131、132發送調節開度的控制信號。記憶體307中儲存有控制程式、以及預先設定的氧氣濃度的目標設定值和調節設定值等資料。可以在生產製造的工程中預先設定各類參數，也可以在使用時通過人工輸入或資料導入的方式來設定各類參數。處理器302從輸入介面303和記憶體307獲取各種信號、資料、程式和指令，進行相應的處理，並通過輸出介面305進行輸出。
圖4圖示採用圖1所示的回流焊爐及其氣體控制系統的氮氣輸入控制方法，其中圖示當氧氣濃度的實際探測值DV 遠大於目標設定值TV 而需要加大氮氣輸入量時，氮氣輸入控制方法的一個實施例。
本案為了使調節更為精確，根據不同的焊接製程要求進一步預先設定了相應的氧氣濃度調節設定值RV ，並將其儲存在控制器122的記憶體307中。該調節設定值RV 大於前述的目標設定值TV 。當氧氣濃度的實際探測值DV 遠大於目標設定值TV 而需要加大氮氣輸入量時，通過調節設定值RV 的設置，可以將對氮氣輸入量的調節分為粗調和微調兩個程序。概括來說，本案在粗調的程序中，對第一壓力比例閥133.1的開度V1和第二壓力比例閥133.2的開度V2都進行調節，而在微調的程序中，僅選取離氧氣探測區（即峰值區105）較近的第二壓力比例閥133.2作為調節對象，而對第一壓力比例閥133.1，則將其開度V1保持在一個預設值不變。可以根據不同的目標設定值TV 設置V1的相應的預設值。例如，當目標設定值TV 為500PPM時，將V1的預設值設置為35%；當目標設定值TV 為1000PPM時，將V1的預設值設置為30%。
具體而言，如圖4所示，當氧氣濃度的實際探測值DV 遠大於目標設定值TV 時，執行以下步驟：
步驟401：將實際探測值DV 與調節設定值RV 進行比較。如果實際探測值DV 大於調節設定值RV ，則執行步驟402；如果實際探測值DV 小於調節設定值RV ，則執行步驟403。
步驟402：調大第一壓力比例閥133.1的開度V1和第二壓力比例閥133.2的開度V2，直至實際探測值DV 小於調節設定值RV 。
步驟403：將第一壓力比例閥133.1的開度V1保持在預設值，而逐漸減小第二壓力比例閥133.2的開度V2，直至在步驟404中探測到氧氣濃度的實際探測值DV 降低到等於目標設定值TV 。
步驟404：將實際探測值DV 與目標設定值TV 進行比較。由於執行了步驟403，實際氧氣濃度會逐漸降低，導致實際探測值DV 會逐漸減小。當實際探測值DV 減小到與目標設定值TV 相等時，則執行步驟405。
步驟405：將第一壓力比例閥133.1的開度V1保持在預設值，並將第二壓力比例閥133.2 的開度V2保持在其當前值。之後繼續執行步驟406。
步驟406：將實際探測值DV 與目標設定值TV 進行比較。當執行步驟405之後，實際氧氣濃度會隨著電路板的輸入輸出爐膛112而產生小範圍的波動，因此繼續在步驟406中比較實際探測值DV 和目標設定值TV 。如果此時檢測到實際探測值DV 大於目標設定值TV ，則執行步驟407；如果此時檢測到實際探測值DV 小於目標設定值TV ，則執行步驟408；如果此時檢測到實際探測值DV 仍然等於目標設定值TV ，則繼續執行執行步驟405。
步驟407：將第一壓力比例閥133.1的開度V1保持在預設值，並將第二壓力比例閥133.2的開度V2調大，直至實際探測值DV 減小到等於目標設定值TV 。
步驟408：將第一壓力比例閥133.1的開度V1保持在預設值，並將第二壓力比例閥133.2的開度V2調小，直至實際探測值DV 增大到等於目標設定值TV 。
以上即為本案的氮氣輸入控制方法的一個實施例的操作步驟。其中步驟402執行的即為粗調程序，在粗調程序中通過同時調大兩個壓力比例閥133.1、133.2的開度可以顯著加大氮氣輸入量，以快速降低氧氣濃度。從步驟403到步驟408執行的是微調程序，通過將第一壓力比例閥133.1的開度V1保持在預設值，而僅對第二壓力比例閥133.2的開度V2進行調節，能夠對氮氣的輸入量進行比較平穩的調節，使得實際探測值DV 能夠逐漸接近並穩定在目標設定值TV ，從而在能夠保證氧氣濃度達到期望目標的同時節省氮氣。例如在回流焊爐110保持穩定工作期間，通過對第二壓力比例閥133.2的微調，可以使得實際探測值DV 能夠穩定在目標設定值TV 或只在目標設定值TV 附近的較小範圍內波動，一方面可以使得能夠在濃度比較穩定的工作氣氛中處理電路板，從而提高製程精度，改善處理效果；另一方面也能夠有效地節約氮氣及能源消耗。
需要說明的是，圖4所示的氮氣輸入控制方法僅僅示出本案的一個實施例，本領域技藝人士可以根據氣體控制系統的具體配置而更改氮氣輸入的控制方法，例如可以在微調程序中將第二壓力比例閥133.2的開度保持在預設值，而是僅僅調節第一壓力比例閥133.1的開度等等，這些都在本案的保護範圍內。
本說明書使用示例來公開本案，其中的一或多個示例被圖示於附圖中。每個示例都是為瞭解釋本案而提供，而不是為了限制本案。事實上，對於本領域技藝人士而言顯而易見的是，不脫離本案的範圍或精神的情況下可以對本案進行各種修改和變型。例如，作為一個實施例的一部分的圖示的或描述的特徵可以與另一個實施例一起使用，以得到更進一步的實施例。因此，其意圖是本案涵蓋在所附申請專利範圍及其均等物的範圍內進行的修改和變型。
101:預熱區 103:均溫區 105:峰值區 106:加熱區 107:冷卻區 108:氣體阻隔區 109:阻隔排氣區 110:回流焊爐 112:爐膛 114:入口 116:出口 118:輸送裝置 120:氧氣探測裝置 122:控制器 131:進氣閥裝置 132:進氣閥裝置 133.1:壓力比例閥 133.2:壓力比例閥 134.1:節流閥 134.2:節流閥 140:工作氣體源 150:工作狀態指示裝置 151:控制台 220:採樣裝置 221:氧氣探針 222:氧氣分析儀 223:傳輸裝置 301:匯流排 302:處理器 303:輸入介面 304:連接 305:輸出介面 306:連接 307:記憶體 308:控制程式 401:步驟 402:步驟 403:步驟 404:步驟 405:步驟 406:步驟 407:步驟 408:步驟
當結合附圖閱讀以下詳細說明時，本案將變得更易於理解，在整個附圖中，相同的元件符號代表相同的零件。
圖1為本案的回流焊爐及其氣體控制系統的一個實施例的示意圖。
圖2A-2B為圖1中氣體控制系統的不同實施例的示意圖，圖示氧氣探測裝置的不同實施例。
圖3為圖1中控制器的一個實施例的示意圖。
圖4為採用圖1所示的回流焊爐及其氣體控制系統的氮氣輸入控制方法的步驟示意圖。
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101:預熱區
103:均溫區
105:峰值區
106:加熱區
107:冷卻區
108:氣體阻隔區
109:阻隔排氣區
110:回流焊爐
112:爐膛
114:入口
116:出口
118:輸送裝置
120:氧氣探測裝置
122:控制器
131:進氣閥裝置
132:進氣閥裝置
133.1:壓力比例閥
133.2:壓力比例閥
134.1:節流閥
134.2:節流閥
140:工作氣體源
150:工作狀態指示裝置
151:控制台

Claims (14)

  1. 一種用於回流焊爐(110)的氣體控制系統，所述回流焊爐(110)的爐膛(112)中具有氣體，所述氣體包括氧氣和工作氣體，其特徵在於所述氣體控制系統包括：氧氣探測裝置(120)，所述氧氣探測裝置(120)能夠與所述爐膛(112)中的所述氣體接觸，用於探測所述爐膛(112)中的氧氣濃度，其中所述氧氣探測裝置(120)根據探測到的氧氣濃度而產生氧氣濃度信號；第一進氣閥裝置(131)及第二進氣閥裝置(132)，用於可控地將工作氣體源(140)與所述爐膛(112)流體連通，從而將工作氣體輸入到所述爐膛(112)中；及控制器(122)，所述控制器(122)配置為根據所述氧氣濃度信號來控制所述第一進氣閥裝置(131)及第二進氣閥裝置(132)的開度，以調節輸入所述爐膛(112)中的工作氣體的流量，其中所述控制器(122)配置為能夠辨識氧氣濃度的調節設定值(RV)，所述調節設定值(RV)大於所述目標設定值(TV)；所述控制器(122)配置為當所述氧氣濃度信號所 反映的實際探測值(DV)大於所述調節設定值(RV)時，增大所述第一進氣閥裝置(131)和所述第二進氣閥裝置(132)的開度；及所述控制器(122)配置為當所述氧氣濃度信號所反映的實際探測值(DV)小於所述調節設定值(RV)時，將所述第一進氣閥裝置(131)的開度保持在一預設值，並調節所述第二進氣閥裝置(132)的開度。
  2. 根據請求項1之氣體控制系統，其中：所述爐膛(112)包括峰值區(105)；所述氧氣探測裝置(120)與所述峰值區(105)中的氣體接觸，用於探測所述峰值區(105)中的氧氣濃度。
  3. 根據請求項1之氣體控制系統，其中：所述爐膛(112)的工作環境要求氧氣濃度達到目標設定值(TV)；所述控制器(122)根據所述氧氣濃度信號所反映的實際探測值(DV)和所述目標設定值(TV)來控制所述第一進氣閥裝置(131)及所述第二進氣閥裝置(132)的開度。
  4. 根據請求項3之氣體控制系統，其中：所述爐膛(112)包括預熱區(101)；所述第一進氣閥裝置(131)將所述預熱區(101) 與所述工作氣體源(140)流體連通。
  5. 根據請求項4之氣體控制系統，其中：所述爐膛(112)還包括冷卻區(107)；其中所述第一進氣閥裝置(131)將所述預熱區(101)與所述工作氣體源(140)流體連通，以及所述第二進氣閥裝置(132)將所述冷卻區(107)與所述工作氣體源(140)流體連通。
  6. 根據請求項1之氣體控制系統，其特徵在於還包括：工作狀態指示裝置(150)，用於指示所述回流焊爐(110)處於正在處理電路板的狀態或者處於未處理電路板的狀態；其中當所述工作狀態指示裝置(150)指示所述回流焊爐(110)處於未處理電路板的狀態時，所述控制器(122)配置為控制所述第一進氣閥裝置(131)及所述第二進氣閥裝置(132)以最小流量輸出供應工作氣體。
  7. 根據請求項1之氣體控制系統，其中所述氧氣探測裝置(120)包括：採樣裝置(220)，所述採樣裝置(220)與所述爐膛(112)流體連通，用於採集所述爐膛(112)中的氣體； 氧氣分析儀(222)，所述氧氣分析儀(222)與所述採樣裝置(220)連接，用於分析所採集的氣體中的氧氣濃度；及所述氧氣分析儀(222)與所述控制器(122)連接，用於根據所述氧氣分析儀(222)分析得到的氧氣濃度而產生所述氧氣濃度信號，並將所述氧氣濃度信號傳輸至所述控制器(122)。
  8. 根據請求項1之氣體控制系統，其中所述氧氣探測裝置(120)包括：氧氣探針(221)，所述氧氣探針(221)插入所述爐膛(112)中，用於探測所述爐膛(112)中的氧氣濃度；及所述氧氣探針(221)與所述控制器(122)連接，用於根據所述氧氣探針(221)探測的氧氣濃度產生所述氧氣濃度信號，並將所述氧氣濃度信號傳輸至所述控制器(122)。
  9. 根據請求項1之氣體控制系統，其中所述第一進氣閥裝置(131)及所述第二進氣閥裝置(132)中的每一個包括：壓力比例閥(133.1，133.2)，所述壓力比例閥(133.1，133.2)與所述工作氣體源(140)連接，用於從所述工作氣體源(140)接收工作氣體，並且 所述壓力比例閥(133.1，133.2)與所述控制器(122)連接，用於根據所述控制器(122)的控制來調節氣體的壓力；及節流閥(134.1，134.2)，所述節流閥(134.1，134.2)與所述壓力比例閥(133.1，133.2)連接，用於根據所述壓力比例閥(133.1，133.2)所調節的氣體壓力線性地調節氣體流速。
  10. 根據請求項1-9中任一項所述的氣體控制系統，其中：所述工作氣體為氮氣。
  11. 一種用於回流焊爐(110)的氣體控制方法，所述回流焊爐(110)的爐膛(112)包括預熱區(101)和冷卻區(107)，其特徵在於所述氣體控制方法包括以下步驟：探測所述爐膛(112)中的氧氣濃度，其中所探測的氧氣濃度反映實際探測值(DV)；設定氧氣濃度的調節設定值(RV)和目標設定值(TV)，所述調節設定值(RV)大於所述目標設定值(TV)；當所述實際探測值(DV)大於所述調節設定值(RV)時，增大第一進氣閥裝置(131)和第二進氣閥裝置(132)的開度，直至所述實際探測值(DV)小於所述 調節設定值(RV)，其中所述第一進氣閥裝置(131)將所述預熱區(101)與工作氣體源(140)流體連通，以及所述第二進氣閥裝置(132)將所述冷卻區(107)與所述工作氣體源(140)流體連通；當所述實際探測值(DV)小於所述調節設定值(RV)並且所述實際探測值(DV)大於所述目標設定值(TV)時，保持所述第一進氣閥裝置(131)的開度在一預設值，減小所述第二進氣閥裝置(132)的開度，直至所述實際探測值(DV)等於所述目標設定值(TV)。
  12. 根據請求項11之氣體控制方法，其特徵在於還包括以下步驟：在所述回流焊爐(110)保持穩定工作期間，將所述第一進氣閥裝置(131)的開度保持在一預設值，並調節所述第二進氣閥裝置(132)的開度，以將所述實際探測值(DV)穩定在所述目標設定值(TV)附近；其中當所述實際探測值(DV)小於所述目標設定值(TV)時，減小所述第二進氣閥裝置(132)的開度，直至所述實際探測值(DV)等於所述目標設定值(TV)；當所述實際探測值(DV)大於所述目標設定值(TV)時，增大所述第二進氣閥裝置(132)的開度，直至 所述實際探測值(DV)等於所述目標設定值(TV)；及當所述實際探測值(DV)等於所述目標設定值(TV)時，將所述第二進氣閥裝置(132)的開度保持在當前值。
  13. 根據請求項11之氣體控制方法，其中：所述爐膛(112)還包括峰值區(105)；所述探測所述爐膛(112)中的氧氣濃度包括：探測所述峰值區(105)中的氧氣濃度。
  14. 根據請求項11之氣體控制方法，其特徵在於還包括以下步驟：檢測所述回流焊爐(110)的工作狀態；當檢測到所述回流焊爐(110)未處於工作狀態時，降低所述第一進氣閥裝置(131)和所述第二進氣閥裝置(132)以最小流量輸出供應工作氣體。
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