[发明专利]一种利用液氮冷却的回流焊接系统及其焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接领域，更具体地，涉及一种回流焊接系统及其相应的焊接方法。

背景技术

目前，大中型的焊接印刷基板的回流炉一般由升温区、保温区、焊接区和冷却区组成，小型回流焊接炉则采用一个腔内实现加热和冷却。焊接过程中，焊料膏从熔融到凝固，由此形成一个成品电子线路。

作为回流焊炉的加热机构，现有技术通常采用红外线加热器和热鼓风加热器。红外加热器大多采用石英管进行红外加热。这种加热方法的温度控制较为困难。热风加热方式则具有热传递效率高，加热能力优异的特点。

作为回流焊炉的冷却方式，现有技术普遍则采用风扇冷却。采用风冷效果相对较差，而且冷却速度慢，如果需要快速冷却则达不到要求。在无铅焊接工艺中，为了使焊点达到更高的强度，需要将完全熔融回流后的无铅焊接进行急速冷却，这就需要一种新的冷却方式。而目前采用的技术方案向回流炉内通入空气，空气经回流炉的加热区加热后形成热空气，热空气被风扇吹向焊料再进行熔融回流。待焊料完全熔融回流后，再向回流炉中通入冷空气，同时关闭回流炉加热区的加热装置，冷空气通过加热区吹向完全熔融的无铅焊料。这种方案的缺点在于，在冷却熔融回流的焊料时，只是将加热区的发热芯关闭，但发热芯还有余热，冷空气经发热芯后温度会升高，所以冷空气不能迅速地达到冷却温度的标准。

为了减少高温氧化，人们在焊接过程中越来越多采用惰性气体或者真空进行保护。真空下进行回流焊接，则要求回流焊炉具有较好的密封性能，还要增加抽真空的设备。而惰性气体比较昂贵，采用惰性气体作保护气体，则会增加焊接的成本。

此外，回流焊炉对炉内的加热状况和温度均匀性有一定的要求。如果加热时，加热区的温度上下波动，则印刷电路板不能被均匀地加热，部分性地导致过热和加热不足，从而使电子元件遭受热损伤以及焊膏不熔化。故在回流焊接炉的工作区域形成温度均匀的加热或者冷却区域，显得非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用氮气作为保护气体来进行电加热、同时利用液氮实现冷却的回流焊接系统及其相应的回流焊接方法，由此实现在少氧的环境下能够均匀地进行焊料加热、焊料冷却以及一次性大批量焊接等方面的技术效果。

按照本发明的一个方面，提供了一种回流焊接系统，该系统包括：

内部充满氮气呈密封状态的试验箱；

工作转盘，该工作转盘设置在所述试验箱内，由转轴和转盘构成，所述转盘固定在转轴上，连同转轴一起转动，用于放置待焊接的电子元器件和焊料；

电加热装置，该电加热装置包括电源、与此电源构成回路并设置在所述工作转盘一侧的电热元件，以及设置在电热元件附近用于将加热后的氮气吹向工作转盘区域的风扇；

液氮冷却装置，该液氮冷却装置包括用于存贮液氮的自增压液氮罐、与自增压液氮罐连通并设置在所述工作转盘另外一侧的液氮分配器、用于控制自增压液氮罐与液氮分配器之间的连通或断开的低温阀，以及设置在液氮分配器附近用于将液氮蒸汽与试验箱内气体进行搅动混合的风扇。

按照本发明所构思的以上技术方案，针对现有技术中回流焊接炉大多是依靠辐射加热进行焊接，其加热的利用效率偏低很难达到较大区域的温度均匀并且在焊接过程中利用风扇冷却无法达到急冷的技术缺陷，通过采用电加热氮气并利用风扇产生对流、同时利用液氮冷却的方式及其配套结构，可以在少氧的环境下实现回流焊接，并能达到很好的较大区域的温度均匀性，同时能实现快速冷却。

此外，电热元件发热后，采用风扇把热氮气吹向工作转盘区域使工作区域温度升高，由于有氮气吹在电热元件上，电热元件不会产生局部的高温，因此可以保证加热元件即便在在500℃以上的温度，氮气也不会发生高温化学反应。通过采用氮气来冷却，能够快速降温并且降温速度可控。液氮从液氮分配器中的液氮喷口喷出之后，蒸发吸热以制冷工作转盘区域。液氮蒸发产生冷能后，还能够充当试验箱内的氮气气氛，促使旧氮气从放空阀排走，故还可以增强氮气的“新陈代谢”。采用风扇扰动液氮蒸汽，这样可以防止液氮喷出后产生局部过冷。

作为进一步优选地，所述工作转盘包括多个转盘，这些转盘固定地安装在所述转轴的不同高度位置上，转盘的盘面各自具有多个开孔结构。

由于工作转盘包括多个处于不同高度位置上的转盘，可以大大增加焊接的区域，同时一次性进行大批量的生产。此外，由于各个转盘在其盘面上具有多个开孔结构，由此能够加快气流的经过，对加热和冷却过程都产生良好的影响。