專利名稱：具有改進的熱曲線的對流爐的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求2002年9月26日申請的臨時專利申請60/413,879的優(yōu)先權(quán)，該專利申請的內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。
關(guān)于聯(lián)邦資助研究或研制的聲明N/A背景技術(shù)多區(qū)域?qū)α鳡t被用于各種熱處理應(yīng)用中，例如元件在印刷電路板上的回流焊接和陶瓷多層電路或者其他陶瓷物體的燒結(jié)。對流爐本質(zhì)上使得在多個獨立熱控制區(qū)域內(nèi)的循環(huán)路徑中移動大量氣體。很難防止在不同溫度下操作的相鄰區(qū)域之間的氣體混合。較高溫度區(qū)域內(nèi)的氣體傾向于流向較低溫度區(qū)域，這將導(dǎo)致較低溫度區(qū)域內(nèi)的溫度變得比預(yù)定的高。結(jié)果是，難于維持規(guī)定的溫度曲線，并要求更多的臨界調(diào)整，以努力維持預(yù)定的曲線。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供一種多區(qū)域?qū)α鳡t，其中為了提供規(guī)定的熱曲線，來自對流爐的冷卻室的氣體被引入對流爐的一個或多個加熱區(qū)域。從冷卻室引入一個或多個加熱區(qū)域的氣體與加熱區(qū)域中存在的氣體為相同類型的氣體，其典型地為氮氣。冷卻氣體從冷卻室向一個或多個加熱區(qū)域的引入使得加熱區(qū)域被過度加熱至超過預(yù)定溫度水平的趨勢最小化，并將一個或多個加熱區(qū)域的溫度維持在預(yù)定的溫度規(guī)范內(nèi)。
在優(yōu)選的實施例中，該對流爐包括加熱室和冷卻室，該加熱室由多個相鄰的加熱區(qū)域組成，該冷卻室位于加熱室的出口端。為了使產(chǎn)品移動通過對流爐的加熱區(qū)域和冷卻室，一輸送器延伸穿過對流爐。各個加熱區(qū)域包括用于為產(chǎn)品提供加熱氣體的加熱組件。在一個實施例中，氣體沖擊到產(chǎn)品的頂部和底部。在可替換的技術(shù)方案中，僅僅使加熱氣體沖擊到產(chǎn)品的頂部或底部。每個加熱組件包括一置于一壓力通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的電加熱器和驅(qū)動壓力通風(fēng)系統(tǒng)(plenum)內(nèi)的葉輪的鼓風(fēng)電機，該鼓風(fēng)電機促使加熱氣體流動通過孔板上的孔，且加熱氣體通過這些孔沖擊到產(chǎn)品上。所述組件可以采用相同或類似的結(jié)構(gòu)，也可以是模塊式組件或標(biāo)準(zhǔn)件，以便可以在維修或更換時容易拆卸。各個加熱組件可被獨立地控制，以便沿著對流爐的多個區(qū)域的長度方向產(chǎn)生預(yù)定的熱曲線。冷卻室連接到一個或多個加熱區(qū)域上，以使來自冷卻室的冷卻氣體可以被引入選定的加熱區(qū)域。在一種型式中，一冷卻氣體通道被提供給所有的加熱區(qū)域，且通過打開相關(guān)的閥，冷卻氣體可被引入預(yù)定區(qū)域?？商鎿Q地，冷卻氣體通道可以僅僅提供給需要引入冷卻氣體的預(yù)定區(qū)域。


從下面結(jié)合附圖所做的詳細(xì)描述中將可更詳細(xì)地理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一多區(qū)域?qū)α鳡t的圖解性側(cè)視圖；圖2是示出了冷卻氣體通道的多區(qū)域?qū)α鳡t的一部分的示意圖；圖3是具有圖2所示冷卻氣體通道的多區(qū)域?qū)α鳡t的底視圖；圖4示出了沿著對流爐區(qū)域的長度方向的示例性熱曲線；圖5是示出了一種閥布局的本發(fā)明的圖解性視圖；圖6是示出了另一種閥布局的本發(fā)明的圖解性視圖；圖7是用于多區(qū)域?qū)α鳡t中的壓力通風(fēng)箱的示意；圖8是用于多區(qū)域?qū)α鳡t中的鼓風(fēng)組件的示意。
具體實施例方式
參照圖1，示出了一多區(qū)域?qū)α鳡t10，在所示出的實施例中，它具有一六區(qū)域式加熱室。各個區(qū)域包括用于將加熱氣體引導(dǎo)至產(chǎn)品14上的上、下加熱組件12，該產(chǎn)品14由輸送器16輸送穿過對流爐。一冷卻室18被置于加熱室的出口端，為了將產(chǎn)品從加熱區(qū)域移動穿過冷卻室，并因此離開對流爐出口，輸送器延伸通過該冷卻室。冷卻室18可具有一個或多個可獨立控制的區(qū)域，并經(jīng)由管系20和閥22與各個加熱區(qū)域相連。各個閥22被置于連接到各個區(qū)域的管系20的各個支路中。所述閥可以采用打開或者關(guān)閉氣體通道的型式，也可以采用控制通道中的流量的型式。通過打開用于預(yù)定區(qū)域的相應(yīng)的閥，來自冷卻室18的冷卻氣體可以有選擇地提供給任意一個或多個加熱區(qū)域。所述氣體通常為氮氣，該氣體與對流爐加熱區(qū)域中用于對流加熱產(chǎn)品的氣體相同。
在可替換的實施例中，冷卻氣體通道可以僅僅提供給需要引入冷卻氣體的選定的加熱區(qū)域。由于冷卻氣體僅僅用于預(yù)定的加熱區(qū)域，所以不需要閥來關(guān)閉氣體通道?？刂崎y可以用于調(diào)整氣體流量，如將在下面描述的那樣。參照圖2，其示出了用于三個區(qū)域的加熱組件，各個加熱組件被連接到一冷卻氣體管道13，該冷卻氣體管道13具有連接到冷卻室18的入口15。圖3示出了該多區(qū)域?qū)α鳡t的底視圖，并給出了用于接收冷卻氣體的三個加熱組件12。
冷卻氣體被足量引入選定的區(qū)域，以維持預(yù)定的熱曲線。圖4中示出了一個典型的熱曲線?？擅黠@看出，移動通過對流爐的產(chǎn)品的溫度在一預(yù)熱區(qū)間逐漸上升至預(yù)定的溫度水平(通常稱作均熱周期)，并在若干區(qū)域中穩(wěn)定保持在該溫度水平，然后溫度上升至更高水平(通常稱作頂峰周期)，然后隨著產(chǎn)品移動通過冷卻室和離開對流爐而降低。眾所周知，溫度曲線可以設(shè)計成適于特定產(chǎn)品的工藝要求?？梢杂霉芟档某叽鐏泶_定供給選定的加熱區(qū)域的冷卻氣體量，從而提供預(yù)定量的氣體，或者，可以通過使用一個或多個閥來控制氣體的流量來確定供給選定的加熱區(qū)域的冷卻氣體量。圖5中示出了一種閥布局(或閥裝置)，其中控制閥23設(shè)置在管系20中，以控制供給至選定區(qū)域的冷卻氣體的流動。圖6中示出了另一種閥布局(或閥裝置)，其中獨立的控制閥22提供在管系的各個支路上，其通向選定區(qū)域的各個加熱區(qū)域。
冷卻氣體從對流爐的冷卻室引入到一個或多個加熱區(qū)域，這種冷卻氣體的引入使得加熱區(qū)域被過度加熱至高于預(yù)定溫度水平的趨勢最小化，并將一個或多個加熱區(qū)域的溫度維持在預(yù)定的熱規(guī)范內(nèi)。
各加熱組件優(yōu)選為模塊式結(jié)構(gòu)或標(biāo)準(zhǔn)組件，因此它們可以在維修或者更換時可以容易地拆卸。對流爐和加熱組件可以如美國專利US6,394,794中所述。每個加熱組件12包括一壓力通風(fēng)箱30和一鼓風(fēng)機組件32。在圖7中示出了該壓力通風(fēng)箱。該壓力通風(fēng)箱包括一個或多個具有一組開口的孔板34，通過這些開口，氣體流沖擊到位于輸送器上的產(chǎn)品上。電加熱器33(圖1)位于該壓力通風(fēng)箱內(nèi)，以使得經(jīng)過加熱器的氣體被加熱到所需的溫度，然后穿過孔板上的開口沖擊到產(chǎn)品上。多個壓力通風(fēng)箱被整體安裝在對流爐殼體內(nèi)，并根據(jù)對流爐的結(jié)構(gòu)決定位于產(chǎn)品的上方和/或下方。在圖1所示的優(yōu)選實施例中，壓力通風(fēng)箱為置于加熱室的加熱區(qū)域中的上、下加熱組件的一部分。類似的壓力通風(fēng)箱可以用于冷卻室，以將冷卻氣體流噴射到輸送器上的產(chǎn)品上。對于在冷卻室內(nèi)的使用來說，不需要任何加熱器。
圖8中示出一鼓風(fēng)機組件32。該鼓風(fēng)機組件被密封至相關(guān)的壓力通風(fēng)箱，并在壓力通風(fēng)箱內(nèi)產(chǎn)生高壓以及在壓力通風(fēng)箱外產(chǎn)生低壓，從而促使氣體流動穿過孔板并在室內(nèi)循環(huán)流動。該鼓風(fēng)機組件是可現(xiàn)場更換的裝置，其在維修或更換時易于安裝或拆卸。鼓風(fēng)機組件包括安裝到一板38上的鼓風(fēng)機馬達(dá)36，并具有襯墊或其他密封件，以防止空氣泄露。如圖3中所示，容納有葉輪的風(fēng)扇殼體40通過壓力通風(fēng)箱的開口延伸進入壓力通風(fēng)箱。該風(fēng)扇殼體包括一進氣口41，該進氣口41用于從對流爐腔室內(nèi)抽出氣體，以使其通過壓力通風(fēng)箱和孔板再循環(huán)，并噴射到產(chǎn)品上。為了將冷卻氣體引入壓力通風(fēng)箱，并在此使其與加熱氣體混合，一導(dǎo)管43連接到冷卻氣體管系20上。鼓風(fēng)機組件與壓力通風(fēng)箱之間的襯墊或其他密封件提供壓力通風(fēng)箱與鼓風(fēng)機組件之間的氣密封。在前述的美國專利US 6,394,794中描述了鼓風(fēng)機組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作。
在可應(yīng)用的加熱區(qū)域，加熱組件的壓力通風(fēng)箱的吸入促使冷卻氣體從冷卻室向選定的加熱區(qū)域的移動。如果需要附加的氣體推進力，可以在冷卻氣體通道中提供一鼓風(fēng)機，例如圖5中所示的鼓風(fēng)機21。
對流爐將通常包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的特征，如入口和出口、用于溫度和氣體的流量收集裝置和控制器。
本發(fā)明不限于這里已經(jīng)示出和描述的內(nèi)容，其包括后附權(quán)利要求的精神和全部范圍。
權(quán)利要求
1.一種對流爐，包括加熱室，其具有多個加熱區(qū)域，每個加熱區(qū)域具有至少一個加熱組件，該加熱組件用于向輸送通過對流爐的產(chǎn)品提供加熱氣體；輸送器，用于輸送產(chǎn)品通過對流爐；冷卻室，其位于加熱室的出口端，并具有至少一個冷卻組件，該冷卻組件用于向輸送通過冷卻室的產(chǎn)品提供冷卻氣體；以及從對流爐的冷卻室到至少一個加熱區(qū)域的氣體通道，以引導(dǎo)冷卻氣體從冷卻室流入加熱室的至少一個加熱區(qū)域，其中引入至少一個加熱區(qū)域的冷卻氣體量這樣設(shè)定，以在至少一個加熱區(qū)域中提供預(yù)定溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，該氣體通道從冷卻室連接到爐腔的多個加熱區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的對流爐，其特征在于，通向多個加熱區(qū)域的每個氣體通道包括一閥，該閥具有一個容許冷卻氣體引入相關(guān)加熱區(qū)域的打開位置和一個禁止冷卻氣體引入相關(guān)加熱區(qū)域的關(guān)閉位置。
4.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，該氣體通道將冷卻室連接到爐腔的所有加熱區(qū)域，該氣體通道包括閥裝置，該閥裝置可操作地將冷卻氣體選擇性地引入一個或多個加熱區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，每個加熱組件包括一壓力通風(fēng)箱和一鼓風(fēng)機組件，該壓力通風(fēng)箱具有孔板，該孔板上具有一組開口，加熱氣體流從該開口沖擊到產(chǎn)品上，該鼓風(fēng)機組件用于在壓力通風(fēng)箱內(nèi)產(chǎn)生高壓，從而促使加熱氣體流過孔板。
6.如權(quán)利要求5所述的對流爐，其特征在于，每個壓力通風(fēng)箱采用模塊式結(jié)構(gòu)，并沿加熱室的長度以類似孔箱的方式相鄰地安裝。
7.如權(quán)利要求6所述的對流爐，其特征在于，每個鼓風(fēng)機組件為模塊式組件，并被可拆卸地安裝到各自的壓力通風(fēng)箱上。
8.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，多個加熱區(qū)域中的每一個包括位于輸送器上方和下方的加熱組件。
9.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，冷卻氣體以由氣體通道的大小所確定的氣體量被促使從冷卻室流入至少一個加熱區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，冷卻氣體以在氣體通道中的閥裝置所確定的氣體量被促使從冷卻室流入至少一個加熱區(qū)域。
11.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，還包括位于氣體通道內(nèi)的鼓風(fēng)機，其可操作地使冷卻氣體從冷卻室流入加熱室的至少一個加熱區(qū)域。
12.如權(quán)利要求1所述的對流爐，其特征在于，通過來自至少一個加熱組件的抽吸力使冷卻氣體從冷卻室流入加熱室的至少一個加熱區(qū)域。
13.一種對流爐，包括加熱室，其具有多個加熱區(qū)域，每個加熱區(qū)域具有至少一個加熱組件，以向輸送通過對流爐的產(chǎn)品提供加熱氣體；輸送器，用于輸送產(chǎn)品通過對流爐；冷卻室，其位于加熱室的出口端，并具有至少一個冷卻組件，以向輸送通過冷卻室的產(chǎn)品提供冷卻氣體；所述冷卻室通過氣體通道被連接到一個或多個加熱組件，通過該氣體通道，一定量的冷卻氣體從冷卻室引入一個或多個加熱區(qū)域，以在一個或多個加熱區(qū)域提供預(yù)定溫度。
14.如權(quán)利要求13所述的對流爐，其特征在于，通過來自加熱區(qū)域的抽吸力將冷卻氣體從冷卻室引入加熱室的一個或多個加熱區(qū)域。
15.如權(quán)利要求13的對流爐，其特征在于，冷卻室被連接到多個加熱區(qū)域的加熱組件。
16.如權(quán)利要求15所述的對流爐，其特征在于，從冷卻室到加熱區(qū)域的氣體通道具有用于控制冷卻氣體進入加熱區(qū)域的流量的閥裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的對流爐，其特征在于，所述閥裝置包括位于氣體通道內(nèi)的控制閥，其可操作地控制流入所有接收冷卻氣體的加熱區(qū)域的流量。
18.如權(quán)利要求16所述的對流爐，其特征在于，所述閥裝置包括通向接收冷卻氣體的每個加熱區(qū)域的氣體通道內(nèi)的控制閥，用于控制該通道內(nèi)的冷卻氣體流量。
全文摘要
提供一種多區(qū)域?qū)α鳡t，其中，為了形成規(guī)定的熱曲線，來自冷卻室的氣體被引入對流爐的一個或多個加熱區(qū)域。從冷卻室引入一個或多個加熱區(qū)域的氣體與存在于加熱區(qū)域中的氣體為同一類型的氣體，其通常是氮氣。在優(yōu)選的實施例中，對流爐包括由多個相鄰的加熱區(qū)域組成的加熱室以及位于加熱室出口端的冷卻室。為了使產(chǎn)品移動通過對流爐的加熱區(qū)域和冷卻室，輸送器延伸通過對流爐。冷卻室被連接到一個或多個加熱區(qū)域，以使來自冷卻室的冷卻氣體可引入選定的加熱區(qū)域。在一種型式中，冷卻氣體通道提供給所有的加熱區(qū)域，通過打開相關(guān)的閥，冷卻氣體被引入預(yù)定區(qū)域?；蛘?，冷卻氣體通道可僅僅提供給需要引入冷卻氣體的預(yù)定區(qū)域。
文檔編號F27B9/24GK1672005SQ03801624
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者加里·奧爾貝克, 羅伯特·霍恩奧爾斯, 韋恩·L·吉布斯 申請人:Btu國際公司