[发明专利]可变温度受控烙铁

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请是于2016年10月25日提交的名称为“Intelligent Soldering Cartridge For Automatic Soldering Connection Validation”的专利申请序列号为No.15/333,590的申请的部分继续申请，该申请是于2016年4月11日提交的专利申请序列号为No.15/096,035、现在美国专利号为No.9,511,439的申请的继续申请，该申请是于2015年12月11日提交的专利申请序列号为No.14/966,975、现在美国专利号为No.9,327,361的申请的继续申请，该申请是于2015年7月8日提交的专利申请序列号为No.14/794,678、现在美国专利号为No.9,516,762的申请的部分继续申请，该申请要求于2014年8月4日提交的序列号为No.62/033,037的美国临时专利申请的优先权，所有这些申请的全部内容通过引用被明确合并到本公开中。

技术领域

公开的发明总体上涉及使用焊接来制造、修理和改写印刷电路板(PCB)，并且更特别地涉及具有自动可变温度控制的烙铁。

背景技术

由于在电路印刷版(PCB)上使用的部件类型越来越多、无源部件越来越小、IC越来越大以及颗粒间隔(pitch)尺寸越来越细微，对有助于PCB封装(PCBA)制造和改写的高质量焊点的需求已经增长。近年来，故障的焊点已经导致各公司损失数十亿美元。已经开发了很多工艺来降低波峰焊接系统的失效率。然而，对于点对点手持焊接和改写应用，各公司依赖于操作者的技巧来产生具有高质量的电气连接的好的焊点。不管向烙铁的操作者提供多少训练，如果在焊接活动期间没有指导，则由于存在影响用于形成具有好的电气连接的焊点的通过烙铁的热传递的许多因素这一事实，操作者可能失误并且重复性失误。这些因素包括焊头温度、焊头的几何特征、焊料的氧化、人的行为等。

此外，自动(例如，机器人的)焊接在当前是严格的基于开环时间的事件，其中，机器人移动到特定的焊点，将焊头自动地放置在该焊点上，自动地应用焊接，以及在(由用于机器人的特定软件确定的)规定的时间后自动地将焊头从焊点移开。重复这样的过程直到机器人的程序完成。

对焊头的加热通常通过将来自电源的(固定的)电流通过阻性加热元件来执行。然而，不同的焊接应用需要不同的加热温度。由于具有特定合金的单个焊头能够产生特定(最大)温度的热量，因此针对不同的加热应用需要不同的焊头。取决于功率(电流)输入以及其接触的工件的材质，简单的烙铁达到由热平衡确定的温度水平。然而，当焊头接触到大的工件(例如，大体积的金属)时，焊头温度下降，因此小的焊头将损失大量温度而不能焊接大的工件。更先进的烙铁具有温度传感器机制，以在其温度下降时，通过向焊头传送更多的能量，将焊头温度保持稳定在恒定水平。

通常，可变功率控制改变焊头的热平衡而不需要自动测量或调节温度。其他系统使用恒温器，恒温器通常在烙铁的内部，其自动切换到焊枪/焊头的供电的打开和关闭。可以使用热电偶传感器来监测焊头的温度并且调节传送到焊枪的加热元件的功率以维持期望的恒定的温度。

另一种方式是使用在特定温度(居里点)失去磁属性的磁化焊头。这种方式取决于特定焊头材料的电气和冶金特性。例如，焊头可以包括铜(铜是具有高导电性的材料)以及具有高电阻性的另一种磁性材料(金属)。只要焊头是磁性的，就关闭到电源和加热元件的开关。当焊头的温度超过(对特定应用)需要的温度时，打开开关并且由此焊头开始冷却直到温度下降到足以恢复焊头材料的磁性。选择具有固定居里点的材料产生了生成和维持特定的、自调节的温度以及恒定水平的加热器并且由此加热器不需要校准。换言之，当加热器温度下降时(当其接触到热负载时)，电源利用将焊头温度提高回到固定的所需温度以正确地焊接工件所需的足够能量来进行响应。此外，具有带有特定的磁属性的特定合金的特定焊头能够产生一定温度或高达一定温度的热。因此，针对不同的加热应用，需要不同的焊头。这要求储备和维护具有不同的热特性的各种不同焊头。这还大大增加了用于足够大的或具有需要不同焊头的不同类型部件的工件的焊接过程的时间，因为操作者需要不断更换焊头。

发明内容