特性气体输送面板、电路板温控箱的设计

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【摘要】随着全球性的环境污染、能源短缺等问题日益严重，一些可再生资源的利用成为必需途径，半导体、芯片、太阳能的开发利用是目前可再生资源的主要发展方向。在制作半导体、芯片等过程中无时无刻不在使用着危险性气体，而这些承载特性气体的管路、气体面板以及焊接PCB板对于温度也有极为严格的要求。对于温度的高度要求，温度控制箱的研发也迫切需要，温控箱可以使得操作人员在安全的地方按照相应的设备需求设定一级二级温度，并且能够给予操作人员温度提示、报警提示。

【关键字】可再生资源、半导体、温度、温控箱等

1 引言

温度控制箱可实现对目标物的加热控制，如加热带，加热毯，管路，特性气体输送面板等。并具有低温报警和高温切断功能，同时可传送输出本地温度值与报警状态，实现对目标的远程实时监控。

近几年来光机电一体化行业的经济发展较快，对于温控箱的需求也较为普遍。而对于温控箱的控制功能也有所不同。例如在PCB板焊接的过程中合适的预热温度可减少PCB的热冲击，减小PCB的变形翘曲，提高助焊剂的活性；一般要求机板经预热后，焊点面温度达到：单面板80-90℃，双面板90-100℃，均为版面实际温度。那么就需要对版面进行加热，温度控制精度也需要保持在0.1。温控表作为它的核心元器件，应该认真根据客户的需求包括温度控制范围，精度，警报值设定等进行详细选配，其次温控箱的设计应该考虑到控制任务要求简易与否，设计合理的外观，达到空间性的要求。

2 温控箱方案设计

该温控箱可以设定高低温报警（蜂鸣器和指示灯同时警报），当温度超过设定值时，可发出警报并切断加热电源，并对于那些带漏电保护的总开关可在加热带或加热毯在外保护层意外破裂，致使带电导线接触到管道或瓶身时马上断电，防止因漏电而产生人身或设备事故。同时也可以设定低温报警，并且可以通过控制进行面板的加热，使得温度达到需求值。

由于本温控线的温度设定均可在前面板进行，总开关设在箱体后面板，不用开箱即可切断电源，相对地安全可靠。除总电源进线外，与外界连接的所有线路均集成为电气接头，方便安装，拆卸更换。同时实现了信号的远程通信，连接后，可远程读取每台设备上的实时温度与报警状态。

2.1温控箱内部元器件介绍

2.1.1 开关电源

将工频交流变成直流，再将直流变换成高频交流，通过开关变压器，反馈稳压等过程变成你所需要的电压的后，通过整流，滤波，再变换成直流的过程，而MOSFET在整个过程中通过其不断的开与关，使高压直流变换成高频交流电的过程。

2.1.2 固态继电器

利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的。

2.1.3 一体化漏电开关

实现过流、短路、漏电保护功能。

2.1.4 中间继电器

用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量；在控制电路中传递中间信号。

2.1.5 端子排

用来连接线路的一种电器元器件。

2.2 温控箱外观面板正面部件及其功能：

2.2.1 蜂鸣器（BUZZER）

发生低温或高温报警时，会发出警报音。

2.2.2 复位键/警报指示灯（RESET）

此为红色带灯按钮。发生高温警报时，按钮里的红灯会亮，同时蜂鸣器鸣叫。按下复位按钮可消除警报音，在高温警报消除后，再次按下复位键，报警指示灯会熄灭，并重新开始加热。发生低温警报时，蜂鸣器鸣叫，按下复位键消音即可。

2.2.3 加热开关/加热指示灯（Heating）

在控制器在正常使用时，加热开关手柄处的加热指示灯会随着控制输出而闪烁。此时若想停止加热，把加热开关打到OFF位置即可，无需关闭控制器电源。

2.2.4 温控表

温控表为整个控制器中的核心元件。加热温度的设定，警报值的设定等都是在表头上操作。具体操作设定步骤参阅以下章节。

2.3温控箱背部进出线接口方式

2.3.1外接信号进线口（SPARE）

此接口用于温度或报警信号的远传。配PG16塑料防水穿板接头。可替换为3/4〃金属软管接头。

2.3.2电源进线口（POWER IN）

此接口用于控制箱的总电源进线，接头形式同备用口。

2.3.3开关/断路器（CP0）

设备的电源开关，具有漏电保护功能。

2.3.4 负载线路接头/进口（CN1）

用于连接被控制的元件，如加热带，加热毯等（可替换为PG16或3/4〃金属穿板接头直接进线）。接头各节点定义如下（如负载中不含过温开关，把针脚1，2短接）：

2.4箱体外形尺寸及固定方式

该箱体的尺寸可以根据客户的需求另作调整设计。

3 控制流程及操作说明

当温控箱与要控制的面板等被控对象装配好之后，接通电源，打开漏电开关。温控表背景灯亮开始工作，按照温控表的使用说明针对客户的需求进行温度值、警报值的设定（此操作也可仅在控制箱做好之后通电，然后进行温控表温度值、警报值的设定）。然后根据高低警报进行相应的操作。如果是低温警报，，蜂鸣器鸣叫，按下复位键消音即可，并重新开始加热；如果是高温报警，按钮里的红灯会亮，同时蜂鸣器鸣叫。按下复位按钮可消除警报音，在高温警报消除后，再次按下复位键，报警指示灯会熄灭。

4结论

在一些半导体集成电路中，电路板焊接过程及其重要，对于产品的性能以及合格率起着至关重要的作用，而温控箱是半导体器件等制作过程中管路、面板加热的主要控制手段，因此需要根据生产环境的不同，需要设计与选配不同需求的温控箱，本案的温控箱属于单点的控制箱，达到小规模芯片产商的需求，同时也为后续的多点温控箱做了一定的铺垫。

参考文献：

[1] 陈文学，薛松柏等.Sn-9Zn-xAl无铅钎料润湿性能[J]. 焊接学报，2008，（8）：18-20

[2] 朱继平，罗派峰，徐晨曦.新能源材料技术[M]. 北京：化学工业出版社，2015，3-20

[3] 苏家健等.自动检测与转换技术[M]. 北京：电子工业出版社，2006，75-96

[4] 甘万.STC050温控器[EB/OL].

http：///Product/582196220.html，2013-12-27

[5] 郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统[M]. 北京：高等教育出版社，2011，1-4

[6] 洪如瑾.UG NX4 CAD快速入门指导[M].清华大学出版社，2006，208-273.

作者简介：李晶（1986-），女，山西永济人，本科，上海建桥学院，主要从事实验室PLC、电子技术、自动控制等教学工作。