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焊笔温度分布曲线的设计与研究

作　者: 朱兆红
导　师: 蒋礼
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 焊笔温度分布曲线温度控制
分类号: TN05
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

针对现有电子封装焊接中焊料与加热源分开而使焊点可靠性质量不足,提出了新型焊接工具焊笔的设计。焊笔熔化腔的温度分布和液态焊料流量的控制是影响焊笔焊接质量的两个重要因素。本文主要是对焊笔熔化腔的温度分布进行设计与研究。通过对各种焊接方式中温度分布要求的分析与总结,提出了适合焊笔熔化腔的温度分布曲线。它分为三个区域,第一个区域是高度4.5～6cm内,其温度范围是120～217℃；第二个区域是高度1～4.5cm范围,温度范围约217～400℃；第三个区域是高度0～1cm,出锡口的温度约250～350℃。在温度控制算法方面,采用模糊自整定PID算法控制焊笔温度,应用MATLAB中的Simulink与模糊工具箱对该算法进行了仿真。仿真结果表明,该算法能获得调节时间短、超调量小和稳态误差小的温度控制要求,能较好地满足焊笔的温度控制要求。对于所设计的焊笔,通过检测其不同高度点的温度得到的温度分布曲线,与理论设计的温度分布曲线整体趋势是相吻合的。但是存在差异方面是：在第一个区域的温度值是基本接近的,而在第二个区域检测的温度值比设计的温度值高出约50℃,而在第三个区域因为散热过大,出锡口的测量温度值比设计的温度值低了约25℃。设计的焊笔温度分布曲线能较好的反映焊笔整个熔化腔的温度分布要求,为后续焊笔的液态焊料流量控制和提高焊点质量奠定了理论基础。图54幅,表6个,参考文献72篇

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题研究背景  8
  1.2 电子焊接中温度的重要性  8-9
  1.3 电子焊接中温度控制技术的发展  9
  1.4 电子焊接中的温度特性  9-13
    1.4.1 手工焊中的温度特性  9-11
    1.4.2 回流焊中的温度分布曲线  11-12
    1.4.3 热源焊接温度分布曲线  12-13
  1.5 本课题的研究意义  13-14
  1.6 本文的主要工作  14-16
2 焊笔温度分布和测试装置的设计  16-33
  2.1 焊笔介绍  16-17
    2.1.1 焊笔的结构  16
    2.1.2 焊笔的功能  16-17
  2.2 焊笔温度分布曲线的设计  17-20
    2.2.1 焊笔加热方式的设计  19-20
    2.2.2 焊笔散热装置的设计  20
    2.2.3 焊笔保温装置的设计  20
  2.3 焊笔实验的总体设计  20-21
  2.4 焊笔温度控制  21-28
    2.4.1 焊笔温度检测模块  21-25
    2.4.2 焊笔温度控制模块  25-28
  2.5 焊笔不同高度点的温度检测  28-31
    2.5.1 温度补偿  28
    2.5.2 数据采集和显示  28-31
  2.6 本章小结  31-33
3 焊笔温度控制仿真  33-52
  3.1 PID控制  33-35
    3.1.1 PID控制原理  33-35
    3.1.2 常规PID的不足及改进的方向  35
  3.2 模糊控制  35-38
    3.2.1 模糊控制基础  35-36
    3.2.2 模糊控制器的结构  36-38
  3.3 模糊自整定PID控制设计  38-42
    3.3.1 模糊自整定PID控制器结构  38-39
    3.3.2 模糊化设计  39-40
    3.3.3 控制规则和反模糊化  40-42
  3.4 焊笔温度控制模型分析  42-47
    3.4.1 数学建模  42-43
    3.4.2 常用的数学建模方法  43
    3.4.3 对象模型的归纳  43-44
    3.4.4 焊笔温度控制系统的模型分析  44-47
  3.5 温度控制系统仿真  47-51
    3.5.1 单纯PID系统的仿真  47-48
    3.5.2 模糊自整定PID控制系统仿真  48-50
    3.5.3 两种仿真结果的对比  50-51
  3.6 本章小结  51-52
4 焊笔温度分布实验  52-58
  4.1 焊笔温度分布实验  52
  4.2 实验操作中需注意的问题  52-53
    4.2.1 关于高度的的测量  52-53
    4.2.2 关于0℃恒温容器的制作  53
    4.2.3 关于实验环境的问题  53
  4.3 实验数据与实验数据处理  53-55
  4.4 实验结果分析与对比  55-56
  4.5 本章小结  56-58
5 总结与展望  58-60
  5.1 总结  58
  5.2 展望  58-60
参考文献  60-65
攻读学位期间主要的研究成果  65-66
致谢  66

焊笔温度分布曲线的设计与研究

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