CN101107091A - 具有带堰的出口槽、该槽表面可由焊料浸湿的波峰焊料喷嘴；具有该喷嘴的波峰焊接机；改进该波峰焊料喷嘴的焊料流动的方法 - Google Patents

具有带堰的出口槽、该槽表面可由焊料浸湿的波峰焊料喷嘴；具有该喷嘴的波峰焊接机；改进该波峰焊料喷嘴的焊料流动的方法 Download PDF

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Abstract

一种波峰焊料喷嘴(42)，能够传送焊料，以在惰性气氛中在印刷电路板(18)上进行波峰焊接操作。该波峰焊料喷嘴(42)包括前板(48)和连接到所述前板(48)的后板(50)。所述前板(48)和所述后板(50)形成通道(52)，焊料(54)流动通过所述通道(52)。该喷嘴(42)还包括从所述后板(50)延伸出的出口槽(58)。所述出口槽(58)具有堰(60)，该堰设置在所述出口槽(58)的一端。所述出口槽(58)构造且设置来控制焊料(54)从波峰焊料喷嘴(42)的流动。所述出口槽(58)的表面可浸湿，以改善焊料(54)流出波峰焊料喷嘴(42)的流动。还公开了一种改善焊料(54)流动通过喷嘴(42)的方法。

Description

具有带堰的出口槽、该槽表面可由焊料浸湿的波峰焊料喷嘴；具有该喷嘴的波峰焊接机；改进该波峰焊料喷嘴的焊料流动的方法
技术领域
本发明通常涉及用于制造印刷电路板和辅助将金属焊接到集成电路板的装置，更加具体地，涉及一种具有改进的波峰焊料喷嘴的波峰焊接机，适于在印刷电路板上进行焊接应用时，更好地控制焊料的流动。
背景技术
一般来说，在波峰焊接机中，印刷电路板(PCB)由传送带在倾斜路径上移动经过助焊剂台(fluxing station)、预热台，最后经过波峰焊接台。在波峰焊接台处，使产生的焊料的波峰恰好向上(通过泵)通过波峰焊料喷嘴并且接触PCB要焊接的部分。焊接过程的效率受许多因素影响，其中一个因素就是在焊料接触PCB时以及在PCB移动远离焊接波峰之后控制焊料流动的能力。焊料流动的不稳定性可能引起不准确的焊接应用。
具体来说，参照图1，适于在惰性气氛中进行焊接操作的已知的波峰焊料喷嘴设计成：在波峰的流向来源(未加载)侧，焊料迅速地从焊嘴滴下。惰性气氛防止形成必须从焊料容器中去除的不需要的焊渣的形成。如图1所示，喷嘴10构造成具有前引导件12和后引导件14，其使得焊料16能够在焊料波峰的两侧流动。PCB18通过传送带(图1中未示出)在焊料波峰上方移动。气体管道20将惰性气体(例如氮气)传送到波峰的后侧，以在PCB从焊接波峰释放时防止不需要的氧化剂污染PCB18。
惰性焊料波峰喷嘴10的一个缺点是很难控制从波峰的后侧产生的焊料的速度。已经知道，当PCB18在波峰上方移动的速度VB等于或者基本等于焊料流过波峰焊嘴10的后引导件14的速度VS时，产生最好的焊接。通常，焊料波峰的速度大于PCB18的速度。PCB和焊料波峰的速度差导致了称为“架桥”的现象，该现象是相邻的PCB金属焊盘之间的焊料的不理想的互相连接。
适于在氧化气氛中操作的波峰焊料喷嘴构造成减小在波峰的后侧上的焊料的速度，以使焊料的速度等于或者基本接近PCB的速度。这种焊料波峰喷嘴的例子可以在专利号为Nos.3,921,888、3,989,180和4,886,201的美国专利中得到。已知的空气喷嘴设计的一个缺点是增加了焊渣的产生。
发明内容
本发明的实施方式提供了对例如上面所述的波峰焊料喷嘴的改进。
本发明的第一方面涉及一种波峰焊料喷嘴，其适于传送焊料，以在惰性气氛中在印刷电路板上进行波峰焊接操作。该波峰焊料喷嘴包括前板和连接到前板的后板。前班和后板形成了通道，焊料同过该通道流动。该焊嘴还包括从后板延伸出的出口槽。该出口槽具有设置在该出口槽的一端的堰。该出口槽构造且设置来控制焊料从波峰焊料喷嘴的流动。出口槽的表面可浸湿(wettable)以改善焊料流出波峰焊料喷嘴的流动。
在本发明的一个实施方式中，可浸湿表面位于堰的斜边上。在另一个实施方式中，可浸湿表面由铁制成。在又一个实施方式中，可浸湿表面由具有小于3％的碳的铁制成。在又一个实施方式中，可浸湿表面由具有约0.2％的碳的铁制成。
本发明的第二方面涉及一种在惰性气氛中在印刷电路板上进行波峰焊接操作的波峰焊接机。该波峰焊接机包括壳体和连接到壳体上的传送带。该传送带用于向所述壳体传送印刷电路板。该波峰焊接机还包括连接到壳体的波峰焊接台。该波峰焊接台包括焊料的容器和与该容器流体连通的波峰焊料喷嘴。该波峰焊料喷嘴包括前板和连接到前板的后板。前板和后板形成通道，焊料流动通过该通道。该焊嘴还包括从后板延伸出的出口槽。该出口槽具有设置在该出口槽一端的堰。出口槽构造且设置来控制焊料从波峰焊料喷嘴的流动。该出口槽的表面可浸湿以改善焊流出该波峰焊料喷嘴的流动。该波峰焊接机还包括控制器，以控制该波峰焊接机的操作。
在本发明的一个实施方式中，可浸湿表面位于所述堰的斜边上。在另一个实施方式中，可浸湿表面由铁制成。还在另一个实施方式中，可浸湿表面由具有小于3％的碳的铁制成。在又一个实施方式中，可湿表面由具有约0.2％的碳的铁制成。
本发明的第三方面涉及改善焊料在惰性气氛中流出所述波峰焊接机的波峰焊料喷嘴的流动的方法。该方法包括：将焊料传送到波峰焊料喷嘴；在印刷电路板上进行波峰焊接操作；以及通过提供具有可浸湿材料的波峰焊料喷嘴的表面，改善焊料流出波峰焊料喷嘴的流动。
附图说明
附图没有依比例绘制。在附图中，由不同数字示出的每个相同或者几乎相同的部件由相同的数字表示。为了清楚起见，在每幅图中，并不是每个部件都被标记。附图中：
图1显示了现有的波峰焊料喷嘴的示意性剖视图；
图2显示了本发明一个实施方式的波峰焊接机的立体视图；
图3显示了本发明的一个实施方式的波峰焊料喷嘴的示意性剖视图；
图4显示了图3中示出的焊料喷嘴的堰的放大视图；
图5显示了设置在图3中示出的波峰焊料喷嘴表面上的焊料的放大视图。
具体实施方式
本发明在其应用中并不局限于下面的描述中所陈述的或者在附图中所示出的具体结构和部件的设置。本发明可以是以各种方式完成或者实现的其它实施方式。而且此处使用的措辞和术语是出于解释说明目的，不应该被看作是对本发明的限制。“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”以及本文中的其各种变体的意思是包括此后列出的项目以及其等价物和其它项目。
为了说明，参照图2，现在将参照波峰焊接机来描述本发明的实施方式，所述波峰焊接机总体由30表示，用来在印刷电路板18上进行焊接应用。波峰焊接机30是在PCB制造/装配线上的几个机器中的一个。如图所示，波峰焊接机包括适于容纳机器的部件的壳体32。布置为由传送带34传送将由波峰焊接机30加工的PCB。当每个PCB18进入波峰焊接机30时，其沿倾斜路径移动经过助焊剂台36和预热台38，以使PCB达到波峰焊接的条件。一旦达到了条件，PCB18则传送到波峰焊接台40，以将焊接材料施加到PCB。
波峰焊接台40包括波峰焊料喷嘴，在图3中由42总体表示，其与焊料容器44流体连通。泵(未示出)用于将熔化的焊料从容器44传送到波峰焊料喷嘴42。一旦焊接完成，PCB18通过传送带34离开波峰焊接机到达生产线上的另一个工作台，例如贴片机(pick-and-place machine)。控制器46以公知的方式使得波峰焊接机30的几个工作台自动操作，所述几个工作台包括但并不局限于助焊剂台36、预热台38和波峰焊接台40。
为了防止架桥现象和不需要的焊渣的形成，人们希望由空气喷嘴设计和惰性气氛组合构成的系统产生最好的性能。但是，当使得波峰焊料空气喷嘴的气氛变为惰性(例如，具有少于100ppm的氧气的气氛)时，焊接材料的表面张力急剧增加，由此引起了焊料在喷嘴的后侧的不稳定流动。尤其是，当使用已有的空气喷嘴时，例如铅基(锡/铅)、无铅等的焊料趋于在焊嘴上形成焊珠，因此负面影响焊料在焊嘴上方的层流。
参照图3，本发明的实施方式的波峰焊嘴42设计为在惰性气氛中进行。具体来说，波峰焊料喷嘴42包括前板48和合适地连接到前板的后板50。前板后板48、50延伸到焊料容器44内，焊料容器44构造成将熔化的焊料通过泵(未示出)传送到波峰焊料喷嘴42。同时，前后板48、50形成了通道52，焊料54通过该通道流动。前板48形成有前引导件56，其可以与前板一体形成，或者可选地，可以由例如通过焊接的方式连接到前板的单独的金属片形成。如图所示，焊料54适于从前引导件56溢出回到容器44内。
波峰焊料喷嘴42的后板50形成有出口槽58，其通常从后板垂直延伸。山口槽58构造成改变焊料54流过出口槽的角度。可调堰或者出口翼60设置在出口槽58的端部处，以控制从波峰焊嘴42流出的焊料54的高度。具体来说，堰60可以向上和向下调节以分别升高和降低焊料波峰的高度。例如波峰焊料喷嘴42可以类似于专利号为Nos.3,921,888，3,989,180和4,886,201的美国专利中所公开的波峰焊料喷嘴的结构来构造，上述专利都是由本发明的受让人Speedline Technologies，Inc.所拥有，并且其通过参考并入本文。
出口槽58和堰60的设置控制了焊料54从焊嘴42的流动。具体来说，焊料54的流动可以被控制(例如通过控制器46)，以使焊料的速度VS等于或者基本等于PCB18的速度VB。
如上面所述，图3中所示的波峰焊料喷嘴42构造成在氧化气氛中操作的类型。当惰性气体按照箭头62所表示的方向被引入到波峰焊接台40时，焊料54的表面张力增加，并且引起在焊料波峰的高度和流动特性上的不稳定。当熔化的焊料被放置在非氧化的气氛中时，焊接材料54的表面张力增加。当氧气存在时，在焊料(例如锡/铅焊料)中的极小微粒被氧化，在焊料表面上形成渣滓，这具有降低焊料表面张力的效果。因此，焊料充分浸湿槽的表面，以使焊料能够适当地流动。当引入惰性气体(例如氮气)时，焊料表面不会被极小微粒所污染，导致表面张力增加，这限制焊料流过槽。
参照图4，堰60构造成具有斜边64，该斜边64构造成能够使焊料54流出出口槽58。优选地，斜边64以相对于垂直平面20度的角度延伸。但是，可以选择任意角度来最优化流过堰60的所述边的焊料54的层流。如图所示，焊料54通常均匀地越过堰60的边，并且沿着斜边64流动。当从出口槽58流出时，焊料54分离成小液滴，其溢出到容器44中。
为了使波峰焊料喷嘴42能够在惰性气氛中操作，通常出口槽58，尤其是堰60可以由能够使焊料在表面上浸湿以使得材料的流动更好的材料制成。如图5中所示，熔化的焊料54蔓延在可浸湿的表面上。具体来说，斜边64可以由可浸湿材料制造或者处理。可浸湿表面的设置消除了上面所述的表面张力。虽然通过用可浸湿材料制造或者处理斜边64可以获得特殊的好处，但是基于目前公开文件的教导可以预想，在焊料流过的出口槽58和堰60上的表面可以由可浸湿材料制造或者由其处理以进一步改善材料流出出口槽的流动。
在一个实施方式中，可浸湿材料是铁。优选地，可浸湿材料由渗入小于3％的碳的铁制成。更加优选的是，可浸湿材料由渗入约0.2％的碳的铁制成。其它还可以选择的材料和合金包括：灰铸铁、铸铁、不锈钢、镀铬钢、镍、钛和铜。例如，可以考虑，由强酸处理的不锈钢将提供具有足够的可浸湿性以使得熔化的焊料54均匀地流过堰60。但低碳铁被证明是最好的材料。
在本发明的一个实施方式中，斜边64由纯铁或者低碳铁(例如1018钢)电镀。也可以使用其它合适的方法。
在本发明的另一个实施方式中，还公开了一种改善焊料流出波峰焊接机的波峰焊料喷嘴的流动的方法。该方法包括：将焊料传送到波峰焊料喷嘴；在印刷电路板上进行波峰焊接操作；以及通过提供具有可浸湿材料的波峰焊料喷嘴的表面，改善焊料流过波峰焊料喷嘴的流动。通过使用上面所述的焊嘴42可以实现这种方法。
已经描述了本发明的至少一个实施方式的几个方面，应可意识到，对于本领域技术人员而言容易进行各种变化、改变和改进。这些变化、改变和改进应属于该公开文本的一部分，并且包括在本发明的精神实质和范围内。因此，上述说明和附图仅是示例。

Claims (15)

1.一种波峰焊料喷嘴，适于传送焊料，以在惰性气氛中在印刷电路板上进行波峰焊接操作，所述波峰焊料喷嘴包括：
前板；
后板，连接到所述前板，所述前板和后板形成通道，焊料流动通过所述通道；以及
出口槽，从所述后板延伸出，所述出口槽具有堰，所述堰设置在所述出口槽的一端，所述出口槽构造且设置来控制焊料从波峰焊料喷嘴的流动，
其中，所述出口槽的表面可浸湿以改善焊料流出波峰焊料喷嘴的流动。
2.根据权利要求1所述的波峰焊料喷嘴，其中，所述可浸湿表面位于所述堰上。
3.根据权利要求1所述的波峰焊料喷嘴，其中，所述堰包括斜边。
4.根据权利要求3所述的波峰焊料喷嘴，其中，所述可浸湿表面位于所述斜边上。
5.根据权利要求1所述的波峰焊料喷嘴，其中，所述可浸湿表面由铁制成。
6.根据权利要求1所述的波峰焊料喷嘴，其中，所述可浸湿表面由具有小于3％的碳的铁制成。
7.根据权利要求1所述的波峰焊料喷嘴，其中，所述可浸湿表面由具有约0.2％的碳的铁制成。
8.一种波峰焊接机，用来在惰性气氛中在印刷电路板上进行波峰焊接操作，所述波峰焊接机包括：
壳体；
传送带，连接到所述壳体，所述传送带用于将印刷电路板传送到壳体；
波峰焊接台，连接到所述壳体，所述波峰焊接台包括：
焊料的容器，和
波峰焊料喷嘴，与所述容器流体连通，所述波峰焊料喷嘴包括前板、连接到所述前板的后板和从所述后板延伸出的出口槽，所述前板及所述后板形成通道，焊料流动通过所述通道，所述出口槽具有设置在所述出口槽一端的堰，所述出口槽构造并设置来控制焊料从波峰焊料喷嘴的流动，其中，所述出口槽的表面可浸湿以改善焊料流出所述波峰焊料喷嘴的流动；
和
控制器，用来控制波峰焊接机的操作。
9.根据权利要求8所述的波峰焊接机，其中，所述可浸湿表面位于所述堰上。
10.根据权利要求8所述的波峰焊接机，其中，所述堰包括斜边。
11.根据权利要求11所述的波峰焊接机，其中，所述可浸湿表面位于所述斜边上。
12.根据权利要求8所述的波峰焊接机，其中，所述可浸湿表面由铁制成。
13.根据权利要求8所述的波峰焊接机，其中，所述可浸湿表面由具有小于3％的碳的铁制成。
14.根据权利要求8所述的波峰焊接机，其中，所述可浸湿表面由具有约0.2％的碳的铁制成。
15.一种在惰性气氛中改善焊料流出波峰焊接机的波峰焊料喷嘴的流动的方法，所述方法包括：
将焊料传送到波峰焊料喷嘴；
在印刷电路板上进行波峰焊接操作；以及
通过提供具有可浸湿材料的波峰焊料喷嘴的表面，改善焊料流出波峰焊料嘴的流动。
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