CN101326865B - 焊接扁平工件的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接设备，该焊接设备包括：容纳熔融焊剂的槽(109)；壳罩，其中限定出焊接室(106c)，在焊接室中形成熔融焊剂的平顶溢流波；传送器(107)，其物理上与壳罩(106)结合为一体以便和壳罩一起移动，其可以操作以便移送印刷电路板(3)通过焊接室(106c)；致动器(118)和(119)，其用于垂直地移动壳罩(106)；惰性气体供给器(114a)，其用于向焊接室(106c)供给惰性气体；和控制器，其用于控制致动器(118)和(119)的操作，从而使得当印刷电路板(3)通过焊接室(106c)时印刷电路板在惰性气体的氛围中与平顶溢流波的表面接触。

Description

焊接扁平工件的设备和方法

技术领域

本发明涉及通过流动浸渍法(flow dip method)来焊接扁平工件的设备和方法，其中工件与平顶溢流波(flat overflowing wave)接触。

背景技术

就用于焊接其上设有诸如引线和端子之类的电子部件的印刷电路板的方法而言，已知的用于在待焊接电子部件和焊接表面上，即，在印刷电路板上的待焊接区域上施加熔融焊剂的方法各不相同，例如平面浸渍法(flat dip method)、双罐法(dual pot method)、流动法(flowmethod)、波峰法(wave method)、双波法(double wave method)、流动浸渍法和阶迭熔接法(cascade method)。

在“Denshi Gijutsu 1981年6月期的增刊(1981年第23卷第7号)”(文献1)中描述了这些焊接方法。在文献1中，将流动浸渍法解释为具有流动或波峰法和浸渍法的双重特点。也就是说，在流动浸渍法中，通过泵使焊剂槽中的熔融焊剂溢流以形成如流动法或波峰法中的溢流波，并且将印刷电路板移送和浸入溢流波中以便如在浸渍法中那样实施焊接。

如文献1中所述，流动浸渍法对于焊接具有长引线的部件是有利的，其原因在于熔融焊剂的温度稳定而且当印刷电路板与熔融焊剂的表面接触时温度也不会下降，同时能够一直使熔融焊剂的表面保持清洁并且溢流波的表面稳定。另一个原因在于即使是部件的长引线也没有可能接触流出口的边缘，其中熔融焊剂从流出口边缘溢流而出。

美国专利No.4,512,510(文献2)公开了通过流动浸渍法来改善焊接品质的方法。在该方法中，当印刷电路板进入与熔融焊剂表面的接触时，印刷电路板倾斜从而使印刷电路板能够从一端到另一端逐步与熔融焊剂接触，以允许在印刷电路板和熔融焊剂表面之间的气体逸出。然后沿熔融焊剂的表面移动印刷电路板以便自熔融焊剂向待焊接区域施加动态压力，从而使得待焊接区域能够完全被熔融焊剂所润湿。最后，印刷电路板从一端到另一端逐步从熔融焊剂的表面分离，从而能够通过剥离效果在待焊接的每个区域保留适量焊剂并且在邻近的待焊接区域之间不能形成焊桥。

日本未审专利公开No.H6-198486(文献3)公开了一种焊接方法，其中，在非氧化性惰性气体例如氮气的氛围中实施焊接。因为能够防止待焊接区域的氧化所以要在具有低氧气浓度的惰性气体氛围中实施焊接。另外，因为熔融焊剂的表面张力减小使得待焊接区域相对于熔融焊剂的可润湿性显著提高，所以能够很容易地将熔融焊剂施加到待焊接的微小的区域上因而能够实施所谓的微焊接。另外，由于能够显著地减少要施加到待焊接区域上的焊剂的用量，因此不需要在焊接后清洗印刷电路板(清除残留的焊剂)。

文献3公布的方法以排它的方式适用于其中仅以直线的方式移送印刷电路板的流动法、波峰法、双波法或阶迭熔接法，原因是传送器能够容易地安装在保持于惰性气体氛围中的室内。因此，还没有在惰性气体氛围中采用流动浸渍法实施焊接的焊接设备，因为需要复杂的移送装置以便不仅水平地并且垂直地移送印刷电路板。

更具体地，为了在如文献3中所述的保持于惰性气体氛围中的室内设置复杂的移送装置，该室必须具有非常大的容积。因此，惰性气体的供给速度必须明显地大以达到预定的低氧气浓度(例如，百万分之一千)。

即使将移送装置设置于保持在惰性气体氛围中的腔室之外的焊接设备能够实现，那么该腔室也要具有很大的容积以允许印刷电路板上下移动，另外，外界空气将从移送装置伸进室内的位置处进入室内。因此，惰性气体的供给速度必须明显地大以保持预定的氧气浓度。大的惰性气体供给速度导致焊接成本增加。

另外，不能通过文献3中公布的设备来实施如下印刷电路板的焊接，该印刷电路板具有其上设置长引线的部件，即印刷电路板的将要与熔融焊剂接触的表面上(待焊接的表面)突伸有长引线。除浸渍法或流动浸渍法外不能用其它方法来实施这种印刷电路板的焊接。然而，由于如上所述的同样的原因，所以还没有能够以低成本在低氧气浓度的惰性气体氛围中采用流动浸渍法实施焊接的焊接设备。

当将具有长引线的电子部件例如连接器焊接到曾经接受过回流焊的印刷电路板上时，利用在对应于待焊接区域(见图5(b))的位置处具有开口的掩模板通过流动浸渍法实施局部焊。然而，由于如上所述的同样的原因，所以没有能够以低成本在低氧气浓度的惰性气体氛围中采用流动浸渍法实施焊接的焊接设备。在向待焊接区域上吹送氮气的同时利用焊锡机器人实施焊接，因此，这种连接器的焊接生产产量很低。

英国专利No.801510号(文献4)公开了称作Sylvania的系统，在该系统中焊剂被连续地泵到多个向上延伸的管件并且从管件喷射。将待焊接的物件移到位使其接触从所选的数个管件喷射的焊剂从而使物件上的所选区域被焊接。

文献4中公布的Sylvania法具有以下缺点。

(1)系统的机构很复杂以至于机构调整或者故障恢复需要花费大量的时间，导致生产力低。

(2)由于针对不同类型的待焊接印刷电路板必须使用不同型号的管件而且更换管件需要花费很长时间(大约60分钟)。因此焊接设备的停工期长，导致生产力低。

(3)由于具有许多管件，因此需要花费很长时间(例如，大约30分钟)清洗这些管件，导致生产力低。

(4)管件非常昂贵(例如，一根管件大约一百万日圆)。

(5)很难以简单的方式在惰性气体氛围中实施焊接。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述问题，因此，本发明的目的就是提供能够在诸如氮气的惰性气体的低供给速度下即低消耗量的情况下实施流动浸渍焊的流动浸渍焊设备。

本发明的另一个目的是提供一种焊接设备，其允许即使当安装于印刷电路板上的电子部件具有较长引线时或利用掩模板实施局部焊时也能够在低成本条件下进行高品质焊接。

本发明进一步的目的是提供具有较高生产力的能够在低氧气浓度的惰性气体氛围中实施焊接的焊接方法。

根据本发明的一方面，本发明提供了用于焊接具有待焊接下表面的扁平工件的设备，该设备包括：

容纳熔融焊剂的焊剂槽；

焊剂溢流罐，其设置于焊剂槽中并且具有在熔融焊剂水平表面上方的流出口，所述焊剂溢流罐构造用于在所述流出口上方形成熔融焊剂的平顶溢流波，所述流出口具有比工件更大的尺寸从而使工件的整个下表面能够同时与所述平顶溢流波的表面接触；

壳罩，其在所述焊剂槽上方从后端延伸至前端并且在其中限定出焊接室，所述壳罩具有在所述后端的进口和在所述前端的出口以允许工件经所述进口进入所述焊接室并经所述出口离开所述焊接室，所述壳罩具有面向所述焊剂溢流罐的流出口的下部开口，所述壳罩具有从所述下部开口的整个边缘连续地向下延伸的裙边以包围所述焊剂溢流罐，所述裙边与所述熔融焊剂容纳槽配合使所述焊接室得以密封从而允许所述焊接室仅通过所述进口和出口与外界空气气体连通；

传送器，其设置于所述焊接室中并且物理地与所述壳罩结合为一体以便与壳罩一起移动，所述传送器可以操作以便在所述进口和出口之间移送工件；

一个或多个惰性气体供给器，其用于向所述焊接室供给惰性气体；

驱动装置，其能够操作以在上部位置和下部位置之间垂直地移动所述结合为一体的传送器和壳罩，其中，在所述上部位置时，工件能够通过所述进口被所述传送器接收并且通过所述出口从所述传送器移出，在所述下部位置时，工件在位于所述流出口上方时能够与所述平顶溢流波的表面接触；以及

控制器，其用于控制所述驱动装置和所述传送器的操作从而使工件在所述上部位置经所述进口被所述传送器接收，并且使工件在所述下部位置被所述传送器置于所述流出口上方的所述平顶溢流波处时与所述平顶溢流波的表面接触，以及使工件在所述上部位置经所述出口被所述传送器从所述焊接室移出。

另一方面，本发明提供用于焊接具有待焊接下表面的扁平工件的方法，该方法包括：

提供一种焊接设备，该设备包括：容纳熔融焊剂的焊剂槽；焊剂溢流罐，其设置于所述焊剂槽中并且具有在熔融焊剂的水平表面上方的流出口，所述流出口具有比工件更大的尺寸从而使工件的整个下表面能够同时与所述平顶溢流波的表面接触；壳罩，在其中限定出焊接室并且其具有延伸以包围所述焊剂溢流罐的裙边，所述裙边与所述熔融焊剂容纳槽配合使所述焊接室得以密封从而允许所述焊接室仅通过所述进口和出口与外界空气气体连通；以及传送器，其设置于所述焊接室中并且物理地与所述壳罩结合为一体以便与所述壳罩一起移动；

使所述焊剂槽中的熔融焊剂从所述流出口溢流以便在所述流出口上方形成熔融焊剂的平顶溢流波；

向所述焊接室供给惰性气体使所述焊接保持在惰性气体的氛围中；以及

由所述传送器在所述流出口上方移送工件同时向下位移所述壳罩使工件的下表面与所述喷流波的表面接触。

附图说明

以下将参考附图对本发明进行详细描述，其中：

图1是示意性地示出根据本发明的焊接设备实施方式的正视剖视图；

图2是沿图1中的II-II线的剖视图；

图3是设置于图1所示构造中的氮气供给系统的管路图；

图4是设置于图1所示构造中的主控制系统的框图；

图5是示意性地示出图1所示的焊接设备在焊接时操作的正视剖视图；

图6是示出其上安装掩模板的印刷电路板的剖视图；

图7(a)至7(d)是示出印刷电路板如何垂直和水平地(相对于平顶溢流波)移动并进入与平顶溢流波接触的图；

图8(a)至8(c)是示出印刷电路板如何离开平顶溢流波的图；

图9(a)至9(e)以及图10(a)至10(c)是用于解释对应于由图1所示壳罩的垂直移动引起的焊接室容积的变化而控制向焊接室的氮气供给速度的图；

图11(a)是示意性地示出当壳罩向其上部位置移动时进口和出口能够关闭的实施方式的正视剖视图；

图11(b)是图11(a)的局部正视剖视图，示出用遮蔽件封闭的进口的状态；

图12是示出设置有容积可变室的实施方式的剖视图；

图13是在可应用于Sylvania法的构造的流出口周围的部分的立体图；

图14是示意性地示出根据本发明的焊接设备的另一实施方式的正视剖视图；

图15是示意性地示出根据本发明的焊接设备又一的实施方式的正视剖视图；

具体实施方式

根据本发明的焊接设备适于在惰性气体氛围中实施扁平工件的流动浸渍焊并且如以下所述得以实现。总体而言，该领域众所周知的焊接工序包括焊剂施加步骤、预热步骤和焊接步骤。以下描述主要集中在采用本发明的构造的焊接步骤上。

如图1所示，这种实施方式的焊接设备具有预热部分1和焊接部分2。

预热部分1具有其中限定出预热室103a的罩103。罩103是用于促进作为待焊接工件的印刷电路板3的均匀预热的装置，并且罩103具有进口104和出口105。

预热室103a被划分成四个加热区，每个加热区具有利用红外线、热空气或上述加热方式组合的加热器102。用作加热器102的红外加热器的表面温度或者热空气加热器的热空气温度能够选择并通过温度控制器设定(未示出)。

预热部分1具有设置于预热室103a中用于沿箭头I的方向移送印刷电路板3通过预热室103a的传送装置101，从而使印刷电路板3在通过预热室103a时被预热。传送器101的启动、停止、速度等都由控制器控制，后面将详细描述。以4指示的是掩模板，当印刷电路板3要接受点焊或局部焊时使用掩模板。掩模板4的详细情况在图6中示出。

焊接部分2具有容纳熔融焊剂5的焊剂槽109，焊剂在由加热器、温度传感器及温度控制器(未示出)所指定的温度下保持熔融状态。设置于焊剂槽109中的是焊剂溢流罐110，焊剂溢流罐110具有流出口111和泵112，流出口111位于在焊剂槽109中的熔融焊剂5的水平表面上方，泵112用于将焊剂槽109中的熔融焊剂5供给焊剂溢流罐110。当通过泵119向焊剂溢流罐110供给熔融焊剂5时，熔融焊剂5从流出口111溢出从而在流出口111上方形成平顶溢流波6。尽管在图中熔融焊剂5被示出正在沿四个方向从流出口111溢流，但是熔融焊剂5可以沿任意希望的方向溢流。因此，熔融焊剂可以沿三个或两个方向或仅沿一个方向溢流。焊剂溢流罐110的流出口111具有比印刷电路板3的更大的尺寸从而使印刷电路板3的整个下表面能够同时与所述平顶溢流波6的表面接触。以113指示的是用于使熔融焊剂5的流动平坦的矫直板(流动控制板)。

焊接部分2也具有壳罩106和传送器107。壳罩106在焊剂槽109上方从前端106a延伸至后端106b并在其中限定出保持在诸如氮气的惰性气体氛围中的焊接室106c。壳罩106具有在后端106b的进口116以允许印刷电路板3经进口116进入焊接室106c，以及在前端106a的出口117以允许印刷电路板3经出口117离开焊接室106c。壳罩106具有位于底部的下部开口106d以及裙边108，下部开口106d正对焊剂溢流罐110的流出口111，裙边108接续地从下部开口106d的整个边缘向下延伸。传送器107是可操作的以便在壳罩106的进口116和出口117之间移送印刷电路板3。通过支撑部件120将传送器107支撑到壳罩106并与壳罩106物理地结合为一体以便与壳罩106一起移动。裙边108包围焊剂溢流罐110并延伸至焊剂槽109内的熔融焊剂5中以便密封焊接室106c，从而仅允许焊接室106c通过进口116和出口117与外界空气气体连通。

壳罩106不必局限于上述构造，只要焊接室106c在壳罩106和焊剂槽109之间被适当地密封即可。图14和15示出这种密封构造的其它示例。在图14所示的示例中，作为裙边108的替代物，壳罩106具有从焊剂槽109处向下延伸的波纹管108a，并且具有固定到焊剂槽109的下端，这样使焊接室106c得以密封。在图15所示的示例中，下端设有板簧108c的裙边108b沿焊剂槽109的外壁向下延伸。板簧108c与焊剂槽109的外壁以可滑动的方式接触并向焊剂槽109推压使焊接室106c得以密封。

就泵112而言，使用的是由电机304(见图4)以旋转的方式驱动的离心泵，并且马达的转速由控制器301控制。电磁泵可以用作泵112。当使用如日本未审专利公开文本No.S53-57156中所公开的利用势能的装置作为用于向焊剂溢流罐110中供应熔融焊剂5的装置时，能够进一步稳定平顶溢流波6的高度和表面状态。

为了在焊接室106c中营造惰性气体氛围，在壳罩106中设置多个(图1所示的示例中为8个)氮气供给喷嘴114a至114h。在焊接室106c中，沿传送器107，即沿移送印刷电路板3的方向，设置多个沿相对于移送印刷电路板3的方向垂直的方向延伸的隔板115以形成迷宫式密封，从而使得外界空气经进口116和出口117进入焊接室106c的可能性更小，并且焊接室106c中的空气经进口116和出口117流出焊接室106c的可能性也更小。具体地，许多隔板115设置在接近进口116和出口117的部分以便形成迷宫式密封部分115A。为了提高迷宫式密封部分115A的功能可以从隔板115的末端悬挂遮帘以减小进口116和出口117的开口面积。

焊接部分2具有第一致动器118和第二致动器119，在邻近后端106b的位置处第一致动器118操作性地连接到壳罩106上以便垂直地位移后端106b，在邻近前端106a的位置处第二致动器119操作性地连接到壳罩106上以便垂直地位移前端106a。控制器301控制第一致动器118和第二致动器119以在上部位置和下部位置之间垂直地移动包括传送器107的壳罩106，其中，在上部位置处，印刷电路板3能够经选口116被传送器107接收并经出口117从传送器107移出，在下部位置处，印刷电路板3能够在位于流出口111上方时与平顶溢流波6的表面接触。因此，壳罩106的裙边108的长度是经过选择的从而使得当壳罩106在上部位置时裙边108也不会从焊剂槽109中的熔融焊剂5中出来。控制器301还独立地控制第一致动器118和第二致动器119(分别沿箭头III和IV所指示的方向)从而使得在传送器107上的印刷电路板3能够以任意希望的倾斜状态靠上或脱离熔融焊剂5的平顶溢流波6的表面。

焊接部分2的传送器107沿由双向箭头II所指示的方向移送印刷电路板3并且传送器107的启动、停止、方向、速度等都由控制器301控制。

图3是设置于图1所示构造中的氮气供给系统的管路图。

在图3中，以201指示的是氮气发生器。如图3所示，从氮气发生器201经开关阀202供给的氮气要接受由过滤器203进行的杂质清除，并且由压力控制阀204使其压力增至预定的恒定压力。然后将氮气供给到经流量控制阀205和流量计207通往第一喷嘴组209的管路和经流量控制阀206和流量计208通往第二喷嘴组210的管路，第一喷嘴组209包括设置在进口116和出口117附近的四个喷嘴114a至114d，第二喷嘴组210包括设置在焊剂槽10附近的四个喷嘴114e至114h。流量控制阀205和206由控制器301遥控。

图4是示出设置于图1所示构造中的主控制系统的框图。在图4中以同样的附图标记指示与图1和图3中同样的部件。

如图4所示，由计算机系统构成的控制器301控制传送装置101、传送器107、以及第一致动器118和第二致动器119的操作，从而使印刷电路板3在上部位置经进口116被传送器107接收，并且使印刷电路板3在下部位置被传送器107置于流出口111上方时与平顶溢流波6的表面接触，以及使印刷电路板3在上部位置从焊接室106c经出口117被传送器117移出。控制器301还控制流量控制阀205和206以便对应于壳罩106的垂直移动增加或减少向焊接室106c的惰性气体供给速度，控制器301逐控制用于泵112的马达304。控制器301具有中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、外部存储设备、输入输出端口(未示出)等。控制器301的中央处理器将存储在只读存储器或外部存储设备中的软件载入随机存储器并运行软件来执行控制功能。

控制器301还具有诸如液晶显示器的显示器302和诸如键盘或鼠标的命令操作部件303。控制器301分别通过驱动器305至311从输入输出端口控制传送装置101、传送器107、第一致动器118和第二致动器119、流量控制阀205和206以及用于泵112的马达304。

对于每个驱动器305至311而言，当其控制目标是电动装置时控制器由电驱动电路构成而当其控制对象是利用气压或液压的流体压力的致动器时控制器由流体驱动回路构成。控制器301和驱动器305至311的每个输入输出端口都具有双向接口从而使得控制器301能够与驱动器305至311通信以便向驱动器传输目标控制量并从驱动器接收当前控制量。如上所述的每个控制目标(传送装置101、传送器107、第一致动器118和第二致动器119、流量控制阀205和206以及用于泵112的马达304)都具有用于探测当前控制量的传感器。驱动器310和311以及第一致动器118和第二致动器119构成了可操作地使一体结合的传送器107和壳罩106在上部和下部位置之间垂直移动的驱动装置。

图5示意性地示出图1所示焊接设备在焊接时的操作。图5示出壳罩106已经向下移动至下部位置并且印刷电路板3与平顶溢流波6接触时的状态。即使在这种状态下，仍然能够驱动传送器107沿由双向箭头II所指示的方向移动(往复移动)印刷电路板3。

由于预热部分1的罩103和焊接部分2的壳罩106是分开的并且焊接部分2的传送器107和壳罩106被构造成如图5所示可以一起移动的，因此无需增加焊接室106c的容积就能够实施印刷电路板3的流动浸渍焊。

那么，就无需增加向焊接室106c供给的氮气的供给速度，并且只需要以与焊接室106c的容积相当的很小的量来供给氮气。因此，能够以很低的运营成本在具有低氧气浓度的惰性气体氛围中实施流动浸渍焊。

图6是示出其上安装掩模板4以实施局部焊的印刷电路板3的图。

当需要进行点式波峰焊时，如图6所示印刷电路板3在对应于印刷电路板3上的待焊接区域(以箭头Q指示)的位置具有切口的垫板(掩模板)上被引入焊接设备，因此熔融焊剂只能施加到经过选择的需要焊接的部分或区域。

图7(a)至7(d)是示出印刷电路板3如何垂直地和水平地(相对于平顶溢流波6)移动并进入与平顶溢流波6的接触以实施焊接的状态的图，而图8(a)至8(c)是示出印刷电路板3如何离开平顶溢流波6的图。

由图1和图5中所示的第一致动器118和第二致动器119使印刷电路板3垂直地移动，并且由图1和图5中所示的传送器107使印刷电路板3水平地移动。移动的方向、距离和速度则由图4所示的控制器301控制。

图7(a)至7(d)以及图8(a)至8(c)示出连续的步骤。

尽管示出了其中被焊接的印刷电路板3上安装有掩模板4的示例，但是在焊接没有掩模板4的印刷电路板3时程序也是一样的。掩模板4可以由耐热树脂制成以便重复使用，也可以由应用在印刷电路板3上的硬化树脂制成以便单次使用。

要使印刷电路板3的前端相对于印刷电路板3的移送方向(从进口116到出口117的方向)抬起或降下，则需要沿向上或向下的方向控制第二致动器119。要使印刷电路板3的后端相对于印刷电路板3的移送方向抬起或降下，则需要沿向上或向下的方向控制第一致动器118。要水平地移动印刷电路板3，则需要控制用于驱动传送器107的马达(驱动装置306)的转速和转向。

以下描述使印刷电路板3进入与平顶溢流波6的接触状态的步骤。

当印刷电路板3经进口116被引进焊接室106c并沿如图7(a)所示的箭头A的方向被移送至预定位置时，沿如图7(b)所示的箭头B的方向降低印刷电路板3的前端并沿箭头C的方向移动印刷电路板3。

当印刷电路板3沿如图7(c)所示的箭头D的方向移动使印刷电路板3的前端接触平顶溢流波6时，沿箭头E的方向降低印刷电路板3的后端直至印刷电路板3(掩模板4)的整个下表面(待焊接表面)接触平顶溢流波6。如图7(a)到7(c)所示的印刷电路板3的移动使在印刷电路板3和平顶溢流波6之间的气体逸出。

之后，为了提高待焊接部分(区域)相对于熔融焊剂5的可润湿性，印刷电路板3沿如图7(d)所示的箭头F的方向(向后)水平地移动以便从熔融焊剂5向印刷电路板3上的待焊接部分(区域)施加动压力。

接下来描述用于使印刷电路板3离开平顶溢流波的步骤。

如图8(a)所示，沿箭头G的方向抬起印刷电路板3的前端并且沿箭头H的方向移动印刷电路板3使熔融焊剂5剥离以达到调整角焊缝形状和防止产生焊桥的目的。

之后，沿如图8(b)所示的箭头I的方向移动印刷电路板3，并且沿如图8(c)所示的箭头K的方向抬起印刷电路板3的后端。最后，沿箭头J的方向经出口117将印刷电路板3移出焊接室6c，则一系列使印刷电路板3与熔融焊剂5接触的步骤完成，即焊接操作完成。

控制器301对应于图1所示的壳罩106(以及印刷电路板3)的垂直移动来控制对焊接室106c的氮气供给速度。

图9(a)至9(e)以及图10(a)至10(c)是用于解释对焊接室106c的氮气供给速度进行控制的图。

在图9(a)和图10(a)中，横轴代表时间t，纵轴代表壳罩106的垂直位置或高度。

在图9(b)至9(e)以及图10(b)和10(c)中，横轴代表时间t，纵轴代表氮气的供给速度。

图9(a)至9(e)的横轴在时间上彼此对应，图10(a)至10(c)的横轴在时间上也彼此对应。

图9(b)和图9(c)作为一组示出氮气供给速度的控制的示例。图9(b)的纵轴代表向第二喷嘴组210(设置于在焊接室106c中的焊剂槽109附近的四个喷嘴114e至114h(图1所示))的氮气供给速度Q1，图9(c)的纵轴代表向喷嘴组210(设置于壳罩106的进口116和出口117附近的四个喷嘴114a至114d(图1所示))的氮气供给速度Q2。

在这一示例中，氮气供给速度与壳罩106的垂直位置的变化成正比地增大或减小，并且对向喷嘴组209和210的氮气供给速度进行类似的控制。

从时间t1到时间t3期间当壳罩106向下往下部位置移动时氮气供给速度减小，而从时间t4到时间t6期间当壳罩106向上往上部位置移动时氮气供给速度增大。从时间t3到时间t4期间当壳罩106固定不动时氮气供给速度保持在预定值。

从时间t1到时间t3期间当焊接室106c中的气体经进口116和出口117排出时，氮气的供给速度减小，因为即使氮气的供给速度较小外界空气也不会流进焊接室106c。相反，从时间t4到时间t6期间当外界空气很可能被吸进焊接室106c时，氮气的供给速度增大以防止外界空气流进焊接室106c。也就是说，对应于由壳罩106的垂直移动引起的焊接室106c的容积变化来控制氮气的供给速度以防止在焊接室106c的内部和外部之间发生气体流通。

通过这样的控制，无需增大氮气供给速度的平均值就能够降低焊接室106c中的氧气浓度。另外，即使当氮气供给速度的平均值较小时，氧气浓度也能处于常规水平。

图9(d)和图9(e)作为一组示出氮气供给速度的控制示例(第二示例)。图9(d)和图9(e)的纵轴分别代表向第二喷嘴组210(喷嘴114e至114h)的氮气的供给速度Q1和向第一喷嘴组(114a至114d)的氮气的供给速度Q2。

在这一示例中，只有向第一喷嘴组209(设置于进口116和出口117附近的喷嘴114a至114d(图1所示))的氮气供给速度Q2根据壳罩106在垂直位置上的变化相应地增大或减小，而向第二喷嘴组210(设置于在壳罩106中的焊剂槽10附近的喷嘴114e至114h(图1所示))的氮气供给速度Q1不发生变化。也就是说，仅控制对与外界空气的气体流通具有良好防范效果的喷嘴组的氮气供给速度。另外，氮气供给速度Q2是按时间逐步地加以控制。

图10(b)和图10(c)分别示出氮气供给速度控制的第三和第四示例。纵轴代表氮气供给速度Q1和Q2的任意一个。也就是说，第三和第四控制示例可以与图9(a)至9(e)所示的控制示例组合。

图10(b)示出一个控制示例，其中，氮气供给速度受到控制与壳罩106在垂直位置上的变化成正比，即，与焊接室106c容积的变化速度的不同值成正比。

图10(c)示出一个控制示例，其中，结合了图10(b)所示的控制示例与图9(b)所示的控制示例。

同样通过这些控制，即使当氮气供给速度较低时也能够降低焊接室106c中的氧气浓度，并且即使当氮气供给速度的平均值较小时也能够使氧气浓度保持恒定。

上述控制图是出于图示目的的示例。目的就是依据包括传送器107的壳罩106的垂直移动(例如位置和速度轮廓线)的控制状态来选择最优轮廓线。

如上所述，根据这一实施方式的焊接设备，能够在惰性气体例如氮气的供给速度较低的情况下，即，在消耗量较低的情况下实施印刷电路板的流动浸渍焊。

因此，能够在惰性气体氛围中实施具有其上设置长引线的电子部件的印刷电路板的流动浸渍焊。

另外，由于惰性气体供给速度可以较低，所以即使当包括在惰性气体氛围中的焊接时生产成本也不会超过常规生产成本。另外，能够以正常速度移送印刷电路板，因此产量高。

同样，当在印刷电路板上安装在对应于待焊接区域的位置具有开口的掩模板时，能够通过本发明的流动浸渍焊设备实施局部焊，以便对已经接受过回流焊的印刷电路板上的具有长引线的电子部件进行焊接。

因此，由于无需如传统设备那样使用焊锡机器人就能够同时焊接待焊接印刷电路板上的所有区域，使得产量能够显著提高。

另外，由于常规流动浸渍焊和使用掩模板的焊接能够在一个设备上实施，因此即使根据生产进度改变待焊接印刷电路板的类型也不需要研制周期并且焊接效率也能够保持很高。

在上述实施方式中，在壳罩106向上部位置移动期间为了防止外界空气经进口116和出口117进入焊接室106c(为了防止焊接室106c内部和外部之间气体连通)，氮气的供给速度增大。在另一个实施方式中，仅在壳罩106向上部位置移动期间用遮蔽件将进口116和出口117关闭。

图11(a)和图11(b)是示出一种实施方式的截面视图，在该实施方式中仅在包括传送器107的壳罩106向上部位置移动期间可以用遮蔽件将进口116和出口117封闭。在图11(a)和11(b)中以同样的附图标记指示如图1中的同样的部件。

如图11(a)所示，焊接部分2具有遮蔽件壳902，在遮蔽件壳902中可滑动地容纳遮蔽件901。各遮蔽件壳902分别设置成与壳罩106的前端106a和后端106b的下部接触。在壳罩106的进口116和出口117的上部边缘分别附接磁铁904，并且与磁铁904的极性定向相反的磁铁903附接于遮蔽件901的上端。

顶杆905设置于遮蔽件901的正上方并延伸至在上部位置时的壳罩106的进口116和出口117的上部边缘附近的位置。

在图11(a)中，壳罩106处于上部位置等待即将从预热部分1移送至传送器107上的印刷电路板3，并且遮蔽件901的上端与进口116和出口117的下部边缘对齐。当壳罩106向下部位置移动时，进口116和出口117被遮蔽件壳902封闭并且在进口116和出口117的上部边缘的磁铁904吸到遮蔽件901的磁铁903上。然后，当壳罩106朝上部位置向上移动时，因为磁铁903和904的磁性吸合使遮蔽件901与壳罩106一起被牵引。因此，壳罩106向上移动同时进口116和出口117被遮蔽件901封闭。图10(b)示出在壳罩106向上部位置移动期间遮蔽件901的状态。

当壳罩106抵达上部位置时，顶杆905紧靠遮蔽件的上端。然后，遮蔽件901相对于壳罩106被向下推并使磁铁903和904彼此分离从而打开进口116和出口117。

如上所述，在壳罩106向上部位置移动期间，当由于焊接室106c的容积扩张使外界空气有被吸进焊接室106c的趋势时，封闭进口116和出口117。因此外界空气进入焊接室106c的可能性更小而且能够在焊接室106c中保持稳定的具有低氧浓度的氮气氛围。

当将上述构造与前面提及的氮气供给速度控制结合时，增强了构造的效果并且能够显著降低氮气供给速度。

尽管在这一实施方式中利用磁铁903和904以及顶杆905来打开和关闭遮蔽件901，但是遮蔽件901也可以由能够对应于壳罩106的垂直运动通过控制器301控制开和关的电子遮蔽件构成。

在以上实施方式中，当包括传送器107的壳罩106向上和向下移动时，焊接室106c的容积增大和减小。在进一步的实施方式中，焊接部分2设置有与焊接室气体连通的容积可变室从而能够消除由壳罩106的垂直运动引起的焊接室容积的增大或减小。

图12是示出设置有容积可变室的实施方式的剖视图。

如图12所示，壳罩106具有在其顶部的上部开口1001和波纹管1002，上部开口1001具有和下部开口106d同样的尺寸，波纹管1002从上部开口1001的整个边缘接续地向上延伸。由具有和上部开口1001同样尺寸的固定板1003将波纹管1002的上端封闭。波纹管1002和固定板1003限定容积可变室1004。

当壳罩106向上和向下移动时，波纹管1002膨胀和收缩。当壳罩106向下移动时，波纹管1002膨胀以抵消焊接室106c容积的减小，而当壳罩106向上移动时，波纹管1002收缩以抵消焊接室106c容积的增大。因此，当焊接室106c的容积对应于壳罩106的垂直移动发生变化时，焊接室106c和容积可变室1004的总容积基本保持不变。

结果，焊接室106c内部和外部之间不发生气体流通，并且能够稳定地保持焊接室106c中的具有低氧浓度的氮气氛围。

本发明的焊接设备能够应用于所谓的Sylvania型局部焊。也就是说，无需增大焊接室容积就能在具有低氧浓度的氮气氛围中实施Sylvania型局部焊。

例如在英国专利No.801510中公布的Sylvania系统中，通过移动印刷电路板接近设置在对应于印刷电路板上的待焊接区域的位置处的一组熔融焊剂喷射管使得待焊接区域与从管中喷射的熔融焊剂接触来实施局部焊。

图13是在图1所示的焊剂溢流罐110的流出口111周围的部分的立体图，该图示出在焊剂溢流罐110的流出口111上面具有多个喷射管1101的盖1100的方式。

如图13所示，由于安装在焊剂溢流罐110的流出口111上面的盖1100具有顶部带喷射口1102的多条喷射管1101，因此熔融焊剂5从管1101的喷射口1102喷射从而在管1101的上方形成焊剂波6。

由于喷射管1101的喷射口1102的位置与作为待焊接工件的印刷电路板3上的待焊接区域相对应，因此当壳罩106与传送器107上的印刷电路板3一同向下移动时(见图5)，待焊接区域进入与对应的焊剂波6接触的状态。然后，熔融焊剂5仅施加于希望的经过选择的待焊接区域并且待焊接区域被焊接。

也就是说，无需使用如图6所示的掩模板4就能够实施局部焊。

就图1所示的用于在惰性气体氛围中实施流动浸渍焊的焊接设备而言，在400升/分钟的氮气供给速度下焊接室106c中的氧气浓度达到百万分之一百或者更少。

该数字与在采用上述文献3的技术的焊接设备中得到的数字相似，这表明本发明的技术明显有效。

另外，当这一构造与如图10(b)所示的氮气供给速度控制结合，在380升/分钟的氮气供给速度下焊接室106c中的氧气浓度达到百万分之一百或者更少，这使本发明的焊接设备的高性能得到证明。

如先前所述，在本发明的焊接设备中，使熔融焊剂从具有较大尺寸(大于待焊接的扁平工件的尺寸)的流出口溢流，以在流出口上方形成熔融焊剂的平顶溢流波，并且诸如其上设有多个电子部件的印刷电路板之类的具有多个待焊接区域的工件与平项溢流波的接触以便同时焊接待焊接区域。另外，本发明的焊接设备在不增大惰性气体供给速度的情况下能够在惰性气体氛围中实施焊接工序。因此，能够防止由于大量使用惰性气体而使生产成本增加。

当用如图6所示的安装在工件上的在目标位置具有开口的掩模板实施扁平工件的焊接时，能够实施只将熔融焊剂施加在目标区域即待焊接区域上的局部焊。采用这种局部焊不能通过将熔融焊剂施加在电子部件的待焊接部分之上和周围以回流焊法将电子部件焊接在接受过回流焊的印刷电路板上。

以上描述是示例性的而非限制性的。应该理解可以根据应用和目的的不同进行各种改变和修改。

先前已经描述了本发明的实施方式。本发明能够以例如系统、装置、方法、程序或存储介质的形式实现。更具体地，本发明可以应用于包括多个装置的系统或者包括一个装置的设备。

根据从外部装进控制器310的程序，控制器310可以执行图7(a)至7(d)、图8(a)至8(c)、图9(a)至9(e)以及图10(a)至10(c)中所示的控制。在这种情况下，包括该程序的一组信息可以从外部存储介质经由例如光盘驱动器(CD-ROM)、闪存或软驱的存储介质提供或者通过网络提供。

以上实施方式组合的构造也包括在本发明中。

因此，能够在诸如氮气的惰性气体的低供给速度即低消耗的情况下，实现进行流动浸渍焊的焊接设备。所以，即使当设置于印刷电路板上的电子部件具有长引线或者用掩模板实施局部焊时，也能够以低成本获得高品质焊接。同样能够在高产量的情况下在具有低氧浓度的惰性气体氛围中实施局部焊。

一方面，在电子元件微型化以及表面安装部件广泛使用的情况下，回流焊被广泛用作焊接印刷电路板的技术。另一方面，大尺寸电子部件使用在安装于印刷电路板上的电子电路装置与外部人机界面连接处，并且它们中的某些例如连接器具有待焊接长引线。

为了满足大规模生产的需要，只能采用流动浸渍法来实施这些具有待焊接长引线的电子部件和大尺寸电子部件的焊接。然而，从环境保护的角度被广泛使用的无铅焊剂在环境大气下的可润湿性(可焊接性)较差，进而可靠性较差，因此希望在具有低氧浓度的惰性气体氛围中进行焊接。

本发明的焊接设备，即，能够在惰性气体氛围中实施流动浸渍焊的设备满足了此时的需要。通过发明的新焊接设备，能够在不会引起环境污染的情况下以较低的价格提供高品质的电子装置。

本发明的特征在于无需增大焊接室的容积就能够实施包含印刷电路板的垂直运动的流动浸渍焊。

就根据本发明的焊接设备而言，由于不需要在焊接室中垂直地移动印刷电路板，因此无需增大焊接室的容积就能够在具有低氧浓度的惰性气体氛围中实施流动浸渍焊。

焊接设备可以进一步包括用于调节惰性气体供给速度的装置以及为了控制所述用于调节惰性气体供给速度的装置的装置。控制装置具有程序或指令序列，该程序或指令序列被操作以便在壳罩向下部位置移动期间减小惰性气体的供给速度并且在壳罩向上部位置移动期间增大惰性气体的供给速度。

当包括传送器的壳罩向下移动时，焊接室的容积减小并且焊接室中的惰性气体经进口和出口排出。因此，在此期间，即使向焊接室的惰性气体供给减少或停止，外界空气也不会进入焊接室而且焊接室中的氧气浓度也不会增大。

当包括传送器的壳罩向上移动时，焊接室的容积增大并且外界空气有经进口和出口被吸进焊接室的趋势。然而，在此期间，当增大向焊接室的惰性气体的供给速度时就能防止外界空气进入焊接室并且焊接室中的氧气浓度不会增大。

由于惰性气体的供给速度增大或减小以防止在焊接室的内部和外部之间发生气体流通(以抵消焊接室容积的增大或减小)，因此能够在惰性气体的消耗量最小的情况下防止外界空气进入焊接室。

焊接设备可以进一步包括程序或指令序列，以用于对应于由壳罩的垂直移动引起的焊接室容积上的变化，控制从惰性气体供给器向焊接室供给的惰性气体量。因而能够抑制可能增大焊接室中的氧气浓度的焊接室中不必要的气体流动。

根据本发明的焊接设备可以进一步包括设置于进口和出口处以便在壳罩向上部位置移动期间封闭进口和出口的遮蔽件。从而，能够显著降低经壳罩的进口和出口与外界空气发生的气体流通。

根据本发明的焊接设备可以进一步包括容积可变室，当包括传送器的壳罩向上或向下移动时其容积能够与焊接室的容积成反比变化。从而，能够抵消焊接室容积上的变化，并且能够防止与外界空气经壳罩的进口和出口发生气体流通。

Claims (9)

1.一种用于焊接具有待焊接下表面的扁平工件的设备，包括：

容纳熔融焊剂的焊剂槽；

焊剂溢流罐，其设置于所述焊剂槽中并且具有在熔融焊剂的水平表面上方的流出口，所述焊剂溢流罐构造成在所述流出口上方形成熔融焊剂的平顶溢流波，所述流出口具有比工件更大的尺寸从而使工件的整个下表面能够同时与所述平顶溢流波的表面接触；

壳罩，其在所述焊剂槽上方从后端延伸至前端，并且在其中限定出焊接室，所述壳罩具有在所述后端的进口和在所述前端的出口以允许工件经所述进口进入所述焊接室并经所述出口离开所述焊接室，所述壳罩具有面向所述焊剂溢流罐的所述流出口的下部开口，所述壳罩具有从所述下部开口的整个边缘连续地向下延伸的裙边以包围所述焊剂溢流罐，所述裙边与所述焊剂槽配合使得所述焊接室密封从而允许所述焊接室仅通过所述进口和所述出口与外界空气气体连通；

传送器，其设置于所述焊接室中并且物理上与所述壳罩结合为一体以便和所述壳罩一起移动，所述传送器是能够操作的以便在所述进口和所述出口之间移送工件；

一个或多个惰性气体供给器，其用于给所述焊接室供给惰性气体；

驱动装置，其能够操作以在上部位置和下部位置之间垂直地移动所述结合为一体的传送器和壳罩，其中，在所述上部位置时，工件能够通过所述进口被所述传送器接收并且通过所述出口从所述传送器移出，在所述下部位置时，工件在位于所述流出口上方时能够与所述平顶溢流波的表面接触；以及

控制器，其用于控制所述驱动装置和所述传送器的操作，从而使工件经所述进口在所述上部位置被所述传送器接收，并且使工件在所述下部位置被所述传送器置于所述流出口上方时与所述平顶溢流波的表面接触，以及使工件经所述出口在所述上部位置被所述传送器从所述焊接室移出。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述驱动装置包括第一致器和第二致动器，在邻近所述前端的位置处所述第一致动器操作性地连接到所述壳罩上以便垂直地位移所述前端，在邻近所述后端的位置处所述第二致动器操作性地连接到所述壳罩上以便垂直地位移所述后端，其中，所述控制器独立地控制所述第一致动器和所述第二致动器从而使得工件能够以任意希望的倾斜状态靠上和脱离焊剂波的表面。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制器构造成根据由所述壳罩的垂直移动引起的所述焊接室的容积变化来进一步控制从所述惰性气体供给器向所述焊接室供给的惰性气体的供给速度。

4.如权利要求3所述的设备，其中，所述控制器构造成在所述焊接室的容积增大时提高惰性气体的供给速度并且在所述焊接室的容积减小时降低惰性气体的供给速度。

5.如权利要求1或2所述的设备，进一步包括设置于所述进口和所述出口中的遮蔽件，以便在所述壳罩向所述上部位置移动时封闭所述进口和所述出口。

6.如权利要求1或2所述的设备，进一步包括与所述焊接室气体连通的容积可变室，所述容积可变室的容积能够变化从而使得当所述焊接室的容积对应于所述壳罩的垂直移动发生变化时所述焊接室和所述容积可变室的总容积基本保持不变。

7.如权利要求1或2所述的设备，进一步包括：

罩，其与所述壳罩并列设置并且其中限定出预热室；

加热器，其设置于所述预热室中；以及

传送装置，其设置于所述预热室中以便经所述预热室将工件移送到所述壳罩的所述进口，从而使工件在经过所述预热室时被预热并且经所述进口被引进所述焊接室。

8.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述裙边具有浸没在熔融焊剂水平表面以下的熔融焊剂中的下端，使得所述焊接室仅通过所述进口和所述出口与周围的空气气体连通。

9.一种用于焊接具有待焊接下表面的扁平工件的方法，包括：

提供一种焊接设备，其包括：

容纳熔融焊剂的焊剂槽；

焊剂溢流罐，其设置于所述焊剂槽中并且具有在熔融焊剂水平表面上方的流出口，所述流出口具有比工件更大的尺寸从而使得工件的整个下表面能够同时与所述平顶溢流波的表面接触；

壳罩，其中限定出焊接室并且其具有延伸以包围所述焊剂溢流罐的裙边，所述裙边与所述焊剂槽配合以密封所述焊接室，从而允许所述焊接室仅通过所述进口和所述出口与外界空气气体连通；以及

传送器，其设置于所述焊接室中并且物理上与所述壳罩结合为一体以便和所述壳罩一起移动；

使所述焊剂槽中的熔融焊剂从所述流出口溢流以便在所述流出口上方形成熔融焊剂的平顶溢流波；

向所述焊接室供给惰性气体使所述焊接室保持在惰性气体的氛围中；以及

通过所述传送器在所述流出口上方移送工件同时向下位移所述壳罩使工件的下表面与所述溢流波的表面接触。

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