CN101454107B - 对工件或元件进行温度处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对工件(19)或元件进行温度处理的方法和装置(10)，具体是通过使设置在焊料载体上的焊料熔化而在焊料和充当焊料载体的至少一个元件或工件之间形成焊接连接的方法和装置，在密封于周围区域的处理腔室(13、14)中对至少一个元件进行加热并在接下来的方法步骤中进行冷却，其中，元件(19)的加热和冷却发生在处理腔室(12)的两个腔室区(13、14)中，这两个腔室区(13、14)通过冷凝装置(15)彼此分隔开。

Description

对工件或元件进行温度处理的方法和装置

技术领域

本发明涉及对工件或元件进行热处理的方法，尤其涉及通过熔化布置在焊料载体上的焊料而在焊料和充当焊料载体的至少一个元件或工件之间形成焊接连接的方法，其中在与周围区域密封的处理腔室中执行至少一个元件的加热和后续方法步骤中的冷却。此外，本发明涉及适于执行本方法的装置。

背景技术

在上述类型的已知方法中，其中待焊接的元件的加热乃至冷却在单个处理腔室中进行，需要经常仅在相对少量的焊接周期中不时地对处理腔室进行清洗以使相应装置长时间工作。由于加热区和冷却区之间相对高的温差，相应加热步骤产生的焊料挥发性蒸发在较冷的冷却区冷凝，并形成尤其是在设置在冷却区中的元件和装置上的沉积，所述沉积必须通过清洗过程予以去除。由于必须重复进行的清洗过程，一定会屡次中断根据已知方法工作的装置的操作。在实践中，这导致大量的生产损失。

发明内容

因此，本发明的目的是给出一种方法和装置，其操作能基本以连续方式进行而没有已知的简单清洗间隔，由此实现更高的产量。

为了实现这个目的，根据本发明的方法包括权利要求1的特征。在根据本发明的方法中，在处理腔室的两个腔室区内执行元件的加热和冷却，这两个腔室区可通过冷凝装置彼此分隔。

对应加热过程产生的冷凝装置上的挥发性蒸发沉积通过在两腔室区之间作用的冷凝装置进行，所述冷凝装置发挥类似于保护罩的作用并由此防止在冷却腔室区内冷凝，尤其在设置于该腔室区内的多个第一冷却装置中的一个上冷凝。

作为原则问题，根据本发明的方法主要用于对应例如回火、退火等热处理的在工件或元件上的温度应用场合。一特定应用区域在于产生通过焊膏实现的焊接连接的领域中，例如在制造电子元件和组件群的领域中。

如果根据本方法的特定优选变例，通过加热装置执行加热并通过第一冷却装置执行冷却，在所有情形下加热装置和第一冷却装置都工作在基本恒定温度下，则能进一步提高根据本发明方法的产量和效果。这样，执行这种方法时发生的并分别因加热过程和冷却过程引起的直至达到合需的加热或冷却温度为止的时间损失得以消除。

还证实，如果在加热焊料载体前将冷凝装置从供给位置移至分隔腔室区的分隔壁位置以达到分隔腔室区的目的是尤为有利的。藉此，在用于加热的腔室区中已执行加热过程后，在冷凝装置设置在供给位置时，可分别将焊料载体和元件转移至冷却腔室区并随后再次改变冷凝装置的位置至其分隔壁位置，如此，在焊料载体在冷却腔室区内冷却期间，通过冷凝装置与冷却腔室区分隔的加热腔室区中不会产生明显的温度损失。

通过使冷凝装置冷却，能分别显著地支持和加强冷凝装置的效果——尤其是冷凝物输出。如果冷凝装置在设置于供给位置期间冷却，则能尤为简单地实现冷凝装置的冷却，在供给位置，冷凝装置基本位于加热腔室区的直接影响区域的外面。

在通过冷凝装置与冷却腔室区隔开的加热腔室区中加热焊料载体期间将真空施加于加热腔室区，可有效支持冷凝装置防止冷却腔室内的冷凝物沉积的阻挡或保护效果。如有必要，也可将真空施加于整个处理腔室。

为了在加热腔室区内加热期间尽可能抵消焊料载体的温度梯度，如果在加热腔室区内执行加热时将焊料载体设置在加热装置和与之相对的辅助加热装置之间，则被证明是有利的。

较为有利地，辅助加热装置可具体实施为辐射加热器，其中通过辅助加热装置的温度控制来考虑到焊料载体的特定材料特性。

根据本发明的实现上述方法的装置包括设置在两个腔室区内的加热装置和第一冷却装置，这两个腔室区可通过冷凝装置彼此隔开。

如前面已结合本发明的方法说明的那样，已证实如果冷凝装置设有第二冷却装置则根据本发明的装置的实现是较为有利的。

如果第二冷却装置具体实施为它至少在其供给位置与冷凝装置相互作用的方式，则一方面可以尤为有效的方式使用第二冷却装置，由此适应其中冷凝装置基本位于加热腔室区的影响范围之外的方法。另一方面，可将第二冷却装置本身设置在处理腔室外，从而基本消除对第二冷却装置的效率具有不利影响的第二冷却装置上不希望的冷凝沉积。

如果冷凝装置具体实施为金属分隔壁装置，则可实现冷凝装置的尤佳实施例。藉此，冷凝装置一方面包括较为有利的大热容量，另一方面，可实现尤为节省空间的冷凝装置的实施例。如果冷凝装置具体实施为分隔板，这尤为有效。

如果冷凝装置具体实施为在冷凝装置设置在分隔壁位置时形成将处理腔室的各腔室区彼此相连以使它们彼此连通的气体通道的形式，则不管冷凝装置的阻挡效果如何，各腔室区之间可以进行气体交换，这抑制冷却腔室区内的冷凝物沉积。

如果在设置于分隔壁位置的冷凝装置和处理腔室的腔室壁之间具有使各个腔室区彼此相连以彼此连通的分隔壁间隙，则可实现气体通道的尤为有效的实施例，因此一方面，横跨整个间隙表面可具有足够的气体交换，然而另一方面，由于分隔壁间隙具有迷宫式横截面，可有效地防止冷凝物块通过间隙。

独立于冷凝装置的实施例，如果将辅助加热装置设置成在处理腔室的加热腔室区中与加热装置相对，以在加热焊料载体期间使所述焊料载体位于加热装置和辅助加热装置之间，则不管在任何情况下都是有利的。

下面借助附图通过根据本发明的装置的可行实施例根对据本发明的方法的变例的实现方式予以更详细地说明。

附图说明

图1示出静止工作状态下的焊接装置；

图2示出图1所示焊接装置在进给和转移阶段的状态；

图3示出图1所示焊接装置在加热腔室区内加热焊料载体期间的状态；

图4示出图1所示焊接装置在将焊料载体转移至冷却腔室区期间的状态；

图5示出图1所示焊接装置在冷却腔室区内冷却焊料载体期间的状态。

具体实施方式

图1示出焊接装置10，它包括其中容纳处理腔室12的壳体11。处理腔室12包括在示例性实施例中所示为在左手侧的加热腔室区13以及在其右手侧的冷却腔室区14。在加热腔室区13和冷却腔室区14之间设置分隔壁装置，它在图示的示例性实施例中具体实施为分隔板15并使加热腔室区13与冷却腔室区14分隔。为了实现或取消分隔板15将加热腔室区13和冷却腔室区14分隔的效果，所述分隔板15可从图1所示的分隔壁位置Ⅰ位移至图1以点划线表示的供给位置II。根据壳体的实施例，供给位置II可设置在处理腔室内或处理腔室外，例如设置在下壳体部分16中。

如图1进一步表示那样，在本例中包含电阻加热的加热板21并且其相对元件载体17的距离d可藉由进给装置22改变的加热装置20位于加热腔室区13中。进给装置22使得在加热板21和在图1中以点划线表示的元件载体17之间能形成表面接触，同时能设定加热板21和元件载体17之间的限定距离d，从而设定元件载体17和设置在元件载体上的基板19的合需温度。

除了加热装置20，辅助加热装置24位于元件载体17上方并位于处理腔室12的顶壁23的下方。

在图1示出的示例性实施例中包含其中流过冷却剂的冷却板26的冷却装置25位于冷却腔室区14中。为了设定冷却温度，冷却板26与加热板21一致地与设置在其上的元件载体17相互作用。

如图1所示，处理腔室12在冷却腔室区14的区域中设有出入口28（图2），该出入口28可由盖装置27封闭。在图1所示的焊接装置10的静止工作状态下，出入口28由盖装置27封闭。基板在初始状态下起初不位于处理腔室12内。加热腔室区13和冷却腔室14通过设置在其分隔壁位置中的分隔板15彼此以气密，换言之以光密方式分隔，除了在壁间隙30中保持气体通道，壁间隙30在图1所示的示例性实施例中具体实施为迷宫式间隙并在顶壁23和侧壁29之间延伸。在这种结构中，加热腔室区13和冷却腔室区14可回火至各自合需的温度并可保持恒定在该温度下。

在图2所示进给和转移阶段，盖装置27被打开以释放出入口28，以焊接为目而提供有例如糊状焊料的基板19被引入到冷却腔室区14（虚线表示）。在分隔板15位移至图2所示的其供给位置后，基板19通过元件载体17被引入到加热腔室区13（实线表示）。为了在加热腔室区13和冷却腔室区14之间转移，可提供设置在处理腔室12中的元件载体17的转移装置。

在图3所示后续加热阶段，分隔板15再次转移至其分隔壁位置。为了引导分隔板15，在图2和图3所示焊接装置10的示例性实施例中，在下壳体部分16的区域中设置进给装置。为了能够在下基板侧31和上基板侧32之间获得最小的可能温度梯度，根据以焊接为目的设置在加热腔室区13中的基板19的材料强度和材料特性，以针对基板的方式设定经由辐射作用于基板19的辅助加热装置24温度。与之相反，元件载体17的合需温度设定点主要依照焊料成分而定。

在图3所示的加热阶段，其中分隔板15位于其分隔壁位置，分隔板15以这样一种方式充当冷凝装置：即在焊料熔化期间释放并含有焊料的挥发性成分的蒸气沉积在作为冷凝表面33的分隔板15表面上。由于分隔板15冷却至冷却温度，该冷却温度作用于分隔板15在冷却腔室区14中的冷却表面34，因此在分隔板15的表面上已达到冷凝所需的温度梯度。由于冷凝物形成已发生在充当冷凝装置的分隔板15上的事实，因此确保分别不在冷却腔室区14和冷却装置25上形成相应的沉积。分隔壁间隙30的形成同时允许分别在基板19加热期间和设置于基板19的焊料熔化期间在加热腔室区13中形成真空，而不会因此将相应的真空力施加于分隔板15，该真空力会影响分隔板在供给位置和分隔壁位置之间的位移。

如果除了因形成在冷却腔室区14中的温度而使分隔板15的冷却表面34的后部影响（retral impingement），还经由设置于下壳体部分16中的冷凝器冷却装置36进行分隔板15的直接冷却，则分隔板15的冷凝表面33上的冷凝物输出进一步增加。冷凝器冷却装置36可通过分隔板15的进给装置的经冷却的实施例来实现。

图4示出转移阶段中的焊接装置10，其中在分隔板15位移至基本位于下壳体部分16内的其供给位置后，基板19通过元件载体17从加热腔室区13转移至冷却腔室区14。

最后，图5示出在接下来的冷却阶段中的焊接装置10，其中在盖装置27仍然封闭并且分隔板15已移回到其分隔壁位置的情形下，基板19位于经冷却的元件载体17上同时由分隔板15保护热从加热腔室区13散发出去。在基板19已冷却后，盖装置27可被打开并且操作者通过焊接装置10的出入口28取出基板19。为在之后的基板上继续焊接方法，此时可将所述基板再次引入冷却腔室区14（如图2所示）并转移至加热腔室区。

Claims (14)

1.一种对工件或元件进行温度处理的方法，所述方法用于通过使设置在焊料载体上的焊料熔化而在所述焊料和充当所述焊料载体的至少一个元件或工件之间形成焊接连接，其中在密封于周围区域的处理腔室中对至少一个元件进行加热并在接下来的方法步骤中进行冷却，其特征在于，所述元件的加热和冷却发生在所述处理腔室（12）的两个腔室区中；

将冷凝装置（15）从供给位置(II)位移到使所述腔室区彼此分隔开的分隔壁位置(Ⅰ),其中,在所述冷凝装置（15）设置在所述分隔壁位置(Ⅰ)时，形成气体通道，所述气体通道将所述腔室区彼此相连以使所述腔室区彼此连通,从而,冷凝装置（15）能够使对应加热过程产生的挥发性蒸发沉积。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热由加热装置（20）执行，并且所述冷却由第一冷却装置（25）执行，所述两种装置在所有情况都工作在基本恒定的温度下。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热所述焊料载体前，为了分隔所述腔室区将所述冷凝装置（15）从供给位置位移至将各所述腔室区彼此分隔的分隔壁位置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷凝装置（15）至少在设置于所述供给位置期间被冷却。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过所述冷凝装置（15）与冷却腔室区（14）隔开的加热腔室区（13）中加热所述焊料载体期间，将真空施加于所述加热腔室区。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在通过所述加热装置（20）在加热腔室区（13）中加热所述焊料载体期间，所述焊料载体被设置在所述加热装置和与之相对设置的辅助加热装置（24）之间。

7.执行如权利要求1-6中的任一项所述的方法的装置，所述装置包括密封于周围区域的处理腔室（12），并包括用于加热所述焊料载体的加热装置（20）和用于冷却所述焊料载体的第一冷却装置（25），其特征在于，所述加热装置（20）和所述第一冷却装置（25）被设置在彼此分隔开的两个腔室区中;

将冷凝装置（15）从供给位置(II)位移到使所述腔室区彼此分隔开的分隔壁位 置(Ⅰ),其中,在所述冷凝装置（15）设置在所述分隔壁位置(Ⅰ)时，形成气体通道，所述气体通道将所述腔室区彼此相连以使所述腔室区彼此连通,从而,冷凝装置（15）能够使对应加热过程产生的挥发性蒸发沉积。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述冷凝装置（15）具体实施为所述冷凝装置可从供给位置位移至分隔所述腔室区的分隔壁位置的形式。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述供给位置被设置在所述处理腔室之外。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述冷凝装置（15）设有第二冷却装置（36）。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二冷却装置（36）具体实施为至少在所述冷凝装置（15）的所述供给位置，所述第二冷却装置与所述冷凝装置（15）相互作用的形式。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述冷凝装置（15）具体实施为金属分隔壁装置。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述冷凝装置（15）具体实施为分隔板的形式。

14.如权利要求7所述的装置，其特征在于，使各所述腔室区彼此相连以使其彼此连通的分隔壁间隙（30）形成在设置于所述分隔壁位置的所述冷凝装置（15）和所述处理腔室（12）的腔室壁（23、29）之间。 

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