CN103100776B - 回流焊接系统 - Google Patents

Abstract

一种回流焊接系统，其中加热炉设置有接触加热单元，该接触加热单元具有输送轨道和顶部热传递加热器，并且该加热炉设置有吹热气加热单元，该输送轨道和顶部热传递加热器分别设置有对该印刷电路板的外边缘部分加热的加热器，并且该输送轨道或顶部热传递加热器沿上下方向移动，使得该输送轨道和顶部热传递加热器夹紧并加热该印刷电路板的外边缘部分。

Description

回流焊接系统

技术领域

本发明涉及一种焊接印刷电路板(PCB)的回流焊接系统，其中该系统的特征在于：通过接触热传递加热产生的高热传递速率以及通过吹热气加热产生的均匀加热两者。

背景技术

在如日本未审查专利公开No.2004-304098中尤其在图5中所示的印刷电路板的常规回流焊接方法中，实践一直是保持印刷电路板用于在回流炉的预热区中在100℃至200℃预热温度下加热，因此使温度迅速上升至峰值温度。如果通过常规回流焊接方法焊接印刷电路板，则存在如下问题：围绕被焊接部分或从焊接部分在位置上偏离的电子装置形成微球。

特别地，为了处理大量类型的产品，有必要增加炉长度用于热浸。加热时间被迫变长，并且设施的尺寸被迫变大。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供了一种回流焊接系统，该系统焊接印刷电路板并且具有通过接触热传递加热产生的高热传递速率以及通过吹热气加热产生的均匀的加热。

为了解决以上问题，本发明的第一方面提供了一种回流焊接系统，该系统将其上已经印刷有或涂有焊膏的印刷电路板输送到可密封的加热炉用于回流焊接，其中该加热炉设置有接触加热单元，该接触加热单元具有：输送轨道，其从底部支撑该印刷电路板的外边缘部分；以及顶部热传递加热器，其从上面支撑该印刷电路板的外边缘部分，并且该加热炉设置有吹热气加热单元，该输送轨道和顶部热传递加热器分别设置有加热器，这些加热器对该印刷电路板的外边缘部分加热，并且在对该印刷电路板加载之后，该输送轨道或顶部热传递加热器沿上下方向移动，使得该输送轨道和顶部热传递加热器夹紧并且加热该印刷电路板的外边缘部分。

这些发明人注意到通过接触热传递加热产生的高传热速率以及通过吹热气加热产生的均匀加热和快速，以及联合地使用通过接触热传递加热以及通过吹热气加热从而能够实现小型、高速均匀加热。印刷电路板P的外边缘部分从顶部和底部方向（即，板的翘曲方向）被夹紧并且通过接触热传递被加热，因此板的翘曲可以得到抑制。由于这个原因，焊接决不会在由于形成板的树脂与铜互连件的热膨胀的差异而引起的板翘曲的状态下进行。

本发明的第二方面包括本发明的第一方面，其中所述印刷电路板的由外边缘部分包围的内部在控制空气流和热空气温度的同时由所述吹热气加热单元加热。由于这一点，在热量被从外边缘侧传递的同时，在印刷电路板的中心部分处，由吹热气加热单元对印刷电路板供应热空气，因此，印刷电路板被均匀地加热。

本发明的第三方面包括本发明的第一方面， 其中通过由竖直固定外框架和水平固定外框架以及竖直移动框架和水平移动框架组成，所述输送轨道能够处理印刷电路板的外边缘部分的不同尺寸，其中印刷电路板的输送方向被限定为水平方向，并且加热器被嵌入内部。由于这一点，可以处理印刷电路板的外边缘部分的不同尺寸。

本发明的第四方面包括本发明的第三方面，其中所述竖直固定框架和水平固定框架由水平方向固定的水平外框架轨道和竖直方向固定的竖直外框架构成，并且所述竖直移动框架和水平移动框架由第一移动水平轨道、第二移动水平轨道、中间竖直框架、以及定位止动件构成，并且它们被设计成能够与印刷电路板的外边缘部分的尺寸和获得的板的数量相匹配地移动。在此处，“获得的板的数量”意味着稍后所解释的印刷电路板被划分成的预定区域的两个板、四个板、或获得的板的其它数量。

本发明的第五方面包括本发明的第四方面，其中所述中间竖直框架和所述定位止动件被构造成能够独立于彼此上下移动。

本发明的第六方面包括本发明的第一方面，其中所述回流焊接系统设置有预热室和冷却室。

本发明的第七方面包括本发明的第一方面，其具有热空气循环系统，该热空气循环系统使从吹热气加热单元被供应的热空气循环到预热室，然后让烟气回收箱冷却在加热炉处产生的焊剂烟气以凝结用于回收，然后进一步使热空气循环到所述冷却室并且与从所述吹热气加热单元供应的热空气融合。由于这一点，在烟气回收箱处，使在加热炉处产生的焊剂烟气冷却并且凝结用于回收，因此通过流路循环控制可以获得烟气回收效率上的提高。

注意，以上参考符号是示出与在接下来被说明的实施例中所描述的特定例子相应的图示。

附图说明

本发明的这些和其它目的和特征将从参照所附的附图所给定的优选实施例的下列描述变得更加清楚，在附图中：

图1是说明形成本发明的基础的比较性技术的说明性视图。

图2是示出本发明的一个实施例的示意图。

图3A是本发明的一个实施例的在两个获得的板的情况下的传输轨道的说明性视图，图3B是本发明的一个实施例的在两个获得的板的情况下在改变竖直方向（宽度方向，Y轴方向）的情况下的传输轨道的说明性视图，图3C是中间竖直框架的截面图，并且图3D是本发明的一个实施例的在四个获得的板的情况下的传输轨道的说明性视图。

图4A至图4C是在本发明的一个实施例中对印刷电路板加载的说明性视图。

图4D至图4F是在本发明的一个实施例中对预热室中的印刷电路板加载和卸载的说明性视图。

图4G至图4I是在本发明的一个实施例中在加热炉中通过接触热传递以及通过吹热气对印刷电路板加热的说明性视图。

图4J至图4L是在本发明的一个实施例中在加热炉中对印刷电路板卸载的说明性视图。

图4M至图4O是本发明的在一个实施例中将印刷电路板从加热炉卸载并加载到冷却室中的说明性视图。

图4P和图4Q是在本发明的一个实施例中在回流炉中反复地进行的对印刷电路板加载和卸载的说明性视图。

图5是用于先前技术的回流焊接方法的热分布图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图说明本发明的实施例。在这些实施例中，具有相同构造的部分被分配相同的参考符号并且省略了说明。

图1是说明形成本发明的基础的比较性技术的说明性视图。该比较性技术是热空气对流式回流炉。这可以处理很多类型的产品并且能够实现均匀加热。然而，在该比较性技术中，为了使得能够实现均匀加热，炉长度必须增加。加热时间最终变得更长，并且设施的尺寸最终变得更大。此外，为了减少氮气（N₂）的使用量，利用了热空气循环方法，但是设施的尺寸很大，并且用于被加热的材料的入口和出口部分被打开用于输送机输送，因此，热空气的流动不能受到控制，并且焊剂烟气蔓延并且附着到炉的内侧。由于这个原因，需要大量时间用于清洗的问题出现。此外，在回流加热期间，将被焊接的印刷电路板仅在非约束状态下在轨道上被输送，因此，存在如下问题：由于板中的树脂和铜互连件的热膨胀的差异，焊接在板被卷曲的状态下进行，并且因此，这导致对焊接性能的不良影响。

在图1的比较性技术中，炉被划分成第一区至第九区，第一区至第七区是加热区，并且第八区和第九区是冷却区。作为一个例子，炉延伸到5米至6米。该比较性技术是连续炉，其中将被焊接的印刷电路板由皮带链条连续地输送通过隧道形回流炉的内部。如在图5的热分布图中所看到的，在使印刷电路板的温度达到常用焊料的熔点或更高之前，温度上升停止，并且使得温度收敛到恒定温度（热浸）以确保对被支撑在印刷电路板上的电子装置的均匀加热。由于这个原因，第一区至第五区是必需的。

对于该比较性技术，使用热空气和辐射加热两者的小型回流炉已经被提出。然而，利用辐射加热，对由于被加热的材料的颜色或材料（光泽度等）引起的辐射热的吸收中的差异的控制是困难的，因此无论将被加热的材料是何种材料，在维持均匀加热的同时实现回流是不可能的。

为了解决这样的问题，在本实施例中，这些发明人注意到，通过接触热传递加热产生的高传热速率以及通过吹热气加热产生的均匀加热和快速，以及联合地使用通过接触热传递加热以及通过吹热气加热从而能够实现小型、高速均匀加热。此外，在通过接触热传递加热的方法中还存在特定特征。可以处理大量类型的产品。在本实施例的通过接触热传递加热中，印刷电路板P的外边缘部分从顶部和底部方向（即，板的翘曲方向）被夹紧并且通过接触热传递被加热，因此板的翘曲可以得到抑制。由于这个原因，焊接决不会在由于形成板的树脂和铜互连件的热膨胀的差异引起的板翘曲的状态下进行。

在下文中，将详细地说明本发明的一个实施例。图2是示出本发明的一个实施例的示意图。在图2中，输送轨道1具有嵌入在其中的热传递加热器（电加热器等）。作为输送轨道和热传递加热器的功能被联合地使用。输送轨道1在印刷电路板P(P',P'')到达预定位置之后向上移动，并且与顶部热传递加热器2一起夹住板并且加热该板。吹热气加热单元3向印刷电路板P供应热空气。在这种情况下，事先根据温度分布计算的空气流和温度分别受到控制用于供给热空气。所供应的热量基于所获得的热短缺量从热传递等的分析结果来计算。循环路径控制板4是整流板（冲孔的金属等），用于重复利用热空气以重复利用由吹热气加热单元3供应的热空气。加热炉100由输送轨道1、顶部热传递加热器2、供应压缩氮气（N₂）等的吹热气加热单元3、以及循环路径控制板4构成。

门5（5-1至5-4）以时间滞差的方式打开和关闭从而防止加热炉100的氧气（O₂）浓度改变。在图2中，预热室6被共同地用作预热室和用于维持氧气浓度的备用室，并且能够通过利用热空气来实现预加热。冷却室8被共同地用作冷却室以及用于维持氧气浓度的备用室。当将印刷电路板P加载到预热室6中时，门5-1打开（向上或向下移动），并且加热炉100的门5-2关闭。类似地，当门5-3打开时，冷却室8的门5-4关闭。马达风扇7将热空气引导至预热室6中。烟气回收箱9促使在加热炉100中产生的焊剂烟气冷却并且凝结用于回收。热空气循环系统40的再循环回路具有未被示出的用于从预热室6吸入热空气或将冷空气吹到马达风扇7的独立的马达风扇。

如图2中所示，热空气循环系统40促使已经从吹热气加热单元3供应的热空气在预热室6中循环。在烟气回收箱9中，在加热炉100中产生的焊剂烟气被冷却以使它们凝结用于回收。在经过烟气回收箱9之后，然后进一步被循环到冷却室8，使得循环的空气与从吹热气加热单元3供应的热空气融合。热空气循环系统40的再循环回路另外可以被修改成各种回路，但是必须被设计成经过回收箱9。由于这一点，通过流动路径控制获得了烟气回收效率的提高。

图3A是本发明的一个实施例的在两个获得的板的情况下的传输轨道的说明性视图，图3B是本发明的一个实施例的在两个获得的板的情况下在改变竖直方向（宽度方向，Y轴方向）的情况下的传输轨道的说明性视图，图3C是中间竖直框架的截面图，并且图3D是本发明的一个实施例的在四个获得的板的情况下的传输轨道的说明性视图。图4A至图4Q是在本发明的一个实施例中在回流炉中对印刷电路板加载、加热和卸载的说明性视图。

首先将说明图3A和图3B的两个获得的板的程序。在此处，图3A和图3B的纸面上的水平方向，即，印刷电路板的加载方向（前进方向）被定义为“X轴方向”，而图3A和图3B的纸面上的竖直方向（或宽度方向）被定义为“Y轴方向”。在下文中，竖直方向和水平方向（或X-Y轴方向）被如上定义用于说明。

输送轨道1由竖直固定框架和水平固定框架以及竖直和水平移动框架构成，所述竖直固定框架和水平固定框架由水平方向固定的水平外框架轨道1-1以及竖直方向固定的竖直外框架1-2组成，所述竖直和水平移动框架由第一移动水平轨道1-3、第二移动水平轨道1-4、以及中间竖直框架10、11（通常是几个，除在单个获得的板的情况下之外）组成。这些构件均具有嵌入在它们内部的热传递加热器20（在中间竖直框架10中，20-1至20-3）。如图2中所示，输送轨道1总体上被布置在加热炉100的内侧。水平方向固定的水平外框架轨道1-1、竖直方向固定的竖直外框架1-2、第一移动水平轨道1-3、以及第二移动水平轨道1-4总体形成外框架构件（未示出）。这些构件的顶表面设置在相同的平面上。输送轨道1由外框架构件和中间竖直框架10、11构成。

另一方面，在图3A和图3B的情况下，存在两个中间竖直框架10、11、10'、11'。如在图4A中所看到的，进一步存在用作定位止动件的定位竖直框架12。定位竖直框架12还用作中间竖直框架。中间竖直框架并不限制于两个。该数量可以根据获得的板的数量适合地改变。根据获得的板的数量的关系，中间竖直框架10、11和中间竖直框架10'、11'被设置成在线Q上被以单排对齐，如图3A、图3B和图3D中所看到的，但是如果独立地对它们定位，则也可以应付修改的形状。外框架构件和中间竖直框架被形成在相同的平面上，使得被输送的印刷电路板P在轨道上滑动。如在图4A中所看到的，定位竖直框架12（还充当中间竖直框架11）的一部分从外框架构件的平坦表面突出以用作止动件并且使被输送的印刷电路板P停止。当印刷电路板P被卸载到冷却室8中时，定位竖直框架12下降到底部。

由于水平方向轨道1-1、1-3、和1-4是长轨道，所以被嵌入在内部处的电加热器20在水平方向上被划分成多个部分以使得能够实现局部加热，使得在电加热器处没有能量损耗发生。适当的切换是可能的以使得能够根据印刷电路板的获得的板的尺寸和数量（两个板P-1、P-2，四个板P-1至P-4，或其它数量的获得的板）实现局部加热。竖直方向固定的竖直外框架1-2也可以类似地被局部加热。以这种方式，输送轨道1是如下输送轨道：印刷电路板在该输送轨道的顶表面上滑动并且形成接触固定装置用于通过接触热传递加热印刷电路板。

第一移动水平轨道1-3和第二移动水平轨道1-4通过滑动导轨或其它引导机构相对于水平方向固定的水平外框架轨道1-1平行移动。如图3B中所示，固定的水平外框架轨道1-1与第一移动水平轨道1-3和第二移动水平轨道1-4之间的距离分别是Ll、L2。在图3B中，与印刷电路板的尺寸匹配，Ll较大。当然，也可以根据印刷电路板的获得的板的数量进一步增加第三移动水平轨道等。印刷电路板P在本实施例中通过推进器被加载到预热室6中。加载也可以通过另一已知的手段进行。

此外，通过使L形拔出工具31沿前进方向紧靠和离开印刷电路板P的后端边缘可以将印刷电路板P从预热室6加载到加热炉100中，从加热炉100卸载到冷却室8，以及卸载到外部。L形拔出工具被制成在Y轴方向上由圆柱体从外侧从加热炉或冷却室的Y轴方向狭缝驱动。当不使用L形拔出工具时，由于它将干扰加载，使该工具在加热炉的内部的侧部分处从X轴方向到Z轴方向旋转90°。注意，本发明并不限于L形拔出工具31。也可以使用钩型拔出工具或皮带功率或其它已知的手段。

接着，将参照图3B、图3C、和图4A说明中间竖直框架10、11和定位竖直框架12。如在图3B中所看到的，中间竖直框架10、11、10'、11'具有T形截面。构件10-3被构造成紧贴构件10-1、10-2的内侧。对应于距离Ll、L2的改变的可变调节是可能的。附图标记20-1至20-3表示嵌入式加热器。线Q是印刷电路板P-1、P-2的分界线。构件10-1、10-2、和10-3的顶表面是被用作滑动表面的轨道表面，印刷电路板在该滑动表面上被输送。中间竖直框架11、10'、11'也被类似地构造。取决于获得的板的数量，可以增加中间竖直框架。定位竖直框架12被构造成基本上与在中心处被平分的中间竖直框架的一侧相同，但是在顶表面处进一步设置有突出部分作为止动件。加热器以与中间竖直框架同样的方式被嵌入。

在本实施例的回流焊接系统中，输送轨道1具有嵌入在其中的加热器，并且其与顶部热传递加热器2一起夹住并加热印刷电路板P的外边缘部分。在热量被从外边缘侧传递的同时，在印刷电路板P的中心部分处，吹热气加热单元3向印刷电路板P供应热空气。在这种情况下，事先根据温度分布计算的空气流和温度分别受到控制用于供应，因此印刷电路板被均匀地加热。从吹热气加热单元3供应的热量基于从热传递的分析结果获得的热不足量来计算。以这种方式，可以集中于通过接触热传递加热的高热传递速率以及通过吹热气加热的均匀加热并且联合使用两者以实现小型、高速均匀加热。与比较性技术的炉长度相比，该长度可以被缩短到小于三分之一。此外，通过夹住并加热印刷电路板P的外边缘部分的接触热传递加热，从顶部和底部方向（即，板的翘曲方向）夹住板，因此可以抑制翘曲。由于这一点，焊接决不会在由于板的树脂与铜互连件的热膨胀的差异而引起的板翘曲的状态下进行。

将参照图4A至图4Q说明印刷电路板的重复加载和卸载。图4A至图4C是说明印刷电路板的加载的视图，而图4D至图4F是在预热室中对印刷电路板加载和卸载的说明性视图。图4G至图4I是在本发明的一个实施例中通过接触热传递以及通过吹热气对加热炉中印刷电路板加热的说明性视图，而图4J至图4L是在加热炉中卸载的说明性视图。图4M至图4O是从加热炉卸载并加载到冷却室中的说明性视图。图4P和图4Q是在本发明的一个实施例中在回流炉中反复地进行的对印刷电路板加载和卸载的说明性视图。

在下文中，将连同附图说明本发明的实施例。在图4A至图4C中，门5-1被打开，印刷电路板P被加载到预热室6中，然后被加载到预热室6中，然后门被关闭。如图4B中所示，加热炉100的门5-2被关闭并且使得内部气氛的氮气气氛被保持。如果不在惰性气体中，焊剂将以氧化而告终并且导致差的焊接质量，因此加热炉100的气氛尽可能被保持以维持氮气气氛。

在图4D中，基于与该回流焊接系统截然不同的热分布，印刷电路板P在预热室6中被预热。在图4F和图4G中，门5-2被打开，然后使用推进器或拔出工具将印刷电路板P加载到加热炉100中。门5-3也打开，但是这是由于印刷电路板在回流炉中被反复地加载和卸载的事实，如图4M至图4O中所示。在图4F中，固定的竖直外框架1-2和中间竖直框架10下降，但是定位止动件12（中间竖直框架11）被定位在顶部，因此印刷电路板紧靠定位止动件12并且停止，如4G图中所示。

在图4H中，门5-2和5-3关闭，并且开始对加热炉100中的印刷电路板P的通过接触热传递的加热以及通过吹热气的加热。在图4I中，输送轨道1上升并且用顶部热传递加热器2夹住并加热印刷电路板P的外边缘部分。与此同时，由该外边缘部分包围的印刷电路板P的内部由控制空气流和热空气温度的吹热气加热单元3而被加热。在热量被从外边缘侧传递的同时，在印刷电路板P的中心部分处，吹热气加热单元3向印刷电路板P供应热空气。在加热完成之后，如图4K中所示，输送轨道1返回到通常的输送线位置。如图4L中所示，为了输送，定位止动件12在较低位置处在一旁备用。门5-3打开，然后，如图4M中所示，印刷电路板被卸载到冷却室8中。图4P和图4Q示出在本发明的一个实施例在回流炉中对印刷电路板P’’重复加载。

虽然已经参照针对说明目的挑选的特定实施例描述了本发明，但是应了解，在不脱离本发明的基本概念和范围的情况下，可由本领域的技术人员对本发明作出许多修改。

Claims (6)

1.一种回流焊接系统，所述回流焊接系统将其上已经印刷有或涂有焊膏的印刷电路板输送到可密封的加热炉用于回流焊接，其中

所述加热炉设置有接触加热单元，所述接触加热单元具有：输送轨道，其从底部支撑所述印刷电路板的外边缘部分；以及顶部热传递加热器，其从上面支撑所述印刷电路板的外边缘部分，并且所述加热炉设置有吹热气加热单元，

所述输送轨道和顶部热传递加热器分别设置有加热器，所述加热器对所述印刷电路板的外边缘部分加热，并且

在所述印刷电路板加载之后，所述输送轨道或顶部热传递加热器沿上下方向移动，使得所述输送轨道和顶部热传递加热器夹紧并加热所述印刷电路板的外边缘部分；

其中所述输送轨道通过由竖直固定外框架和水平固定外框架以及竖直移动框架和水平移动框架组成，使其能够处理印刷电路板的外边缘部分的不同尺寸，其中所述印刷电路板的输送方向被限定为水平方向，并且加热器被嵌入内部。

2.如权利要求1中所述的回流焊接系统，其中所述印刷电路板的由所述外边缘部分包围的内部在控制空气流和热空气温度的同时由所述吹热气加热单元加热。

3.如权利要求1中所述的回流焊接系统，其中：

所述竖直固定框架和水平固定框架由水平方向固定的水平外框架轨道和竖直方向固定的竖直外框架组成，并且

所述竖直移动框架和水平移动框架由第一移动水平轨道、第二移动水平轨道、中间竖直框架、以及定位止动件组成，并且这些框架被设计成能够与所述印刷电路板的所述外边缘部分的尺寸以及所获得的板的数量相匹配地移动。

4.如权利要求3中所述的回流焊接系统，其中所述中间竖直框架和所述定位止动件被构成能够独立于彼此上下移动。

5.如权利要求1中所述的回流焊接系统，其中所述回流焊接系统设置有预热室和冷却室。

6.如权利要求5中所述的回流焊接系统，其中所述回流焊接系统具有热空气循环系统，该热空气循环系统使从所述吹热气加热单元供应的热空气循环到所述预热室，然后让烟气回收箱冷却在所述加热炉处产生的焊剂烟气以凝结用于回收，然后进一步使所述热空气循环到所述冷却室(8)并且与从所述吹热气加热单元供应的热空气融合。